CN113926083A - 功能性康复设备及其控制系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开功能性康复设备及其控制系统和方法，所述功能性康复设备的控制方法包括以下步骤:在用户执行预定的肢体动作时，采集用户对应肢体的肌电信号有关采参数值；根据采集的肌电信号有关采参数值，确定当前用户对应肢体的肌肉放电时序模型；根据确定当前用户对应肢体的肌肉放电时序模型，生成控制功能性康复设备的控制策略；执行所述控制策略，输出控制所述功能性康复设备的控制信号。
Description
技术领域
本发明涉及一种康复指导系统，尤其涉及一种功能性康复设备及其控制系统和方法。
背景技术
现实生活中存在诸多的脑中风患者，脑中风患者在患病后，其肢体的运动收到限制。而患者为了能够恢复肢体的正常运动，往往需要通过康复治疗。
现有的康复治疗方法有机械运动治疗，如康复训练设备。这种康复训练设备主要是通过机械设备带动患者的肢体运动，从而使患者肢体的神经收到刺激，进而使患者恢复。然而这种康复治疗方式也存在一定的弊端。
采用机械运动治疗时，患者的肢体是随着机械设备一起运动，患者往往被动受力。这样对患者的肌肉、神经受到的刺激有限，因此，通过机械运动治疗的方式往往耗时较久，且患者很难回复到患病前的状态。此外，机械运动治疗无法确认患者的肢体训练强度是否合适，如果训练强度过大，有可能给患者肢体造成疲劳，进而进一步加深患者肢体病情。
而另一种治疗方式是通过电刺激的方式刺激患者的肌肉，以使患者的肌肉在得到刺激后，恢复肌肉力量和神经反射。这种被动康复治疗的方式，能够给予患者的肌肉神经足够的刺激。现有通过电刺激的方式对患者进行康复治疗时，也存在诸多缺陷。
首先，现有的通过电刺激的方式刺激患者的肌肉时，通常需要采用功能性康复设备，如刺激设备。对于刺激设备刺激时，设定的参数如放电振幅、相位、时长等参数都是依靠专业的人判断。而人为判断始终会存在较大的偏差，尤其是在人为判断前，通常需要通过检验患者的一些肢体动作完成的程度来确定。而患者在完成对应的肢体动作时，正常情况下可能只需要某块肌肉或某两块肌肉即可，但是，由于肢体受损，患者为了完成对应的肢体动作，可能不自觉地控制了其它几块肌肉来辅助完成对应的肢体动作。
如此一来，将会给专业人员的判断带来干扰，进而增大设定的参数如放电振幅、相位、时长等参数的误差。而误差的形成，势必会对患者的肢体健康造成较大的影响和潜在的威胁。
发明内容
本发明的一个优势在于提供一种功能性康复设备及其控制系统和方法，其中基于所述功能性康复设备的控制方法，能够使所述功能性康复设备可以个性化地输出对应的工作参数，进而使得所述功能性康复设备能够更加适合当前用户。
本发明的另一个优势在于提供一种功能性康复设备及其控制系统和方法，其中基于所述功能性康复设备的控制方法，能够使所述功能性康复设备基于用户的反馈自动地调整输出的参数，从而使得所述功能性康复设备在工作时不会对用户的肢体造成损伤。
为达到本发明以上至少一个优势，本发明提供一种功能性康复设备的控制方法，其特征在于，所述功能性康复设备的控制方法包括以下步骤:
在用户执行预定的肢体动作时，采集用户对应肢体的肌电信号有关采参数值；
根据采集的肌电信号有关采参数值，确定当前用户对应肢体的肌肉放电时序模型；
根据确定当前用户对应肢体的肌肉放电时序模型，生成控制功能性康复设备的控制策略；
执行所述控制策略，输出控制所述功能性康复设备的控制信号。
根据本发明一实施例，所述功能性康复设备的控制方法包括以下步骤:
在用户执行预定的肢体动作时，还采集用户对应肢体的空间位姿；
根据所述肌肉放电时序模型和肢体运动模型，确定用户肢体运动时，每个空间位姿下用户对应肢体肌肉群的放电次序和代偿结果；
根据肢体肌肉群的放电次序和代偿结果，生成控制功能性康复设备的控制信号；
根据所述控制信号控制所述功能性康复设备。
根据本发明一实施例，采集用户的肌电信号有关采参数值包括肌电信号的时域特征值和频域特征值。
根据本发明一实施例，控制策略对应于控制所述电脉冲组件的刺激参数、刺激振幅、刺激相位、刺激频率、刺激时长、刺激时序、变频速率、升压速度、升压阀值、刺激衰减系数、肌肉疲劳率、乳酸近估值、各项异性差异系数矩阵中的至少一个。
