CN117064693A - 基于高密度电极与压力反馈手套及手功能训练系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于高密度电极与压力反馈手套及手功能训练系统和方法，包括电极垫片组件、压力传感器组件、辅助运行组件，手功能训练系统包括压力反馈系统，通过设定的程序使电极垫片组件上各个电极逐一进行电刺激，通过压力传感器组件检测手指被电极刺激的各个指节产生的压力，评估目标手指活动的情况，进而得到最佳刺激电极组。本发明具有实用性强和可精确控制输出电流强度的特点。
Description
技术领域
本发明涉及康复医疗技术领域，具体为一种基于高密度电极和压力反馈手套的手功能训练系统。
背景技术
手是人类日常生活完成信息沟通、情感交流，进行最为精细、灵活和复杂的运动功能的重要载体。研究表明，人的上肢功能占全身功能的60％，而手指功能则占上肢功能的90％。脑卒中偏瘫患者手部功能康复是恢复患者日常生活活动能力的重要环节，也是康复领域的痛点和难点。神经肌肉电刺激是促进脑卒中后手功能恢复常用方法之一，其可增加肌肉的力量和质量，且无创，操作简便，价格相对便宜。但其临床应用也有一定局限性。首先，神经肌肉电刺激(Neuromuscular Electrical Stimulation,简称NMES)所使用的电极垫片多为单极或双极结构，且电极垫片较大，通常只能激活有限数量的肌肉，也导致其所激活肌肉的选择性差，这使得NMES主要引发手指的共同运动(手掌的打开和闭合)，而不是手指的分离运动和灵巧性运动，临床治疗中为了引发有功能意义的手部动作，NMES所使用的刺激电流强度往往偏高，因此，设计实用性强和可精确控制输出电流强度的一种基于高密度电极和压力反馈手套的手功能训练系统是很有必要的。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于高密度电极与压力反馈手套及手功能训练系统和方法，本发明能够高密度电极刺激，同时通过压力反馈可以精确控制输出电流强度。
技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种基于高密度电极与压力反馈手套，包括电极垫片组件、压力传感器组件、辅助运行组件，所述电极垫片组件、压力传感器组件均安装在辅助运行组件上，其中：
所述电极垫片组件用于刺激神经实现手指抓握模式，电极垫片组件接通电源，异步刺激上臂正中神经和尺神经，可以实现多种手指抓握模式。
所述压力传感器组件用于检测手指抓握时手指被电极刺激的各个指节产生的压力。
所述辅助运行组件用于物理辅助手指进行运行，可以强制恢复手指肌肉的运行记忆。
优选的：所述辅助运行组件包括基板、第一手指组件、第二手指组件、第三手指组件、第四手指组件、第五手指组件，基板分别与第一手指组件、第二手指组件、第三手指组件、第四手指组件、第五手指组件之间通过连接件连接。
所述第二手指组件、第三手指组件、第四手指组件、第五手指组件均包括第一指节运动套、第二指节运动套、第三指节运动套，所述第一指节运动套与第二指节运动套之间通过连接件连接，所述第二指节运动套与第三指节运动套之间通过连接件连接。
所述第一手指组件包括第一指节运动套一、第二指节运动套一，所述第一指节运动套一、第二指节运动套一之间通过连接件连接。
优选的：所述连接件包括有第一固定件、第二固定件、铰链板，所述铰链板的一端与第一固定件通过轴承连接，而所述铰链板的另一端与第二固定件通过轴承连接。
优选的：所述电极垫片组件分别安装于第一指节运动套、第二指节运动套、第三指节运动套内壁。所述压力传感器组件分别安装于第一指节运动套、第二指节运动套、第三指节运动套内壁。
