TWM425675U - Upper limb electrical stimulation device - Google Patents

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TWM425675U
TWM425675U TW100216066U TW100216066U TWM425675U TW M425675 U TWM425675 U TW M425675U TW 100216066 U TW100216066 U TW 100216066U TW 100216066 U TW100216066 U TW 100216066U TW M425675 U TWM425675 U TW M425675U
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TW
Taiwan
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signal
electrical stimulation
myoelectric
myoelectric signal
control module
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TW100216066U
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Ya-Hsin Hsueh
Chun-Yu Yeh
Hsin-Chang Lo
Chieh Yin
Chien-Cheng Lan
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Univ Nat Yunlin Sci & Tech
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M425675 五、新型說明: 【新型所屬之技術領域】 本創作疋一種電刺激裝置,尤其是關於一種用於人體 上肢且具有回饋控制功能之穿戴式電刺激裝置。 【先前技術】 中風或或因某些疾病、創傷等,常導致人體對其肢體 控制能力局部喪失,為了避免患者肢體之萎縮以及使患者 用b夠重新找回對其靡疾或局部失能的控制能力,需對患者 於創傷後必須施予物理治療與復健工作。 以中風患者為例’中風常導致患者有不同程度的偏 癱’使患者部分運動單元失調、對局部神經肌肉系統失去 控制,造成肌肉無力。目前對於中風患者的復健工作,通 常依據不同程度偏癱而施予適當的復健,例如要求患者使 用偏癱側之肢體握取一訓練罐並交替變更該訓練罐之位 置’藉以訓練偏癱側的肢體。對於嚴重偏癱的患者,可使 用牽張訓練或者或透過一電刺激方式對偏癱側肢體之神經 肌肉系統施予刺激,輔助患者的偏癱側肢體之肢體進行伸 出、收回、手掌張開及收握等等動作。 然而,目前的電刺激均是透過患者或一第三人(例如復 健師)透過一控制器對偏癱側肢體有關的神經肌肉施予電 刺激,藉以達成某些指定動作,其雖然能夠讓偏癱側肢體 進行肢體活動與復健,但是這對患者而言並無法自主控制 其肢體,使該些電刺激方法僅能達到某種程度的訓練’無 法訓練患者能自主控制偏癱側肢體之種種動作。 3 M425675 【新型内容】 為了解決既有電刺激輔助復健方式,僅侷限於輔助提 供肢體活動等近似於物理治療之功效,無法對患者提供自 主肢體控制的訓練’無法整合患者電刺激及控制肢體的肌 電訊號(Electromyography,EMG),使目前既有的復徤方式 成效不佳,本創作整合電刺激訊號與分析造成肌肉收缩活 動之自主訊號與電刺激誘發訊號,並依據分析的結果適當 的對人體患侧肢體提供適當的電刺激辅助訊號,達到完整 的復健效果。 