根据本发明的另一个方面，为达到本发明以上至少一个优势，本发明提供一种功能性康复设备的控制系统，其特征在于，所述功能性康复设备的控制系统包括：
信号采集模块，其中所述信号采集模块包括生物信号采集模块，其中所述生物信号采集模块被设置在用户执行预定的肢体动作时，采集用户对应肢体的肌电信号有关采参数值；
信号处理模块，其中所述信号处理模块包括分析模块和控制策略生成模块，其中所述分析模块被设置根据所述生物信号采集模块采集的肌电信号有关采参数值，确定当前用户的肌肉放电时序模型，其中所述控制策略生成模块被设置可通信地连接于所述分析模块，并根据确定当前用户对应肢体的肌肉放电时序模型，生成控制功能性康复设备的控制策略；
控制模块，所述控制模块被设置执行所述控制策略，输出控制所述功能性康复设备的控制信号。
根据本发明一实施例，所述信号采集模块包括一姿态采集模块，其中所述姿态采集模块被设置用以采集用户完成至少一肢体动作时对应肢体的空间位姿，所述信号处理模块的所述分析模块被设置根据所述肌肉放电时序模型和肢体运动模型，确定用户肢体运动时，每个空间位姿下用户对应肢体肌肉群的放电次序和代偿结果，控制策略生成模块被设置根据肢体肌肉群的放电次序和代偿结果，生成控制功能性康复设备的控制信号，所述控制模块根据所述控制信号控制所述功能性康复设备。
为达到本发明以上至少一个优势，本发明提供一种功能性康复训练设备，所述功能性康复训练设备包括控制器、传感组件和电脉冲发生组件，其中所述传感组件被设置电连接于所述控制器，其中所述电脉冲发生组件被可控制地连接于所述控制器，其中如上所述功能性康复设备的控制系统被可程序化地设置于所述控制器。
根据本发明的又一个发面，为达到本发明以上至少一个优势，本发明提供一种功能性康复训练设备，所述功能性康复训练设备包括控制器、传感组件和电脉冲发生组件，其中所述传感组件被设置电连接于所述控制器，其中所述电脉冲发生组件被可控制地连接于所述控制器，其中所述控制器中存储可程序化指令，当所述指令被执行时，所述控制器执行如上所述功能性康复设备的控制方法。
附图说明
图1示出了本发明所述功能性康复设备的控制系统的结构框图。
图2示出了本发明所述功能性康复设备的控制方法的流程图。
具体实施方式
以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。
本领域技术人员应理解的是，在本发明的揭露中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。
可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。
参考图1，依本发明一较佳实施例的一种功能性康复设备的控制系统将在以下被详细地阐述，其中所述功能性康复设备的控制系统被设置能够控制至少一功能性康复训练设备，以通过控制所述功能性康复训练设备实现对用户的肌肉和/或神经进行刺激，进而能够辅助患者进行康复治疗。
值得一提的是，所述功能性康复训练设备可以被实施为具备脉冲电流刺激功能的设备。所述功能性康复训练设备通过脉冲电流的刺激，实现对患者肢体的康复治疗。
作为示例地，所述功能性康复训练设备包括控制器、传感组件和电脉冲发生组件，其中所述传感组件被设置电连接于所述控制器，其中所述电脉冲发生组件被可控制地连接于所述控制器。所述传感组件包括但不限于：生物电流传感器、姿态检测传感器(如距离传感器、角度传感器等)。所述传感组件被设置用于检测患者的肌电信号、肢体的动作和肢体的空间位姿。
所述功能性康复设备的控制系统被可程序化地设置于所述控制器，从而使所述控制器能够执行所述功能性康复设备的控制系统所执行的方法。
具体地，所述功能性康复设备的控制系统包括一信号采集模块10、一信号处理模块20以及一控制模块30。
所述信号采集模块10被设置包括一生物信号采集模块11，其中所述生物信号采集模块11被设置用以采集用户的生物电流。值得一提的是，当用户在进行特定的肢体动作时，所述生物信号采集模块11被设置采集用户的肌电信号有关采参数值，如：肌电信号的时域特征值和频域特征值。本领域技术人员可以理解的是，可以通过功能性康复设备上的所述传感组件实现生物电流的采集。
