CN215017698U - 康复训练运动模拟可视化系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种康复训练运动模拟可视化系统，包括肌电信号采集设备；肌肉电信号采集设备采集人体肌肉的肌肉电信号并输出；肌电信号处理设备；肌电信号处理设备包括依次连接的肌电信号特征提取电路、处理电路和运动数据存储器；肌电信号特征提取电路的输入端连接肌肉电信号采集设备，输出端输出肌肉电信号的信号强度；处理电路基于信号强度确定的人体肌肉收缩状态或舒张状态，对运动数据存储器中相应的运动数据进行可视化处理，输出肌肉电信号所属肢体部位对应的完整肢体运动图像；显示设备；显示设备连接处理电路，对完整肢体运动图像进行显示。本申请可以在康复训练中进行有效反馈并显著提高了设备适用性。

Description

康复训练运动模拟可视化系统

技术领域

本申请涉及医疗器械技术领域，特别是涉及一种康复训练运动模拟可视化系统。

背景技术

随着我国人口老龄化进程的不断加快，脑卒中的发病率呈上升趋势。脑卒中亦称脑中风，是脑部血管发生急性损伤导致的疾病。后遗症主要表现为偏瘫、面瘫、视力障碍和语言表达障碍等，其中偏瘫是最常见症状，这给患者家庭和社会带来了沉重负担。其中，上肢康复医疗器械对偏瘫患者康复起到重要作用，其中，肌肉电信号(Electromyography，EMG)采集是上肢康复医疗器械的关键要素之一。

虚拟现实(Virtual Reality，VR)是利用计算机生成一种模拟真实事物的虚拟环境(如行走、跑步、取物、绘图等)，并通过多种传感设备使用户“投入”到该环境中，实现用户与该虚拟环境自然交互的过程。虚拟情景训练是近年来国内外研究较多的一种新型康复治疗策略，其人工环境由计算机硬件和软件合成，使沉浸在其中的患者产生视、听、触等感觉，通过在虚拟环境中完成一系列任务，使患者的运动功能得到有效提高。

在实现过程中，发明人发现传统技术中至少存在如下问题：传统虚拟训练设备通常需要穿戴一些设备或者使用一些反馈工具，来与虚拟场景进行互动，要求使用者必须具有一定运动能力，而在使用者肢体不能自主运动时无法使用，即传统设备存在着不能有效反馈且适用性差的问题。

实用新型内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够适用性的康复训练运动模拟可视化系统。

为了实现上述目的，一方面，本实用新型实施例提供了一种康复训练运动模拟可视化系统，包括：

肌电信号采集设备；肌电信号采集设备采集人体肌肉的肌肉电信号并输出；

肌电信号处理设备；肌电信号处理设备包括依次连接的肌电信号特征提取电路、处理电路和运动数据存储器；肌电信号特征提取电路的输入端连接肌电信号采集设备，输出端输出肌肉电信号的信号强度；处理电路基于信号强度确定的人体肌肉收缩状态或舒张状态，对运动数据存储器中相应的运动数据进行可视化处理，输出肌肉电信号所属肢体部位对应的完整肢体运动图像；

显示设备；显示设备连接处理电路，对完整肢体运动图像进行显示。

在其中一个实施例中，肌电信号处理设备还包括连接处理电路的信号放大电路；

处理电路包括比较电路和处理器；处理器与运动数据存储器相连；

比较电路的输入端与肌电信号特征提取电路的输出端连接；比较电路设有第一输出口，当肌电信号特征提取电路输出的肌肉电信号的信号强度小于第一阈值、且大于第二阈值的情况下，比较电路从第一输出口向信号放大电路输出信号放大指令，以使信号放大电路对肌肉电信号进行放大后输出至处理器。

在其中一个实施例中，康复训练运动模拟可视化系统还包括肌肉电刺激设备；

比较电路还设有第二输出口；第二输出口与肌肉电刺激设备连接；

当肌电信号特征提取电路输出的肌肉电信号的信号强度小于第二阈值的情况下，比较电路从第二输出口向肌肉电刺激设备输出刺激控制指令，以使肌肉电刺激设备刺激患者相应部位的肌肉。