优选的：所述基板的一侧通过轴承转动连接有护掌板，所述基板的另一侧与护掌板之间通过锁扣固定连接。
优选的：所述护掌板上设有连接孔，所述电极垫片组件与电源线的一端连接，所述电源线的另一端穿过连接孔。所述连接孔与电源线的接触侧壁上设有线路感应装置。所述线路感应装置包括有轴球、夹持杆、伸缩杆，其中：所述轴球设于连接孔的侧壁上，所述夹持杆与轴球连接，所述伸缩杆的一端与连接孔的侧壁连接，且伸缩杆的另一端与夹持杆连接。所述掌纹感应模块与伸缩杆电连接。
优选的：包括指节驱动控制模块，所述指节驱动控制模块用于驱动第一指节运动套、第二指节运动套、第三指节运动套、第一指节运动套一、第二指节运动套一。
一种基于高密度电极与压力反馈手套的手功能训练系统，采用上述的基于高密度电极与压力反馈手套，包括压力反馈系统，所述压力反馈系统电连接于电极垫片组件和辅助运行组件，借助界面进行数据视频化。所述压力反馈系统包括电源启停单元、电流调控单元、驱动单元，其中：
所述电源启停单元包括电源连接模块和掌纹感应模块，所述电源连接模块用于确认是否连接上主电源。所述掌纹感应模块用于依据护掌板判定反馈手套的佩戴状况并对反馈手套进行适配调整。
所述电流调控单元与电极垫片组件之间通过电源线电连接，所述电流调控单元包括区域电流分控单元和电极组分配单元，所述区域电流分控单元用于调控每一个电极垫片组件进行独立启停并对单独的电极垫片组件电流强度进行设定。所述电极组分配单元依据需求进行电极垫片组件的刺激顺序调整。
所述驱动单元包括有主动单元和自反馈单元，所述主动单元依据需求对手指进行强制性的复健运动，所述自反馈单元依据手指提供的压力数据进行适配的辅助运动。所述主动单元和自反馈单元均与指节驱动控制模块连接，所述指节驱动控制模块用于在主动单元和自反馈单元的控制下驱动第一指节运动套、第二指节运动套、第三指节运动套、第一指节运动套一、第二指节运动套一运行。
优选的：包括控制系统连接，所述电源启停单元、电流调控单元、驱动单元均与控制系统连接，所述控制系统包括有显示器和操控板，所述显示器用于显示数据，所述操控板用于调控数据以此调控电流强度和电极垫片组件的刺激顺序。
优选的：所述电极垫片组件中设有第一电流刺激源，所述区域电流分控单元连接有第二电流刺激源，所述第二电流刺激源依据接收指令对第一电流刺激源进行调整，所述第一电流刺激源控制电极垫片组件对手指输出的电流强度，
一种基于高密度电极与压力反馈手套的手功能训练方法，采用上述的基于高密度电极与压力反馈手套，通过设定的程序使电极垫片组件上各个电极逐一进行电刺激，通过压力传感器组件检测手指被电极刺激的各个指节产生的压力，评估目标手指活动的情况，进而得到最佳刺激电极组。
本发明相比现有技术，具有以下有益效果：
目前的复健设备先募集大的运动单位，后募集小的运动单位，这与正常生理状态下人体肌肉募集的顺序相反，容易导致受刺激肌肉快速出现疲劳，通过设定的程序精确控制输出电流强度和电极组的刺激顺序，使电刺激在各电极对之间快速切换，结合手部压力传感器的反馈，可快速准确定位最佳刺激电极组，避免了手动放置刺激电极和寻找最佳刺激部分繁琐过程。
附图说明
图1是本发明的整体正面剖视结构示意图；
图2是本发明的背面示意图；
图3是本发明的A区域放大示意图；
图4是本发明的伸缩杆未运行示意图；
图5是本发明的伸缩杆运行后示意图；
图6是本发明的系统示意图；
图中：1为基板，2为第一手指组件，3为第二手指组件，4为第三手指组件，5为第四手指组件，6为第五手指组件，7为连接件，8为第一指节运动套，9为第二指节运动套，10为第三指节运动套，11为第一固定件，12为第二固定件，13为铰链板，14为护掌板，15为连接孔，16为轴球，17为夹持杆，18为伸缩杆。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