本創作提供一種上肢電刺激裝置,其包含: 複數個電刺激電極,各電刺激電極貼合或接觸固定於一 人體肢幹,各電刺激電極之神經肌肉系統施予一電刺激訊 號; 複數個肌電訊號感測元件,各肌電訊號感測元件貼合或 接觸固定於該人體肢幹,各肌電訊號感測元件與各電刺激 電極位置對應相鄰,各肌電訊號感測元件感應與接收該人 體肢幹之一肌電訊號,該肌電訊號内包含一自主肌電訊 號、一電刺激誘發肌電訊號及一干擾訊號; 一電刺激輸出單元係與各電刺激電極連接並提供該電 刺激訊號; 一肌電訊號擷取電路係與各肌電訊號感測元件連接並 擷取接收該肌電訊號並去除該包含電刺激訊號干擾之局部 訊號區段; 一類比數位轉換電路與該肌電訊號擷取電路電性連 4 M425675 電訊號,該減法電路取該肌電訊號減去該梳狀濾波單元輪 出的該自主肌電訊號後,產生該誘發電刺激肌電訊號。 其中,該干擾處理單元係去除每個肌電訊號之前段訊 號’該前段訊號_·間介於100us~5ms» 進一步地,該上肢電刺激裝置包含一固定套件及複數個 彎曲感測器,該固定套件之外型與該人體肢幹對應,各電 v 刺激電極及各肌電訊號感測元件設於該固定套件之内部表 面;各彎曲感測器固定結合於該固定套件並分別與該上 φ 臂、該前臂及該手掌之複數個關節位置對應,其感測各關 節之彎曲狀況’並將感測結果輸出至該控制模組;該控制 模組依據各彎曲感測器之感應結果配合該肌電訊號,控制 特定的該電刺激電極產生該電刺激訊號。 其中’該固定套件包含一上臂固定組件、一前臂固定組 件、一手掌固定組件,其分別與人體之一上臂、一前臂及 一手掌外型對應,並可分別分離套設於該上臂、前臂及手 掌外。 φ 其中,該控制模組由該肌電訊號調整輪出之該電刺激訊 號,該控制模組係依據一比較方法或一查表方法決定輸出 電刺激訊號的強弱,該比較方法或查表方法為該控制模組 將讀取的該肌電訊號與内儲之一肌電訊號數值基準相互比 較或查詢對照,並依據比較結果輸出適當的電刺激其中 該肌電訊號數值基準為一健康正常肢體之肌電訊號數值或 一人體肌電訊號平均值。 其中,該控制模組依據所接收的肌電訊號之内容與狀態 及位置,控制位置與產生該肌電訊號之神經肌肉系統位^ 6 M425675 對應之電刺激電極產生該電刺激訊號。 由刖述可知’本創作可以依據人體肢幹之肌電訊號強 弱’先判斷人ϋ肢幹執行指定動作所需的電刺激訊號之強 弱,給予患者適當的輔助,因此,不僅可以有效活化患者 局部失能的肢幹’更可有效訓練患者對於患部肢幹的控制 能力。 【實施方式】 • 請參考第一圖及第二圖,其為本創作之上肢電刺激裝置 的較佳實施例,其包含複數個電刺激電極1〇、複數個肌電 訊號感測元件20、一電刺激輸出單元3〇、一肌電訊號擷取 電路35、一類比數位轉換單元37、一肌電訊號運算單元 40、一控制模組50及一固定套件60。 請配合參考第三圖、第四圖及第五圖,各電刺激電極 10可貼合、接觸固定於一人體肢幹70上,以本實施例為 例,該人邀肢幹70為一手臂’各電刺激電極貼設於手 • 臂並接受控制於適當的時機對手臂之神經肌肉系統施予一 • 電刺激訊號;例如,該電刺激電極1 0可貼設於手臂之伸肌、 ’ 屈肌、肢二頭肌、伸指肌群等位置,於適當時機輸出適當 強度之該電刺激訊號而刺激該神經肌肉系統之各肌肉群, 使該些肌肉產生相應的動作。前述所謂的適當時機,指透 過控制不同的肌肉群施予電刺激訊號之時間,使手臂依序 產生往前伸出、張開手掌、握掌等,達到拿取物品的功能; 所謂的適當強度係指控制該電刺激訊號之電壓電流,對不 同位置的神經肌肉系統或肌肉群之特性差異施予相關的肌 7 M425675 肉所需要的輔助。取得適者 阿喂®強度之方法可如下所述:透過 事先測試或統計取俱—值在Λ μ 件偏癱手臂之各肌肉群產生與—正常 手臂相同或近似動作所需的電刺激訊號之強度,即可知悉 對應於不同肌肉群於執行不同動作之時各電刺激電極1〇所 需輸出的電刺激訊號大小,如此,當欲控制偏癱手臂進行 一指定動作時,可以循序控制各電刺激電極1〇輸出該指定 動作所需的電刺激序號至有關的肌肉群,達到輔助動作之 目的。 