在其中一个实施例中，肌肉电刺激设备包括电刺激贴片。

在其中一个实施例中，处理电路还包括分别连接比较电路的第一阈值配置电路、第二阈值配置电路。

在其中一个实施例中，肌电信号处理设备还包括模数转换芯片；

模数转换芯片连接在信号放大电路和处理器之间。

在其中一个实施例中，肌电信号采集设备包括穿戴设备或者至少一个电极贴片，穿戴设备或者电极贴片采集肌肉电信号。

在其中一个实施例中，肌电信号采集设备为多通道手臂肌电采集设备。

在其中一个实施例中，显示设备包括VR眼镜和屏幕显示器中的一种或多种。

在其中一个实施例中，肌电信号处理设备通过有线模块或者无线模块与显示设备通信。

上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点和有益效果：

本申请中，肌电信号采集设备可以采集患者肢体的肌肉电信号，进而由肌电信号处理设备中的肌电信号特征提取电路输出端输出肌肉电信号的信号强度，从而处理电路可以基于信号强度确定的人体肌肉收缩状态或舒张状态，获取运动数据存储器中肌肉电信号对应的运动数据，并进行可视化处理，输出肌肉电信号所属肢体部位对应的完整肢体运动图像，从而通过数据线传输在显示设备上呈现相应的模拟运动，例如抓取、点击等操作。本申请针对各阶段的患者(包括在患者早期肢体还无法运动时)，均可以检测肌肉运动的电信号并进行有效反馈，使得患者可以根据显示设备显示的完整肢体运动图像进行康复练习，显著提高了设备适用性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为一实施例中康复训练运动模拟可视化系统的应用场景示意图；

图2为一实施例中康复训练运动模拟可视化系统的结构示意图；

图3为另一实施例中康复训练运动模拟可视化系统的结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本申请的公开内容更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。

可以理解，本申请所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。

空间关系术语例如“在...下”、“在...下面”、“下面的”、“在...之下”、“在...之上”、“上面的”等，在这里可以用于描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在...下面”和“在...下”可包括上和下两个取向。此外，器件也可以包括另外地取向(譬如，旋转90度或其它取向)，并且在此使用的空间描述语相应地被解释。

需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件时，它可以是直接连接到另一个元件，或者通过居中元件连接另一个元件。此外，以下实施例中的“连接”，如果被连接的对象之间具有电信号或数据的传递，则应理解为“电连接”、“通信连接”等。

在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。同时，在本说明书中使用的术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。

循证医学表明发病早期对中风瘫痪患者进行康复训练，可以显著提高患者的生存和运动能力，但是在患病的早期，患者通常伴随着运动功能障碍，最常见的就是偏瘫。患者在病床上由于肢体无法运动，所以没办法站立，现有的运动康复设备无法使用，这给患者早期的康复治疗带来了不便。例如，在中风患者早期阶段，尽管患者的四肢肌肉活动，但仍然有些患者仍无法实现任何可见的运动。

对此，本申请提出了运动模拟的可视化系统，虽然患者的肢体无法运动，但是患者想运动的意图依然会在肌肉中产生肌肉电信号。基于本申请，可以采用手部/手臂治疗模块进行培训，患者使用兼容的EMG生物反馈设备，该设备可连接到本申请相应的应用程序以及VR设备上。EMG生物反馈设备将检测出肌肉的微小的肌肉电信号，在患者侧这些电信号通常太弱而无法移动手。

进一步的，本申请提出根据预先收集到不同肌肉电信号对应不同运动的数据，以及还可以将患者肌肉电信号用信号放大设备进行放大，通过将数据传输到至处理设备，进而基于现有的可视化应用程序，患者将看到功能齐全的虚拟手(即完整肢体运动图像)，该虚拟手实时反映目标肌肉的活动水平。本申请通过“欺骗”大脑，以便使大脑重新学习哪些信号在运动中产生正确的结果，随着患者训练的加深，肌肉电信号会逐渐增强和准确，重复进行这些锻炼可帮助患者恢复手的某些功能，这成为其他锻炼的基础，例如，进行更精确的手和手指运动训练。

此外，在患者肌肉电信号无法被EMG设备检测到的情况下，此时可以控制肌肉电刺激设备(例如，针灸电刺激模块)，通过贴片释放微弱的电流刺激患者肌肉的收缩和舒张来引导患者手臂的运动。进一步的，本申请提出多场景的训练方法，能够适用于不同恢复阶段的患者，在完成阶段训练后，可以进行后续多场景复杂运动的训练。

本申请结合了EMG设备、针灸肌电引导设备以及VR设备，可以采集肢体运动障碍患者的肌肉电信号，在中风偏瘫患者早期肢体无法运动时也可使用，即使患者躺着亦可。基于本申请，可以训练患者的力量和精准度，肌电模拟与虚拟现实相结合以进行有效反馈，提高适用性。

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

本申请提供的康复训练运动模拟可视化系统，可以应用于如图1所示的应用环境中。其中，肌电信号处理设备104可分别与肌电信号采集设备102、肌肉电刺激设备106以及相应的显示设备相连；如图1所示，显示设备可以包括VR眼镜和屏幕显示器中的一种或多种；肌电信号采集设备102可以采用穿戴设备(如臂环或者腕带等)或者贴于人体相应部位的电极贴片予以实现，例如，可以采集肌肉电信号的EMG设备。而肌肉电刺激设备106可以采用贴于患者相应部位的针灸电刺激贴片予以实现，例如，肌肉电刺激设备106可以是针灸电刺激模块(即针灸肌电引导设备)，通过针灸刺激的放电引起肌肉的收缩和舒张。