所述信号处理模块20包括一分析模块21，其中所述分析模块21被设置根据所述生物信号采集模块11采集的肌电信号有关采参数值，确定当前用户的肌肉放电时序模型，也即用户执行当前肢体动作时，用户的每块肌肉放电的顺序、放电时每块肌肉的生物电流特征。
进一步地，所述信号采集模块10还包括一姿态采集模块12，其中所述姿态采集模块12被设置用以采集用户完成至少一肢体动作时对应肢体的空间位姿。
所述信号处理模块20的所述分析模块21被设置根据所述姿态采集模块12采集的用户肢体的空间位姿，确定用户的肢体运动模型，如运动的空间位置特征值、运动的速度特征值。本领域技术人员也可以理解的是，通过所述功能性康复设备上的所述传感组件，进而能够确定用户的肢体运动参数。
作为优选地，所述信号处理模块20包括一控制策略生成模块22，其中所述控制策略生成模块22被设置可通信地连接于所述分析模块21，以根据所述分析模块21确定的结果，相应地形成一控制策略。
具体地，所述分析模块21被设置根据所述肌肉放电时序模型和肢体运动模型，进而确定用户肢体运动时，每个空间位姿下用户对应肢体肌肉群的放电次序和代偿结果。
值得一提的是，用户在执行每个特定的动作时，正常情况下，只需要用户的肌肉群部分肌肉执行。但是对于肢体受损的用户来说，为了完成特定的动作，用户可能会下意识地控制肌肉群中的其它肌肉来完成这样的动作。这样就会产生所谓的代偿结果。而无论用户是怎样完成动作，只要利用到了肌肉群里面的肌肉，对应地，其就会产生相对应的放电信号。这样就会被所述传感组件检测到。相应地，就可以被所述生物信号采集模块11采集。由此，就可以确定用户肢体运动时，每个空间位姿下用户对应肢体肌肉群的放电次序和代偿结果。
所述控制策略生成模块22被设置可通信地连接于所述分析模块21，所述控制策略生成模块22被设置能够根据所述分析模块21形成的分析结果和正常用户进行同样肢体运动的肌肉放电时序标准模型和肢体运动标准模型，生成控制所述功能性康复设备的所述电脉冲组件的控制策略。
所述控制模块30被设置可通信地连接于所述控制策略生成模块22，以能够执行所述控制策略，控制所述电脉冲组件工作。
可以理解的是，所述控制策略对应于控制所述电脉冲组件的刺激参数、刺激振幅、刺激相位、刺激频率、刺激时长、刺激时序、变频速率、升压速度、升压阀值、刺激衰减系数、肌肉疲劳率、乳酸近估值、各项异性差异系数矩阵中的至少一个。
本领域技术人员能够理解的是，通过这样的方式控制所述电脉冲组件，所述功能性康复设备能够个性化地对用户进行刺激，最终不仅能够防止用户使用所述功能性康复训练设备时，造成用户损伤，还能够使用户的肌肉得到正确地刺激，进而有助于用户更快地康复。
作为示例的，用户的上肢受损时，用户用上肢取拿杯子的过程中，需要通过上肢特定的肌肉群去完成。比如说，正常情况下，用户在取放杯子时，需要上肢肌肉群的1号肌肉和2号肌肉配合，才能够完成对应的动作。但是由于用户上肢受损，而用户为了完成对应的取放杯子的动作，下意识地使用了1号肌肉、2号机肌肉以及5号肌肉。此时就会出现5号肌肉代偿，即5号肌肉补偿1号肌肉和2号肌肉力量的不足。
传统情况下的所述功能性康复设备是直接输出设定好的脉冲电流，以实现对用户肌肉群的刺激，以使用户的肌肉群在刺激下能够康复。但是，在上述示例中，现有的所述功能性康复设备无法自动地根据用户肢体受损的状态对设定的脉冲电流进行调整，这样一来，就有可能加重上述示例中用户的5号肌肉的疲劳损伤和1号肌肉和2号肌肉因刺激强度不够而无法起到对应的康复治疗的效果。
而通过本发明所述功能性康复设备的控制系统，则可以有效地避免因所述功能性康复设备输出的脉冲电流过大或过小而导致的人体损伤。换句话说，通过本发明所述功能性康复设备的控制系统控制所述功能性康复设备，能够使得最终输出的脉冲电流参数更加准确和更加适合当前用户。
具体地，在上述示例中，所述生物信号采集模块11能够采集到用户执行对应动作时1号肌肉、2号肌肉以及其它部分的肌肉对应的生物电流。所述分析模块21根据采集的各个肌肉的生物电流，确定前用户的肌肉放电时序模型，也即用户执行当前肢体动作时，用户的每块肌肉放电的顺序、放电时每块肌肉的生物电流特征。如果当前用户出现了5号肌肉的代偿，则所述分析模块21能够基于正常用户进行同样肢体运动的肌肉放电时序标准模型，而确定代偿结果。