各肌電訊號感測元件20貼合或接觸固定於該人體肢幹 70上’其與各電刺激電極1〇貼合設於該人體肢幹7〇之神 經肌肉系統的各肌肉群之對應位置,其感應與接收該人體 肢幹70之一肌電訊號(Electro myography,EMG),其中, 該肌電訊號内可包含一自主肌電訊號、一電刺激誘發肌電 訊號及一干擾訊號。該肌電訊號是該人體肢幹70之肌肉活 動時會產生電位訊號’該肌電訊號與人體肢幹70之肌肉活 化狀態有正比關係’因此’透過分析肌電訊號可明瞭該人 體肢幹70之神經肌肉系統之狀態。由於該肌電訊號能提供 肌肉活化狀態的訊息,因此,如本實施例之該人體肢幹70 同時接受該電刺激電極所輸入的電刺激訊號時,該人想 肢幹70受電刺激訊號之肌肉同時也產生一自主收縮,此一 自主收縮則為該自主肌電訊號之來源;另外,因為施予該 電刺激訊號而直接誘發產生的肌電訊號則是前述的該電刺 激誘發肌電訊號;該干擾訊號則是指該電刺激訊號對於所 感測的肌電訊號的干擾。 該電刺激輸出單元30與各電刺激電極10電性連接’ 8 M425675 號及該電刺激誘發肌電訊號及干擾訊號,請參考第六B圖, 該肌電訊號運算單元40進一步包含串接之—干擾處理單元 41、一梳狀濾波單元43以及一減法電路45,其中,該干 擾處理單元41可以濾除每個肌電訊號之局部區段,其可以 去除或給予一定值或平均或以演算法計算去處理每個肌電 訊號之前段訊號等》由於肌電訊號之干擾訊號主要生成原 因是施予該人體肢幹70之電刺激訊號對該肌電訊號造成的 干擾,且該電刺激訊號相對於所感測的肌電訊號屬於非常 大的脈衝訊號,因此,該干擾處理單元41係透過去除該肌 電訊號之時域中包含電刺激訊號之區段,例如每個肌電訊 號之前100us〜5ms。該肌電訊號通過干擾處理單元41後, 在經過該梳狀濾波器43由該肌電訊號中分離出該自主肌電 訊號(EMG—V)輸出至該減法電路45,最後該減法電路45 取經過該干擾處理單元41之肌電訊號減去通過梳狀濾波器 43產生的自主肌電訊號而得到該電刺激誘發肌電訊號 。 該控制模組50與該電刺激輸出單元30與該肌電訊號 運算單元40電性連接’該控制模組50依據該肌電訊號之 位置及強弱而控制該電刺激輸出單元30於適當時刻對某一 或某些特定之電刺激電極10提供電刺激訊號之電力而刺激 人體肢幹70’使人體肢幹70可以執行指定動作。所謂的適 當時刻指該控制模組50藉由所接收的肌電訊號之内容與狀 態,來控制貼於不同肌肉群的電刺激電極1〇施予所需進行 對應動作的肌肉電刺激訊號。 以上臂偏癱的中風患者為例說明,患者接受復健師之指 示進行往復拿取並擺放一練習杯於兩個不同的定點,藉以 ]〇 M425675 訓練其偏癱上臂之控制能力;該控制模組5〇由安裝於上臂 之該肌電訊號感測元件20所感測的肌電訊號及其相應解析 之自主肌電訊號判斷患者的上臂無法自主提供前舉上臂的 能力(例如自主肌電訊號低於前舉上臂所需的臨界值), 因此’該控制模組50控制電刺激輸出單元3〇對貼附於上 臂的各電刺激貼片10施予電刺激訊號;施加上臂該電刺激 訊號後’上臂之肌電訊號感測元件20即時感應肌電訊號並 依據前述方式輸出至該控制模組50,使該控制模組5〇得以 φ 即時調整輸出至上臂的電刺激訊號,使患者能夠順利地移 動上肢。相應地,患者推出前臂、張開手掌、…等復健課程 規定的動作所需的電刺激訊號,可以依據前述方式予以輔 助提供。在實際製作方面’該控制模組5〇可以是一微處理 電路模組或一可程式晶片。該控制模組5〇由該肌電訊號調 整輪出之該電刺激訊號,該控制模組5〇可以依據一比較方 法或一查表方法決定輸出電刺激訊號的強弱,所謂的比較 方法或查表方法即是該控制模組50將讀取的肌電訊號與内 鲁 儲之一肌電訊號數值基準相互比較或査詢對照,並依據比 較結果輸出適當的電刺激,其中該肌電訊號數值基準可以 - 透過量測與記錄患者正常側(一偏癱患者為例)之肌電訊 號數值或一般人體之肌電訊號平均值做為基準,藉以提供 比較基準。 進一步地,前述之該比較方法或查表方法内具有一個以 上之可調整參數設定,可由醫事專業人員或使用者設定。 