一种基于高密度电极与压力反馈手套，如图1-5所示，包括电极垫片组件、压力传感器组件、辅助运行组件，所述电极垫片组件、压力传感器组件均安装在辅助运行组件上，其中：
所述电极垫片组件用于刺激神经实现手指抓握模式。电极通过直接刺激神经，可使前臂深层肌肉收缩，其刺激模式接近生理性运动模式，可减少患者不适感，延缓肌肉疲劳。电极垫片组件接通电源，进行异步刺激上臂正中神经和尺神经，可实现多种手指抓握模式。
所述压力传感器组件用于检测手指抓握时手指被电极刺激的各个指节产生的压力。
所述辅助运行组件用于物理辅助手指进行运行，强制恢复手指肌肉的运行记忆。
使用中，电极垫片组件分为若干组，每一组电极垫片的表面分为若干阵列电极片，电极片可设定单独电源和组合电源，即电极片可依据需求进行独立试错阶段运行和直接工作阶段。独立试错阶段依据每一次只启动一组电极垫片时获取的手指运动的数据判定手指受刺激最佳电流强度，再通过单独的电极片试错选出指节受刺激最佳电流强度，试错阶段结束后，选择最佳电流强度，再通过手指运动时对反馈手套的压力调整保证手指以最舒适的状态进行复健。
所述辅助运行组件包括基板1、第一手指组件2、第二手指组件3、第三手指组件4、第四手指组件5、第五手指组件6，基板1分别与第一手指组件2、第二手指组件3、第三手指组件4、第四手指组件5、第五手指组件6之间通过连接件7连接将反馈手套与手掌契合，手指依次与第一手指组件2、第二手指组件3、第三手指组件4、第四手指组件5、第五手指组件6适配，每一根手指紧贴电极垫片组件，便于电极垫片组件试错和刺激手指。
所述第二手指组件3、第三手指组件4、第四手指组件5、第五手指组件6均包括第一指节运动套8、第二指节运动套9、第三指节运动套10，所述第一指节运动套8与第二指节运动套9之间通过连接件7连接，所述第二指节运动套9与第三指节运动套10之间通过连接件7连接。所述第一手指组件2包括第一指节运动套一、第二指节运动套一，所述第一指节运动套一、第二指节运动套一之间通过连接件7连接。每一根手指可拆分进行单独的指关节运行，可选择性激活前臂的特定肌肉，实现多种手指抓握模式，每一个指关节通过手指组件和连接件进行弯曲运行，实现指定关节进行设定复健的效果。
目前的复健设备先募集大的运动单位，后募集小的运动单位，这与正常生理状态下人体肌肉募集的顺序相反，容易导致受刺激肌肉快速出现疲劳，通过设定的程序精确控制输出电流强度和电极组的刺激顺序，使电刺激在各电极对之间快速切换，结合手部压力传感器的反馈，可快速准确定位最佳刺激电极组，避免了手动放置刺激电极和寻找最佳刺激部分繁琐过程。
所述连接件7包括有第一固定件11、第二固定件12、铰链板13，所述铰链板13的一端与第一固定件11通过轴承连接，而所述铰链板13的另一端与第二固定件12通过轴承连接。
每一根手指可拆分进行单独的指关节运行，可选择性激活前臂的特定肌肉，实现多种手指抓握模式，每一个指关节通过手指组件和连接件进行弯曲运行，实现指定关节进行设定复健的效果。
所述电极垫片组件分别安装于第一指节运动套8、第二指节运动套9、第三指节运动套10内壁。所述压力传感器组件分别安装于第一指节运动套8、第二指节运动套9、第三指节运动套10内壁。
通过设定的程序精确控制输出电流强度和电极组的刺激顺序，使电刺激在各电极对之间快速切换，结合手部压力传感器的反馈，可快速准确定位最佳刺激电极组，避免了手动放置刺激电极和寻找最佳刺激部分繁琐过程，目前的复健设备先募集大的运动单位，后募集小的运动单位，这与正常生理状态下人体肌肉募集的顺序相反，容易导致受刺激肌肉快速出现疲劳。