相应地，所述控制策略生成模块22将根据所述分析模块21形成的分析结果，确定控制所述功能性康复设备的所述电脉冲组件的控制策略，如控制所述功能性康复设备的所述电脉冲组件的刺激参数、刺激振幅、刺激相位、刺激频率、刺激时长、刺激时序、变频速率、升压速度、升压阀值、刺激衰减系数、肌肉疲劳率、乳酸近估值、各项异性差异系数矩阵中的至少一个。
此外，在用户执行对应的肢体动作时，所述姿态采集模块12还能够采集用户的每个姿态。所述分析模块21将能够确定用户的肢体运动模型，如运动的空间位置特征值、运动的速度特征值。
相应地，所述控制策略生成模块22被设置根据所述姿态采集模块12采集的用户肢体运动模型，从而确定用户在当前肢体运动下，当前用户的肌肉放电时序模型。
这样一来，在不同的肢体运动下，所述功能性康复设备的控制系统能够控制所述功能性康复设备的所述电脉冲发生组件在用户肢体处于不同的空间位置下，产生不同的电刺激脉冲。这样一来，就使得所述功能性康复设备产生的电脉冲更加准确。
参考图2，根据本发明的另一个方面，依本发明一较佳实施例的一种功能性康复设备的控制方法将在以下被详细地阐述，具体地，所述功能性康复设备的控制方法包括以下步骤：
S1001，在用户执行预定的肢体动作时，采集用户对应肢体的肌电信号有关采参数值；
S1002，根据采集的肌电信号有关采参数值，确定当前用户对应肢体的肌肉放电时序模型；
S1003，根据确定当前用户对应肢体的肌肉放电时序模型，生成控制功能性康复设备的控制策略；
S1004，执行所述控制策略，输出控制所述功能性康复设备的控制信号。
优选地，所述功能性康复设备的控制方法包括以下步骤:
S1005，在用户执行预定的肢体动作时，还采集用户对应肢体的空间位姿；
S1006，根据所述肌肉放电时序模型和肢体运动模型，确定用户肢体运动时，每个空间位姿下用户对应肢体肌肉群的放电次序和代偿结果；
S1007，根据肢体肌肉群的放电次序和代偿结果，生成控制功能性康复设备的控制信号；
S1008，根据所述控制信号控制所述功能性康复设备。
本领域的技术人员应理解，上述描述及附图中所示的本发明的实施例只作为举例而并不限制本发明。本发明的优势已经完整并有效地实现。本发明的功能及结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离所述原理下，本发明的实施方式可以有任何变形或修改。
Claims (10)
1.功能性康复设备的控制方法，其特征在于，所述功能性康复设备的控制方法包括以下步骤:
在用户执行预定的肢体动作时，采集用户对应肢体的肌电信号有关采参数值；
根据采集的肌电信号有关采参数值，确定当前用户对应肢体的肌肉放电时序模型；
根据确定当前用户对应肢体的肌肉放电时序模型，生成控制功能性康复设备的控制策略；
执行所述控制策略，输出控制所述功能性康复设备的控制信号。
2.根据权利要求1所述功能性康复设备的控制方法，其特征在于，所述功能性康复设备的控制方法包括以下步骤:
在用户执行预定的肢体动作时，还采集用户对应肢体的空间位姿；
根据所述肌肉放电时序模型和肢体运动模型，确定用户肢体运动时，每个空间位姿下用户对应肢体肌肉群的放电次序和代偿结果；
根据肢体肌肉群的放电次序和代偿结果，生成控制功能性康复设备的控制信号；
根据所述控制信号控制所述功能性康复设备。
3.根据权利要求1或2所述功能性康复设备的控制方法，其特征在于，采集用户的肌电信号有关采参数值包括肌电信号的时域特征值和频域特征值。
4.根据权利要求1或2所述功能性康复设备的控制方法，其特征在于，控制策略对应于控制所述电脉冲组件的刺激参数、刺激振幅、刺激相位、刺激频率、刺激时长、刺激时序、变频速率、升压速度、升压阀值、刺激衰减系数、肌肉疲劳率、乳酸近估值、各项异性差异系数矩阵中的至少一个。
5.功能性康复设备的控制系统，其特征在于，所述功能性康复设备的控制系统包括：
信号采集模块，其中所述信号采集模块包括生物信号采集模块，其中所述生物信号采集模块被设置在用户执行预定的肢体动作时，采集用户对应肢体的肌电信号有关采参数值；