該可調整參數設定之一種實施方式可由使用者本身之最大 自主收縮值為基礎,每次肌電訊號與最大自主收縮值比較 11 M425675 其差異值,並由其差異值輸出一適當之電刺激訊號之劑量 或者該次輸出增加之劑量。另一種實施方式則可將肌電訊 號分為數個階層(等級),根據每個使用者本身之肌電訊 號主要落於哪一階層來決定對應適當之電刺激訊號輸出劑 量或1者該次輪出增加之劑量。 該固定套件60用於將各電刺激電極1〇、各肌電訊號感 測元件20、該電刺激輸出單元30、該肌電訊號運算單元 4〇、該控制模組50固定結合於人艎肢幹70,該固定套件 φ 60之外型、構造不限定,依據不同的人體肢幹70位置而有 所不同。以本實施例為例,該固定套件60適用於手臂,其 包含一上臂固定组件62、前臂固定組件64及一手掌固定組 件66係分別具有與人體之上臂、前臂及手掌外型對應並可 分離固定於上臂、前臂及手掌’各電刺激電極1〇、各肌電 訊號感測元件20係設於該固定套件60之内侧表面,讓患 者穿戴該固定套件60時’各電刺激電極1〇及各肌電訊號 感測元件2 0即可貼合於神經肌肉系統之表層皮膚。 鲁 進一步地’為了更進一步精確判斷偏癱患者之偏癱之上 • 臂的動作狀況,讓該控制模組50除了可以依據前述說明解 析各肌電訊號感測元件2〇之外,也可以於該固定套件6〇 上固定安裝複數個彎曲感測器於手腕、各手指、手肘、手 臂的關節對應位置,感應部分或每個關節的彎曲狀態,並 將感應結果輸出至該控制模組5〇。基於此,透過感應各彎 曲感測器所感應的結果,該控制模組5〇可搭配各肌電訊號 感測單元20之數據與各彎曲感測器之感應結果,精確判斷 患者之上臂的狀態,使該控制模組50能精確地控制各電刺 12 激電極1〇輸出患者所需之電刺激訊號。其中,該f曲感測 器通常呈桿狀或棒狀’其於依據弯曲程度而產生不同的阻 值變化。舉例而言,本實施例之彎曲感測器為 spectrasymb。丨公㈣造、且針對單—方向的彎曲而產生不 同阻值,以本實施例為例,所採用之該彎曲感測器在不彎曲 狀態下之阻值約為10ΚΩ,隨著弯曲曲率增加,其電阻值大 約増加30〜40Ω。下表-為本實施例所使用之弯曲感測器 之彎曲度與阻抗關係。
表一 電阻値 約9ΚΩ 約 14ΚΩ 約 22ΚΩ 彎曲角度 直線(無彎曲) 90度 180度 由前述可知’本實施例可以依據人體肢幹之肌電訊 號強弱,先判斷人體肢幹7〇執行指定動作所需的電刺激訊 號之強弱,給予患者適當的輔助,因此,不僅可以有效活 化患者局部失能的肢幹,更可有效訓練患者對於患部肢幹 的控制能力。 【圖式簡單說明】 第一圖為本創作之較佳實施例之電路方塊示意圖。 第二圖為本創作之一固定套件之示意圖。 第三圖為本創作之較佳實施例之使用示意圖。 第四圖為本創作之較佳實施例之電刺激電極及肌電訊 號感測元件之貼附位置示意圖β 第五圖為本創作之較佳實施例之電刺激電極及肌電訊 號感測元件之貼附位置示意圖。 13 M425675 第六A圖為本創作之較佳實施例之肌電訊號擷取電路 之電路方塊示意圖。 第六B圖為本創作之較佳實施例之肌電訊號運算單元 之電路方塊示意圖。 【主要元件符號說明】 件 元元 測單 極感出 電號輸 激訊激 刺電刺 用 -man ο ο ο 12 3 35肌電訊號裸取單元 351電刺激訊號阻擋電路 353儀表放大器 355放大器電路 357高通與低通濾波器 359準位提升電路或箝位電路 37類比數位轉換單元 40肌電訊號運算單元 41干擾處理單元 43梳狀遽波單元 4 5減法電路 50控制模組 60固定套件 70人體肢幹 14

Claims (1)