所述基板1的一侧通过轴承转动连接有护掌板14，所述基板1的另一侧与护掌板14之间通过锁扣固定连接。手掌未嵌入反馈手套中时，护掌板与基板之间为单一侧壁轴承连接，增加反馈手套的入口口径，便于手掌伸入反馈手套中，手掌伸入契合完成，合上护掌板，使得护掌板与基板锁定，固定住反馈手套与手掌。
所述护掌板14上设有连接孔15，所述电极垫片组件与电源线的一端连接，所述电源线的另一端穿过连接孔15。所述连接孔与电源线的接触侧壁上设有线路感应装置。所述线路感应装置包括有轴球16、夹持杆17、伸缩杆18，其中：所述轴球16设于连接孔15的侧壁上，所述夹持杆17与轴球16连接，所述伸缩杆18的一端与连接孔15的侧壁连接，且伸缩杆18的另一端与夹持杆17连接。所述掌纹感应模块与伸缩杆18电连接。电源线的一端与电极垫片组件连接，另一端通过连接孔伸出与电源连接，护掌板内板面上设有总成感应器，手掌套入反馈手套内，电源启动，避免无效费电。
包括指节驱动控制模块，所述指节驱动控制模块用于驱动第一指节运动套8、第二指节运动套9、第三指节运动套10、第一指节运动套一、第二指节运动套一。
一种基于高密度电极与压力反馈手套的手功能训练系统，如图6所示，采用上述的基于高密度电极与压力反馈手套，包括压力反馈系统，所述压力反馈系统包括电源启停单元、电流调控单元、驱动单元、控制系统连接，其中：
所述电源启停单元包括电源连接模块和掌纹感应模块，所述电源连接模块用于确认是否连接上主电源。所述掌纹感应模块用于依据护掌板14判定反馈手套的佩戴状况并对反馈手套进行适配调整。所述掌纹感应模块与伸缩杆通过电连接，掌纹感应模块接收确认数据，确认手掌进入手套，则驱动伸缩杆伸长推动夹持杆，夹持杆依据轴球弯曲移动，两根夹持杆将电源线固定主，避免电源线晃动影响手掌与反馈手套之间的契合性，使得电极垫片组件与手掌始终贴合。
所述电流调控单元与电极垫片组件之间通过电源线电连接，所述电流调控单元包括区域电流分控单元和电极组分配单元，所述区域电流分控单元用于调控每一个电极垫片组件进行独立启停并对单独的电极垫片组件电流强度进行设定。所述电极组分配单元依据需求进行电极垫片组件的刺激顺序调整。
所述驱动单元包括有主动单元和自反馈单元，所述主动单元依据需求对手指进行强制性的复健运动，所述自反馈单元依据手指提供的压力数据进行适配的辅助运动。所述主动单元和自反馈单元均与指节驱动控制模块连接，所述指节驱动控制模块用于在主动单元和自反馈单元的控制下驱动第一指节运动套8、第二指节运动套9、第三指节运动套10、第一指节运动套一、第二指节运动套一运行。
所述控制系统通过设定的程序精确控制输出电流强度和电极组的刺激顺序，并记录和显示压力反馈手套输入的数据。所述电源启停单元、电流调控单元、驱动单元均与控制系统连接，所述控制系统包括有显示器和操控板，所述显示器用于显示数据，所述操控板用于调控数据以此调控电流强度和电极垫片组件的刺激顺序。
所述电极垫片组件中设有第一电流刺激源，所述区域电流分控单元连接有第二电流刺激源，所述第二电流刺激源依据接收指令对第一电流刺激源进行调整，所述第一电流刺激源控制电极垫片组件对手指输出的电流强度，
一种基于高密度电极与压力反馈手套的手功能训练方法，采用上述的基于高密度电极与压力反馈手套，通过设定的程序使电极垫片组件上各个电极逐一进行电刺激，通过压力传感器组件检测手指被电极刺激的各个指节产生的压力，评估目标手指活动的情况，进而得到最佳刺激电极组。
利用多个小电极垫放在手部肌肉上方的皮肤上，激活指定的肌肉群，肌肉群接收不同的电极刺激，自动生成活动数据，此活动数据由压力反馈系统获知，同时获取手指运动的数据，压力反馈系统可量化各手指活动时产生的力，并可通过显示屏实时显示，以评估电刺激时患者手指活动情况。