需要说明的是，肌电信号处理设备104可以但不限于是各种个人计算机、笔记本电脑、智能手机、平板电脑和便携式可穿戴设备，肌电信号处理设备104还可以用独立的服务器或者是多个服务器组成的服务器集群来实现。在一个示例中，肌电信号处理设备104可以采用包含肌肉电信号收集转化，信号放大器及针灸电刺激整合装置予以实现。又如，肌电信号处理设备104可以包括依次连接的信号放大器、模数转换芯片和处理器。

在一个实施例中，如图2所示，提供了一种康复训练运动模拟可视化系统，以该系统应用于图1为例进行说明，包括：

肌电信号采集设备210；肌肉电信号采集设备210采集人体肌肉的肌肉电信号并输出；

肌电信号处理设备220；肌电信号处理设备220包括依次连接的肌电信号特征提取电路222、处理电路224和运动数据存储器226；肌电信号特征提取电路222的输入端连接肌肉电信号采集设备210，输出端输出肌肉电信号的信号强度；处理电路224基于信号强度确定的人体肌肉收缩状态或舒张状态，对运动数据存储器226中相应的运动数据进行可视化处理，输出肌肉电信号所属肢体部位对应的完整肢体运动图像；

显示设备230；显示设备230连接处理电路，对完整肢体运动图像进行显示。

具体而言，肌电信号采集设备210可以采集病人肢体的肌肉电信号，可以适应于正常人或者恢复程度好的病人的训练情况。

在其中一个实施例中，肌电信号采集设备210可以包括穿戴设备或者至少一个电极贴片，穿戴设备或者电极贴片采集肌肉电信号。

具体地，肌电信号采集设备210可以采用穿戴设备(如臂环或者腕带等)或者贴于人体相应部位的电极贴片予以实现，该穿戴设备或电极贴片检测肌电信号。

本申请能够应用在患者早期肢体还无法运动的时期，采集设备(例如，EMG设备)可以检测肌肉运动的电信号，就可以使用本申请进行康复练习。以肌电信号采集设备为肌肉电信号检测贴片为例，可以将肌肉电信号检测贴片分别贴在患者的肱挠肌、屈腕肌、尺侧腕伸肌肌肉上(这三块肌肉主要控制手掌和手指运动)，进而采集到肌肉中的电信号。

在其中一个实施例中，肌电信号采集设备210可以为多通道手臂肌电采集设备。

进一步的，针对恢复程度一般的患者，即使在肢体无法运动的情况下，患者也可进行大脑想象的手臂运动，此时手臂虽然无法运动，但在肌肉中依然有电信号的产生；对此，本申请提出可以在肌电信号采集设备采集的肌肉电信号满足相应阈值条件的情况下，用信号放大设备对患者的肌肉电信号进行放大，以便后续处理。

而对于采集到的肌肉电信号，本申请提出采用肌电信号处理设备220进行处理；如图2所示，肌电信号处理设备220可以包括依次连接的肌电信号特征提取电路222、处理电路224和运动数据存储器226；其中，肌电信号处理设备220可以将患者的肌肉电信号有效转化为对应的肢体运动模拟数据，进而可以进行可视化处理。

本申请中，运动数据存储器226可以存储基于不同康复训练阶段患者肢体部位的肌肉电信号强度生成的，对应于不同康复阶段的运动模拟数据；针对不同阶段的患者，基于本申请，处理电路224可以直接获取到肌肉电信号对应的肢体运动模拟数据，进而可以提出新的肢体运动训练目标，从而输出肌肉电信号所属肢体部位对应的待训练目标的完整肢体运动图像。

在一些实施例中，肌电信号采集设备210可以提前采集相应的样本电信号，并提取出样本电信号的信号特征，而该信号特征可以包括用于表征肌肉处于收缩状态或舒张状态的信号强度，进而根据该信号特征，可以确定样本电信号所属肢体部位的运动状态，以生成肢体运动模拟数据；

需要说明的是，上述样本电信号可以是正常人运动时肌肉的电信号，也可以是处于不同恢复阶段的患者肌肉的电信号。通过对样本电信号进行特征提取以及运动状态的确定，进而可以生成相应的肢体运动模拟数据，并存储在运动数据存储器226中。

例如，可以通过多通道的手臂肌电采集设备，记录正常人手臂运动时肌肉的肌肉电信号，通过信号放大器进行信号放大(根据肌肉电信号的信号强度来决定是否采用信号放大器)，然后经过现有软件的采集与分析，得到可用于输出可视化结果的运动模拟数据。其中，不同的肌肉电信号代表了相应肌肉的收缩或舒张，进而表现为手指的伸直或弯曲。