信号处理模块，其中所述信号处理模块包括分析模块和控制策略生成模块，其中所述分析模块被设置根据所述生物信号采集模块采集的肌电信号有关采参数值，确定当前用户的肌肉放电时序模型，其中所述控制策略生成模块被设置可通信地连接于所述分析模块，并根据确定当前用户对应肢体的肌肉放电时序模型，生成控制功能性康复设备的控制策略；
控制模块，所述控制模块被设置执行所述控制策略，输出控制所述功能性康复设备的控制信号。
6.根据权利要求5所述功能性康复设备的控制系统，其特征在于，所述信号采集模块包括一姿态采集模块，其中所述姿态采集模块被设置用以采集用户完成至少一肢体动作时对应肢体的空间位姿，所述信号处理模块的所述分析模块被设置根据所述肌肉放电时序模型和肢体运动模型，确定用户肢体运动时，每个空间位姿下用户对应肢体肌肉群的放电次序和代偿结果，控制策略生成模块被设置根据肢体肌肉群的放电次序和代偿结果，生成控制功能性康复设备的控制信号，所述控制模块根据所述控制信号控制所述功能性康复设备。
7.根据权利要求5或6所述功能性康复设备的控制系统，其特征在于，采集用户的肌电信号有关采参数值包括肌电信号的时域特征值和频域特征值。
8.根据权利要求5或6所述功能性康复设备的控制系统，其特征在于，控制策略对应于控制所述电脉冲组件的刺激参数、刺激振幅、刺激相位、刺激频率、刺激时长、刺激时序、变频速率、升压速度、升压阀值、刺激衰减系数、肌肉疲劳率、乳酸近估值、各项异性差异系数矩阵中的至少一个。
9.功能性康复训练设备，其特征在于，所述功能性康复训练设备包括控制器、传感组件和电脉冲发生组件，其中所述传感组件被设置电连接于所述控制器，其中所述电脉冲发生组件被可控制地连接于所述控制器，其中如权利要求5至8中所述功能性康复设备的控制系统被可程序化地设置于所述控制器。
10.功能性康复训练设备，其特征在于，述功能性康复训练设备包括控制器、传感组件和电脉冲发生组件，其中所述传感组件被设置电连接于所述控制器，其中所述电脉冲发生组件被可控制地连接于所述控制器，其中所述控制器中存储可程序化指令，当所述指令被执行时，所述控制器执行如权利要求1-4中所述功能性康复设备的控制方法。
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| CN202111238032.1A CN113926083A (zh) | 2021-10-25 | 2021-10-25 | 功能性康复设备及其控制系统和方法 |
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| CN202111238032.1A Pending CN113926083A (zh) | 2021-10-25 | 2021-10-25 | 功能性康复设备及其控制系统和方法 |
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Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002085452A1 (en) * | 2001-04-24 | 2002-10-31 | Neurodan A/S | Functional electrical therapy system (fets) |
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| CN107626040A (zh) * | 2017-10-24 | 2018-01-26 | 杭州易脑复苏科技有限公司 | 一种基于可交互虚拟现实和神经电刺激的康复系统及方法 |
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-
2021
- 2021-10-25 CN CN202111238032.1A patent/CN113926083A/zh active Pending
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