  1. M425675 六、申請專利範圍: 1· 一種上肢電刺激裝置,其包含: 複數個電刺激電極,各電刺激電極貼合或接觸固定於_ 人體肢幹,各電刺激電極之神經肌肉系統施予一電刺激訊 就, 複數個肌電訊號感測元件,各肌電訊號感測元件貼合或 接觸固定於該人體肢幹,各肌電訊號感測元件與各電刺激 電極位置對應相鄰,各肌電訊號感測元件感應與接收該人 φ 體肢幹之一肌電訊號,該肌電訊號内包含一自主肌電訊 號、一電刺激誘發肌電訊號及一干擾訊號; 一電刺激輸出單元係與各電刺激電極連接並提供該電 刺激訊號; 一肌電訊號擷取電路係與各肌電訊號感測元件連接並 擷取接收該肌電訊號並去除該包含電刺激訊號干擾之局部 訊號區段; 一類比數位轉換電路與該肌電訊號擷取電路電性連 φ 接,其接收該肌電訊號並將該肌電訊號轉換為數位後輸出; . 一肌電訊號接收單元與該類比數位轉換電路電性連接 並接收數位化後的該肌電訊號,該肌電訊號接收單元將數 位化後的肌電訊號予以箝位或濾波後輸出;及 一控制模組與該電刺激輸出單元及該類比數位轉換單 元電性連接,該控制模組接收該肌電訊號並依據該肌電訊 號相對於人體肢幹位置或訊號強弱關係,驅動該電刺激輸 出單元使一個以上的該電刺激電極產生該電刺激訊號,產 生之該電刺激訊號與該肌電訊號相對於人體肢幹位置或該 15 M425675 或3或4項所述之上肢電 含一固定套件及複數個彎 5.如申請專利範圍第1或2 刺激裝置,該上肢電刺激裝置包 曲感測器,其中: 該固定套件之外型與該人趙肢幹對應,各電刺激電極及 各肌電訊號感測元件設於該固定套件之内部表面; 各弯曲感測器固定結合於該固定套件並分別與該上 臂該則臂及該手掌之複數個關節位置對應,其感測各關 節之資曲狀況’並將感測結果輸出至該控制模組;及
    該控制模組依據纟彎曲_器之感應结果配合該肌電 訊號’㈣特定的該電刺激電極產生該電刺激訊號。 6. 如申喷專利範圍第5項所述之上肢電刺激裝置,該 固定套件包含一上臂固定組件、一前臂固定組件、一手掌 固定組件,其分別與人體之一上臂、一前臂及一手掌外型 對應’並可分別分離套設於該上臂、前臂及手掌外。 7. 如申請專利範圍第6項所述之上肢電刺激裝置該 控制模組由該肌電訊號調整輸出之該電刺激訊號,其中, 該控制模組係依據一比較方法或一查表方法決定輸出電刺 激訊號的強弱,該比較方法或查表方法為該控制模組將讀 取的該肌電訊號與内儲之一肌電訊號數值基準相互比較或 査詢對照,並依據比較結果輸出適當的電刺激,其中該肌 電訊號數值基準為一健康正常肢體之肌電訊號數值或一人 體肌電訊號平均值。 8. 如申請專利範圍第7項所述之上肢電刺激裝置,該 控制模組是一微處理電路模级或一可程式晶片。 9. 如申請專利範圍第8項所述之上肢電刺激裝置,該 17 M425675 控制模組依據所接收的肌電訊號之内容與狀態及位置,控 制位置與產生該肌電訊號之神經肌肉系統位置對應之電刺 激電極產生該電刺激訊號。 七、圖式:如次頁。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI552743B (zh) * 2013-12-19 2016-10-11 Hiwin Tech Corp Inductive force feedback mechanism
US9888882B2 (en) 2013-03-28 2018-02-13 Taiwan Advanced Sterilization Technology, Inc. Method of brain wave analysis

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9888882B2 (en) 2013-03-28 2018-02-13 Taiwan Advanced Sterilization Technology, Inc. Method of brain wave analysis
TWI622381B (zh) * 2013-03-28 2018-05-01 Brain wave analysis method
TWI552743B (zh) * 2013-12-19 2016-10-11 Hiwin Tech Corp Inductive force feedback mechanism

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