又如，可以通过相应的肌电采集设备，采集正常人以及不同恢复阶段病人手臂运动时肌肉的肌电信号，然后经过现有的模数转换软件处理模拟不同阶段的手臂运动图像，得到运动模拟数据库，并存储在运动数据存储器226中。

需要说明的是，关于确定样本电信号所属肢体部位的运动状态，即肌肉信号代表运动，肌肉舒张状态是不放电的，只有收缩才会放电，而收缩越厉害放电就越强，所以可以检测肌肉放电的情况，来记录哪块肌肉产生了运动。比如记录的某一块肌肉是控制食指的，那么检测到电信号，以及更具放电的强弱就可以反应食指的弯曲程度。本申请能够同时监控肌肉放电的情况以及放电的强弱就可以反应出手指运动状态。

在其中一个实施例中，样本电信号可以包括正常阶段肌电信号和恢复阶段肌电信号，进而肢体运动模拟数据可以包括正常肌肉电信号所属肢体部位的肢体运动模拟数据，以及恢复阶段肌电信号所属肢体部位对应的肢体运动模拟数据。

具体地，本申请肌电信号采集设备210可以采集正常人的肌电信号模拟产生正常的手部运动图像；进一步的，针对逐步恢复的病人，肌电信号采集设备210可以采集正常人以及不同恢复阶段病人手臂运动时肌肉的肌电信号，然后经过现有的模数转换软件处理模拟不同阶段的手臂运动图像，得到相应的运动模拟数据库，并存储在运动数据存储器226中。

在其中一个实施例中，处理电路224还可以包括分类器，并通过该分类器对恢复阶段肌电信号的信号特征进行特征训练，并将训练结果存储在运动数据存储器226中。

例如，恢复阶段肌电信号可以包括恢复初期肌电信号、恢复中期肌电信号和恢复后期肌电信号；而运动数据存储器226中存储的肢体运动模拟数据还可以包括对应恢复初期肌电信号的弯曲动作模拟数据、对应恢复中期肌电信号的抓握动作模拟数据以及对应恢复后期肌电信号的空间点击动作模拟数据；进而，本申请处理电路224可以将肌肉电信号的信号特征与各恢复阶段分类器模型依次进行匹配，将匹配的恢复阶段分类器模型对应的肢体运动模拟数据，确认为该肌肉电信号对应的肢体运动模拟数据。

具体而言，病人在进行康复训练的时候，先通过采集设备采集病人的肌电信号，进而可以通过分类器对肌电信号进行分类评估病人的康复阶段，具体可以分为三个阶段，恢复初期、恢复中、恢复后期；例如，对于刚发生脑卒中，肢体无法运动的病人，未检测到肌电信号，分类器将该病人划分为恢复初期，并控制刺激设备对病人肌肉部位进行刺激得到反馈，肌肉经刺激后产生肌电信号，同时控制单元给出的模拟运动图像为手指可以动，并根据病人肌电信号建立康复训练目标，达标后进入下一阶段训练，如模拟图像展示手指弯曲、进一步的是抓握、握紧等。

基于本申请，可以设置三个场景分别对应三个阶段，在恢复初期病人需要在场景引导下完成每个手指正常的弯曲，此阶段是为了训练病人先感知到自己的肢体。第二阶段，在场景的引导下完成物体的抓握，这一阶段为了训练病人肢体的力量。第三阶段，在场景的引导下病人需要完成空间点击，此阶段为了训练患者的胳膊运动和精确操作。完成阶段训练后，可以进行后续多场景复杂运动的训练。

在其中一个实施例中，肌电信号处理设备220还可以包括模数转换芯片；

模数转换芯片连接在信号放大电路和处理器之间，以将肌肉电信号转化为相应的数字信号。

具体而言，对于肌肉电信号，可以采用模数转换芯片将电信号转换为数字信号。又如，可以采用通用的PCM(Pulse Code Modulation，脉冲编码调制)脉码调制，将数字信号和模拟信号相互转化。本申请通过将电信号转换为数字信号，进而经过软件的采集与分析，可以得到可视化结果。

本申请中的肌电信号处理设备220可以通过处理电路222对运动数据存储器中相应的运动数据进行可视化处理，输出肌肉电信号所属肢体部位对应的完整肢体运动图像，进而由显示设备进行相应显示。

具体而言，处理电路222在确定肌肉电信号对应的运动数据后，可以进行相应的可视化处理，进而输出肌肉电信号所属肢体部位对应的完整肢体运动图像；例如，在肢体无法运动的情况下进行大脑想象的手臂运动，此时手臂虽然无法运动，但基于本申请，患者大脑可以获得相应的可视化结果。在实际场景中，患者将看到功能齐全的虚拟手，在屏幕或者VR眼镜上可以模拟此时大脑想象中的手臂运动，患者可以根据系统的场景设计完成抓取、点击、击打等运动训练。