当选定最佳刺激电流强度后，将此电流数据设定为E电流，同时允许电流强度增加一个层级，记录为E+1电流，为此电极的最大出现电流强度，设定电流强度上限数值，减少电流误伤手指神经，由于此时手指神经处于受损状态，无法敏锐感知电流刺激带来的实时状况，电流强度的层级设定为系统自带设定，可依据需求进行重新自定义。
在进行试错阶段后，针对不同手指进行单独刺激方案，若是同一根手指的不同指节所需要的刺激电流不同，同样针对不同的指节调整相应的电流强度，相较于以往的单只手掌刺激起到的手掌卡合运动，此套电流刺激方案的设定更详细的针对每一个指节进行针对性的复健，每一根手指在被刺激时会触碰压力传感器，压力传感器受力将数据传输至驱动单元，由驱动单元判定所受力匹配的刺激电力强度，实时将电流强度数据传输至电流调控单元，电流调控单元设定获取电流数据，将电流最大数值锁定在当前电流强度增加一个层级，保证复健过程的稳定，同时电极垫片组件获取各个指节所需要的电流强度，依次进行匹配。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于高密度电极与压力反馈手套，其特征在于，包括电极垫片组件、压力传感器组件、辅助运行组件，所述电极垫片组件、压力传感器组件均安装在辅助运行组件上，其中：
所述电极垫片组件用于刺激神经实现手指抓握模式；
所述压力传感器组件用于检测手指抓握时手指被电极刺激的各个指节产生的压力；
所述辅助运行组件用于物理辅助手指进行运行。
2.根据权利要求1所述基于高密度电极与压力反馈手套，其特征在于：所述辅助运行组件包括基板(1)、第一手指组件(2)、第二手指组件(3)、第三手指组件(4)、第四手指组件(5)、第五手指组件(6)，基板(1)分别与第一手指组件(2)、第二手指组件(3)、第三手指组件(4)、第四手指组件(5)、第五手指组件(6)之间通过连接件(7)连接；
所述第二手指组件(3)、第三手指组件(4)、第四手指组件(5)、第五手指组件(6)均包括第一指节运动套(8)、第二指节运动套(9)、第三指节运动套(10)，所述第一指节运动套(8)与第二指节运动套(9)之间通过连接件(7)连接，所述第二指节运动套(9)与第三指节运动套(10)之间通过连接件(7)连接；
所述第一手指组件(2)包括第一指节运动套一、第二指节运动套一，所述第一指节运动套一、第二指节运动套一之间通过连接件(7)连接。
3.根据权利要求2所述基于高密度电极与压力反馈手套，其特征在于：所述连接件(7)包括有第一固定件(11)、第二固定件(12)、铰链板(13)，所述铰链板(13)的一端与第一固定件(11)通过轴承连接，而所述铰链板(13)的另一端与第二固定件(12)通过轴承连接。
4.根据权利要求3所述基于高密度电极与压力反馈手套，其特征在于：所述电极垫片组件分别安装于第一指节运动套(8)、第二指节运动套(9)、第三指节运动套(10)内壁；所述压力传感器组件分别安装于第一指节运动套(8)、第二指节运动套(9)、第三指节运动套(10)内壁。
5.根据权利要求4所述基于高密度电极与压力反馈手套，其特征在于：所述基板(1)的一侧通过轴承转动连接有护掌板(14)，所述基板(1)的另一侧与护掌板(14)之间通过锁扣固定连接；所述护掌板(14)上设有连接孔(15)，所述电极垫片组件与电源线的一端连接，所述电源线的另一端穿过连接孔(15)；所述连接孔与电源线的接触侧壁上设有线路感应装置；所述线路感应装置包括有轴球(16)、夹持杆(17)、伸缩杆(18)，其中：所述轴球(16)设于连接孔(15)的侧壁上，所述夹持杆(17)与轴球(16)连接，所述伸缩杆(18)的一端与连接孔(15)的侧壁连接，且伸缩杆(18)的另一端与夹持杆(17)连接；所述掌纹感应模块与伸缩杆(18)电连接。