需要说明的是，本申请中的处理电路222可以实现可视化处理，而该过程可通过现有的可视化(Visualization)予以实现，例如利用计算机图形学和图像处理，将数据转换成图形或图像在屏幕上显示出来。

在其中一个实施例中，显示设备230可以包括VR眼镜和屏幕显示器中的一种或多种。

在其中一个实施例中，肌电信号处理设备220可以通过有线模块或无线模块与显示设备230通信。

以上，本申请中，肌电信号采集设备可以采集患者肢体的肌肉电信号，进而由肌电信号处理设备中的肌电信号特征提取电路输出端输出肌肉电信号的信号强度，从而处理电路可以基于信号强度确定的人体肌肉收缩状态或舒张状态，获取运动数据存储器中肌肉电信号对应的运动数据，并进行可视化处理，输出肌肉电信号所属肢体部位对应的完整肢体运动图像，从而通过数据线传输在显示设备上呈现相应的模拟运动，例如抓取、点击等操作。本申请针对各阶段的患者(包括在患者早期肢体还无法运动时)，均可以检测肌肉运动的电信号并进行有效反馈，使得患者可以根据显示设备显示的完整肢体运动图像进行康复练习，显著提高了设备适用性。

在一个实施例中，相较于前述各实施例不进行信号放大，对应于正常人或者恢复程度好的患者的训练情况，本申请还适用于处于不同恢复阶段的患者的训练，例如，本申请对应于恢复程度一般的患者，能够检测到肌电信号，并进行放大，进一步的，本申请对应于采集不到肌电信号的恢复初期患者，提出可以通过电刺激得到反馈电信号。

如图3所示，提供了一种康复训练运动模拟可视化系统，以该系统应用于图1为例进行说明，可以包括：

肌电信号采集设备；肌肉电信号采集设备采集人体肌肉的肌肉电信号并输出；

肌电信号处理设备；肌电信号处理设备包括依次连接的肌电信号特征提取电路、处理电路和运动数据存储器；肌电信号特征提取电路的输入端连接肌肉电信号采集设备，输出端输出肌肉电信号的信号强度；处理电路基于信号强度确定的人体肌肉收缩状态或舒张状态，对运动数据存储器中相应的运动数据进行可视化处理，输出肌肉电信号所属肢体部位对应的完整肢体运动图像；

其中，肌电信号处理设备还可以包括连接处理电路的信号放大电路；

处理电路可以包括比较电路和处理器；处理器与运动数据存储器相连；

比较电路的输入端与肌电信号特征提取电路的输出端连接；比较电路设有第一输出口，当肌电信号特征提取电路输出的肌肉电信号的信号强度小于第一阈值、且大于第二阈值的情况下，比较电路从第一输出口向信号放大电路输出信号放大指令，以使信号放大电路对肌肉电信号进行放大后输出至处理器。

显示设备；显示设备连接处理电路，对完整肢体运动图像进行显示。

在其中一个实施例中，康复训练运动模拟可视化系统还包括肌肉电刺激设备；

比较电路还设有第二输出口；第二输出口与肌肉电刺激设备连接；

当肌电信号特征提取电路输出的肌肉电信号的信号强度小于第二阈值的情况下，比较电路从第二输出口向肌肉电刺激设备输出刺激控制指令，以使肌肉电刺激设备刺激患者相应部位的肌肉。

在其中一个实施例中，肌肉电刺激设备包括电刺激贴片。

在其中一个实施例中，处理电路还包括分别连接比较电路的第一阈值配置电路、第二阈值配置电路。

具体而言，肌电信号特征提取电路可以接收肌电信号采集设备传输的肌肉电信号，进而提取出肌肉电信号的信号强度，并输入至比较电路，而比较电路在检测到肌肉电信号的信号强度小于第一阈值、且大于第二阈值的情况下，从第一输出口向信号放大电路输出信号放大指令，以使信号放大电路对肌肉电信号进行放大。

其中，第一阈值可以用于表征是否需要对信号进行放大的阈值，若肌肉电信号的信号强度在低于第一阈值的情况下，需要对其进行放大处理，进而满足较弱肌肉电信号的处理需求。而第二阈值可以用于表征是否需要对肌肉进行电刺激以提高肌肉电信号的信号强度的阈值，若肌肉电信号的信号强度低于第二阈值，则可确认该肌肉电信号过于微弱(患者肢体无法运行，肌肉电信号无法被EMG-VR设备检测到)，对此，本申请提出可以相应的肌肉电刺激设备释放微弱的电流刺激患者肌肉的收缩和舒张(提高肌肉电信号的强度)，进而引导患者手臂的运动。