6.根据权利要求5所述基于高密度电极与压力反馈手套，其特征在于：包括指节驱动控制模块，所述指节驱动控制模块用于驱动第一指节运动套(8)、第二指节运动套(9)、第三指节运动套(10)、第一指节运动套一、第二指节运动套一。
7.一种基于高密度电极与压力反馈手套的手功能训练系统，其特征在于：采用权利要求1所述的基于高密度电极与压力反馈手套，包括压力反馈系统，所述压力反馈系统包括电源启停单元、电流调控单元、驱动单元，其中：
所述电源启停单元包括电源连接模块和掌纹感应模块，所述电源连接模块用于确认是否连接上主电源；所述掌纹感应模块用于依据护掌板(14)判定反馈手套的佩戴状况并对反馈手套进行适配调整；
所述电流调控单元与电极垫片组件之间通过电源线电连接，所述电流调控单元包括区域电流分控单元和电极组分配单元，所述区域电流分控单元用于调控每一个电极垫片组件进行独立启停并对单独的电极垫片组件电流强度进行设定；所述电极组分配单元依据需求进行电极垫片组件的刺激顺序调整；
所述驱动单元包括有主动单元和自反馈单元，所述主动单元依据需求对手指进行强制性的复健运动，所述自反馈单元依据手指提供的压力数据进行适配的辅助运动；所述主动单元和自反馈单元均与指节驱动控制模块连接，所述指节驱动控制模块用于在主动单元和自反馈单元的控制下驱动第一指节运动套(8)、第二指节运动套(9)、第三指节运动套(10)、第一指节运动套一、第二指节运动套一运行。
8.根据权利要求7所述基于高密度电极与压力反馈手套的手功能训练系统，其特征在于：包括控制系统连接，所述电源启停单元、电流调控单元、驱动单元均与控制系统连接，所述控制系统包括有显示器和操控板，所述显示器用于显示数据，所述操控板用于调控数据以此调控电流强度和电极垫片组件的刺激顺序。
9.根据权利要求8所述基于高密度电极与压力反馈手套的手功能训练系统，其特征在于：所述电极垫片组件中设有第一电流刺激源，所述区域电流分控单元连接有第二电流刺激源，所述第二电流刺激源依据接收指令对第一电流刺激源进行调整，所述第一电流刺激源控制电极垫片组件对手指输出的电流强度。
10.一种基于高密度电极与压力反馈手套的手功能训练方法，其特征在于：采用权利要求1所述的基于高密度电极与压力反馈手套，通过设定的程序使电极垫片组件上各个电极逐一进行电刺激，通过压力传感器组件检测手指被电极刺激的各个指节产生的压力，评估目标手指活动的情况，进而得到最佳刺激电极组。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN117860254A (zh) * | 2024-03-11 | 2024-04-12 | 浙江立久佳运动器材有限公司 | 基于阵列式压力传感器的手部电刺激反馈控制系统 |
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2023
- 2023-08-14 CN CN202311024749.5A patent/CN117064693A/zh active Pending
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| CN117860254A (zh) * | 2024-03-11 | 2024-04-12 | 浙江立久佳运动器材有限公司 | 基于阵列式压力传感器的手部电刺激反馈控制系统 |
| CN117860254B (zh) * | 2024-03-11 | 2024-05-14 | 浙江立久佳运动器材有限公司 | 基于阵列式压力传感器的手部电刺激反馈控制系统 |
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