进一步地，该第二阈值的取值范围可以为0-500HZ，在一个示例中，第二阈值可以选择20-150HZ。对此，本申请提出可以采用表面肌电信号(Surface Electromyography，sEMG)实现本申请中肌肉电信号的相关功能。sEMG是浅层肌肉EMG和神经干上电活动在皮肤表面的综合效应，能在一定程度上反映神经肌肉的活动。

需要说明的是，本申请的处理电路还可以包括分别连接比较电路的第一阈值配置电路、第二阈值配置电路。进而，可以通过该第一阈值配置电路、该第二阈值配置电路分别配置第一阈值、第二阈值。

在一个示例中，比较电路在检测到肌肉电信号的信号强度小于第二阈值的情况下，从第二输出口向肌肉电刺激设备输出刺激控制指令，以使肌肉电刺激设备刺激患者相应部位的肌肉。其中，肌肉电刺激设备可以刺激患者相应部位的肌肉、直至肌电信号采集设备传输的肌肉电信号的信号强度大于第二阈值。

即本申请可以随时监测肌肉电信号的强度和变化，随着治疗的进行，肢体的逐渐恢复，肌肉电信号相比未训练之前会逐渐变强，本申请可以减小信号放大器的强度直至完全不用，并通过类似约束诱导运动疗法的训练，使得患者可以逐渐恢复肢体的运动。在肌肉电信号微弱无法被EMG-VR设备检测到的情况下，可以将采集设备换成肌肉电刺激设备(例如，针灸电刺激贴片)，通过刺激控制指令控制肌肉电刺激设备释放微弱的电流刺激患者肌肉的收缩和舒张来引导患者手臂的运动。

需要说明的是，重复和特定的运动学习是中风后大多数治疗干预效果的关键值。约束诱导运动疗法(Constraint-Induced Movement Therapy，CIMT)是基于这些值的一种治疗干预措施。约束诱导运动疗法是一种物理治疗技术，用于帮助患者从中风和其他脑部和中枢神经系统损伤中恢复，能够解决患者停止使用严重受累肢体的倾向，目的是通过让患者在短时间内集中使用患肢来达到更大的身体平衡。

进一步的，本申请中的肌电信号处理设备可以接收采集设备传输的肌肉电信号，并在检测到肌肉电信号的信号强度小于第一阈值、且大于第二阈值的情况下，对该肌肉电信号进行放大。在一个示例中，可以采用信号放大设备对肌肉电信号进行放大处理。

肌电信号采集设备可以采集病人肢体的肌肉电信号，以肌电信号采集设备为肌肉电信号检测贴片为例，可以将肌肉电信号检测贴片分别贴在患者的肱挠肌、屈腕肌、尺侧腕伸肌肌肉上(这三块肌肉主要控制手掌和手指运动)，在肢体无法运动的情况下进行大脑想象的手臂运动，此时手臂虽然无法运动，但在肌肉中依然有电信号的产生，进而本申请可以在采集设备采集的肌肉电信号满足相应阈值条件的情况下，用信号放大设备对患者的肌肉电信号进行放大，以便后续处理。

此外，对于信号强度大于第一阈值的肌肉电信号而言，可以不经放大直接进入后续步骤予以处理。基于本申请，处理器可以将患者的肌肉电信号有效转化为对应的肢体运动模拟数据，进而可以进行有效的可视化处理。

本申请能够应用在患者早期肢体还无法运动的时期，肌电信号采集设备(例如，EMG设备)可以检测肌肉运动的电信号，就可以使用本申请进行康复练习。肌电信号采集设备通过对样本电信号进行特征提取以及运动状态的确定，进而可以生成相应的肢体运动模拟数据，从而建立关联或映射关系。信号特征可以包括用于表征肌肉处于收缩状态或舒张状态的信号强度，此处不再赘述。

处理器在获取到运动数据存储器中存储的患者肌肉电信号对应的肢体运动模拟数据后，可以进行相应的可视化处理，进而输出肌肉电信号所属肢体部位对应的完整肢体运动图像；例如，在肢体无法运动的情况下进行大脑想象的手臂运动，此时手臂虽然无法运动，但基于本申请，患者大脑可以获得相应的可视化结果。在实际场景中，患者将看到功能齐全的虚拟手，在屏幕或者VR眼镜上可以模拟此时大脑想象中的手臂运动，患者可以根据系统的场景设计完成抓取、点击、击打等运动训练。

需要说明的是，本申请中的比较电路，可以采用相应的比较器电路或比较器予以实现；例如，比较器具有进行比较正相输入端Vin(+)和反相输入端Vin(－)的电压的功能。当正相输入端Vin(+)的电压大于反相输入端Vin(－)的电压时，输出端Vout输出高电平。当反相输入端Vin(－)的电压大于正相输入端Vin(+)的电压时，输出端Vout输出低电平。

进一步的，该比较电路也可以内置于处理器中，即处理器设有第一输出口和第二输出口，第一输出口与信号放大电路连接，第二输出口与肌肉电刺激设备连接，当肌电信号特征提取电路输出的肌肉电信号的信号强度小于第一阈值、且大于第二阈值的情况下，比较电路从第一输出口输出，当肌电信号特征提取电路输出的肌肉电信号的信号强度小于第二阈值的情况下，比较电路从第二输出口输出。

上述康复训练运动模拟可视化系统中，可以采集患者肢体的肌肉电信号，并在信号较弱的情况下对其进行放大，进而获取运动存储器中该放大后的肌肉电信号对应的运动数据，并进行可视化处理，输出所述肌肉电信号所属肢体部位对应的完整肢体运动图像，从而通过数据线传输在显示设备上呈现相应的模拟运动，例如抓取、点击等操作。本申请在患者早期肢体还无法运动时，就可以检测肌肉运动的电信号并进行有效反馈，使得患者可以根据显示设备显示的完整肢体运动图像进行康复练习，显著提高了设备适用性。

并且，本申请在肌肉电信号微弱无法被EMG-VR设备检测到的情况下，可以采用肌肉电刺激设备，通过刺激控制指令控制肌肉电刺激设备释放微弱的电流刺激患者肌肉的收缩和舒张来引导患者手臂的运动。

本申请中的肌电信号采集设备可以包括穿戴设备(如臂环或者腕带等)或者贴于人体相应部位的电极贴片，所述穿戴设备或电极贴片检测肌电信号；而显示设备可以包括VR眼镜和屏幕显示器中的一种或多种；肌电信号处理设备可以包括依次连接的信号放大器、模数转换芯片和处理器。其中，EMG设备和VR设备可以采用有线或无线传输方式传输数据，如通过导线连接，或者通过wifi、蓝牙等传输方式传输数据。

下面结合一个具体实例说明本申请康复训练运动模拟可视化系统的工作流程。

首先，可以采用多通道的手臂肌电采集设备，记录正常人手臂运动时肌肉的肌电信号，并根据肌肉电信号的强弱决定是否通过信号放大器进行信号放大，然后过模数转换芯片将电信号转换为数字信号，并经过现有软件的采集与分析，得到可视化结果。例如，建立肌肉电信号-数字信号-模拟运动对应数据库，并通过软件采集分析得到可视化手臂运动图像。

进一步的，本申请还可以采用多通道的手臂肌电采集设备采集处于不同恢复阶段的患者肌肉的电信号，并进行相应的放大、模数转换和/或分类器处理，生成相应的肢体运动模拟数据。

然后，患者佩戴EMG-VR设备，通过表面贴敷的方式采集病人肢体的肌肉电信号，通过信号转化设备将肌肉电信号转化为数字信号，根据一开始收集到不同肌肉电信号对应不同运动的数据(例如，EMG设备监测到屈腕肌的肌肉电信号，此肌肉主要负责手腕的弯曲，在VR上显示手腕的弯曲)，即前述获取的肌肉电信号-数字信号-模拟运动对应数据库，通过数据线传输在VR设备上呈现相应的模拟运动。

其中，患者在肢体无法运动的情况下，通过大脑发出运动的指令，在手臂肌肉上依然可以产生肌肉电信号，肌肉电信号代表了相应肌肉的收缩或舒张，肌肉的收缩或舒张代表了相应的运动，通过EMG-VR设备即可实现相应的模拟运动，例如抓取、点击等操作。

此外，可以设置不同场景分别对应相应的恢复阶段；例如，在恢复初期病人需要在场景引导下完成每个手指正常的弯曲，此阶段是为了训练病人先感知到自己的肢体。第二阶段，在场景的引导下完成物体的抓握，这一阶段为了训练病人肢体的力量。第三阶段，在场景的引导下病人需要完成空间点击，此阶段为了训练患者的胳膊运动和精确操作。完成阶段训练后，可以进行后续多场景复杂运动的训练。

最后，针灸模块可以在患者肢体无法运动且肌肉信号弱的情况，给与患者肌肉一定的电刺激，使患者肌肉可以收缩和舒张引导患者的肢体训练，加速患者康复速度。本申请提出采用针灸模块实现肌肉电刺激设备的相关功能。本申请有利于促进患者运动功能恢复，同时提出采用针灸模块进行辅助训练。针灸模块能够通过刺激穴位达到改善局部肌肉痉挛、神经感觉和血液循环的作用。在患者肢体无法运动时，可以通过针灸刺激肌肉运动，提高肌肉电信号的信号强度。

需要说明的是，本申请中，肌电信号采集设备可以采用肌肉电信号检测贴片；肌肉电刺激设备可以采用针灸电刺激贴片；肌电信号处理设备可以采用肌肉电信号收集转化，信号放大器及针灸电刺激整合装置；显示设备可以为电视或者屏幕，也可以为VR眼镜，进一步地，显示屏幕可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏。

具体地，患者可以将肌肉电信号检测贴片分别贴在肱挠肌、屈腕肌、尺侧腕伸肌肌肉上，这三块肌肉主要控制手掌和手指运动，在肢体无法运动的情况下进行大脑想象的手臂运动，此时手臂虽然无法运动，但在肌肉中依然有电信号的产生；进而根据一开始收集到不同肌肉电信号对应不同运动的数据，将患者肌肉电信号用信号放大设备进行放大，通过模数转换芯片将电信号转换为数字信号，经过软件的采集与分析，得到可视化结果，患者将看到功能齐全的虚拟手，在屏幕或者VR眼镜上可以模拟此时大脑想象中的手臂运动，患者可以根据系统的场景设计完成抓取、点击、击打等运动训练。

在上述过程中，本申请可以随时监测肌肉电信号的强度和变化，随着治疗的进行，上肢的逐渐恢复，肌电信号相比未训练之前会逐渐变强，进而可以减小信号放大器的强度直至完全不用，通过类似约束诱导运动疗法的训练，患者可以逐渐恢复肢体的运动。在肌肉电信号微弱无法被EMG-VR设备检测到的情况下可以换成针灸电刺激贴片，通过贴片释放微弱的电流刺激患者肌肉的收缩和舒张来引导患者手臂的运动。

本领域技术人员可以理解，图1至图3中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。

在本说明书的描述中，参考术语“有些实施例”、“其他实施例”、“理想实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特征包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性描述不一定指的是相同的实施例或示例。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种康复训练运动模拟可视化系统，其特征在于，包括：

肌电信号采集设备；所述肌电信号采集设备采集人体肌肉的肌肉电信号并输出；

肌电信号处理设备；所述肌电信号处理设备包括依次连接的肌电信号特征提取电路、处理电路和运动数据存储器；所述肌电信号特征提取电路的输入端连接所述肌电信号采集设备，输出端输出所述肌肉电信号的信号强度；所述处理电路基于所述信号强度确定的人体肌肉收缩状态或舒张状态，对所述运动数据存储器中相应的运动数据进行可视化处理，输出所述肌肉电信号所属肢体部位对应的完整肢体运动图像；

显示设备；所述显示设备连接所述处理电路，对所述完整肢体运动图像进行显示。

2.根据权利要求1所述的康复训练运动模拟可视化系统，其特征在于，所述肌电信号处理设备还包括连接所述处理电路的信号放大电路；

所述处理电路包括比较电路和处理器；所述处理器与所述运动数据存储器相连；

所述比较电路的输入端与所述肌电信号特征提取电路的输出端连接；所述比较电路设有第一输出口，当所述肌电信号特征提取电路输出的所述肌肉电信号的信号强度小于第一阈值、且大于第二阈值的情况下，所述比较电路从所述第一输出口向所述信号放大电路输出信号放大指令，以使所述信号放大电路对所述肌肉电信号进行放大后输出至所述处理器。

3.根据权利要求2所述的康复训练运动模拟可视化系统，其特征在于，所述康复训练运动模拟可视化系统还包括肌肉电刺激设备；

所述比较电路还设有第二输出口；所述第二输出口与所述肌肉电刺激设备连接；

当所述肌电信号特征提取电路输出的所述肌肉电信号的信号强度小于所述第二阈值的情况下，所述比较电路从所述第二输出口向所述肌肉电刺激设备输出刺激控制指令，以使所述肌肉电刺激设备刺激患者相应部位的肌肉。

4.根据权利要求3所述的康复训练运动模拟可视化系统，其特征在于，所述肌肉电刺激设备包括电刺激贴片。

5.根据权利要求2至4任一项所述的康复训练运动模拟可视化系统，其特征在于，所述处理电路还包括分别连接所述比较电路的第一阈值配置电路、第二阈值配置电路。

6.根据权利要求2所述的康复训练运动模拟可视化系统，其特征在于，所述肌电信号处理设备还包括模数转换芯片；

所述模数转换芯片连接在所述信号放大电路和所述处理器之间。

7.根据权利要求1所述的康复训练运动模拟可视化系统，其特征在于，所述肌电信号采集设备包括穿戴设备或者至少一个电极贴片，所述穿戴设备或者所述电极贴片采集所述肌肉电信号。

8.根据权利要求1至4或6至7任一项所述的康复训练运动模拟可视化系统，其特征在于，所述肌电信号采集设备为多通道手臂肌电采集设备。

9.根据权利要求1至4或6至7任一项所述的康复训练运动模拟可视化系统，其特征在于，所述显示设备包括VR眼镜和屏幕显示器中的一种或多种。

10.根据权利要求9所述的康复训练运动模拟可视化系统，其特征在于，所述肌电信号处理设备通过有线模块或者无线模块与所述显示设备通信。

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