一種腦卒中功能性電刺激康復(fù)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及神經(jīng)運動康復(fù)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種腦卒中功能性電刺激康復(fù)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]腦卒中病人的康復(fù)治療一直是康復(fù)領(lǐng)域的研究重點。傳統(tǒng)上，對于由腦卒中引起的運動障礙的恢復(fù)和癱瘓肢體的康復(fù)，主要依賴于理療師一對一的對患者進(jìn)行被動康復(fù)訓(xùn)練。隨著社會老齡化程度加深等現(xiàn)狀的產(chǎn)生，腦卒中患者的數(shù)量不斷增加。依賴于數(shù)量少且費用高昂的理療師的傳統(tǒng)康復(fù)方法已經(jīng)不能滿足中風(fēng)患者的康復(fù)需求。
[0003]功能性電刺激(Funct1nalElectrical Stimulat1n, FES)是一種已經(jīng)被證實的能夠輔助腦卒中病人康復(fù)的可靠技術(shù)。這種方法通常是利用電刺激模擬正常人的自主運動，從而在一定程度上改善乃至恢復(fù)目標(biāo)肌肉或肌群的運動功能。然而現(xiàn)有的功能性電刺激系統(tǒng)仍存在許多關(guān)鍵性問題尚未解決。人體的肌骨系統(tǒng)是一個非常復(fù)雜的多自由度非線性系統(tǒng)，功能性電刺激系統(tǒng)需要以多大的強(qiáng)度和什么樣的序列來刺激外周神經(jīng)才能簡單有效地控制如此復(fù)雜的人體肌骨系統(tǒng)，是現(xiàn)今功能性電刺激技術(shù)發(fā)展的瓶頸所在。同時，現(xiàn)有的功能性電刺激系統(tǒng)在輔助康復(fù)時，往往需要治療師對病人發(fā)出運動指令，并手動觸發(fā)電刺激，而這種方式會帶來電刺激與病人運動之間的時間偏差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為解決現(xiàn)有功能性電刺激系統(tǒng)中存在的問題，本發(fā)明提供了一種基于協(xié)同肌群刺激模式的腦卒中功能性電刺激(FES)康復(fù)系統(tǒng)，協(xié)同肌群(Muscle Synergy)控制理論是運動控制理論領(lǐng)域中的一種非常重要的假說，這種控制模型能夠很好地解決人體神經(jīng)運動控制中的信號冗余問題，同樣可以用于處理功能性電刺激運動控制中肌肉冗余的問題。具體技術(shù)方案如下:
[0005]提供了一種腦卒中功能性電刺激康復(fù)系統(tǒng)，該腦卒中功能性電刺激康復(fù)系統(tǒng)基于協(xié)同肌群刺激模式，包括:運動信號采集模塊、信號傳輸模塊、運動信號分析模塊、主控制器和電刺激器五個模塊；
[0006]運動信號采集模塊采集運動信號，通過信號傳輸模塊傳遞到電腦(PC)，經(jīng)過運動信號分析模塊處理構(gòu)建功能性電刺激方案，運動信號分析模塊與主控制器相連，主控制器與多個電刺激器相連。
[0007]進(jìn)一步地，該運動信號采集模塊是可穿戴式的，以袖套形式進(jìn)行固定。
[0008]進(jìn)一步地，該信號傳輸模塊，采用藍(lán)牙技術(shù)進(jìn)行無線傳輸，信號接收器通過USB連接到電腦(PC)。
[0009]進(jìn)一步地，該運動信號分析模塊被設(shè)置為分析與處理運動信號，提取和判定電刺激觸發(fā)信號，構(gòu)建功能性電刺激方案并向主控制器提供信號。
[0010]進(jìn)一步地，該主控制器通過USB從運動信號分析模塊獲得信號，通過控制器局域網(wǎng)(CAN)總線連接到各個電刺激器。
[0011]進(jìn)一步地，該電刺激器是可穿戴式的，以袖套形式固定，采用安全無害的吸附式表面電極。
[0012]進(jìn)一步地，功能性電刺激方案基于協(xié)同肌群控制理論構(gòu)建，具有普適性，并根據(jù)采集到的運動信號進(jìn)行觸發(fā)判定。
[0013]進(jìn)一步地，該運動信號采集模塊是多通道的。
[0014]進(jìn)一步地，該電刺激器是多通道的。
[0015]進(jìn)一步地，該運動信號采集模塊和電刺激器，集成在同一個可穿戴式的袖套上。
[0016]該基于協(xié)同肌群刺激模式的腦卒中功能性電刺激康復(fù)系統(tǒng)能夠解決現(xiàn)有功能性電刺激系統(tǒng)難以控制復(fù)雜運動，適應(yīng)性差，對嚴(yán)重癱瘓患者的康復(fù)效果差，電刺激與運動時間不匹配等問題，輔助病人進(jìn)行運動功能的康復(fù)。由于利用了協(xié)同肌群控制理論，本發(fā)明大大優(yōu)化了控制系統(tǒng)的自由度，簡化了運算過程，提高了刺激模式的普適性。同時，利用檢測到的病人運動信號作為電刺激觸發(fā)信號，使得電刺激施加時間和病人運動時間一致，提高了病人的主動參與度和電刺激的輔助康復(fù)效果。與現(xiàn)有的FES刺激模式相比，本發(fā)明具有適應(yīng)性強(qiáng)，運算簡便，能控制復(fù)雜運動，能靈活調(diào)整，適時性強(qiáng)，可穿戴，操作簡便等優(yōu)點。
[0017]以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，以充分說明本發(fā)明的目的、技術(shù)特征和技術(shù)效果。
【附圖說明】
[0018]圖1示出了本發(fā)明較優(yōu)實施例中基于協(xié)同肌群刺激模式的腦卒中功能性電刺激康復(fù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖2示出了本發(fā)明較優(yōu)實施例中基于協(xié)同肌群刺激模式的腦卒中功能性電刺激康復(fù)系統(tǒng)的運行流程示意圖；
[0020]圖3示出了本發(fā)明基于協(xié)同肌群刺激模式的腦卒中功能性電刺激康復(fù)系統(tǒng)涉及的協(xié)同肌群控制理論示意圖。
【具體實施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明提供的【具體實施方式】作詳細(xì)說明。
[0022]本發(fā)明包括運動信號采集模塊、信號傳輸模塊、運動信號分析模塊、主控制器、電刺激器五個模塊。運動信號采集是實時的，準(zhǔn)確的；信號傳輸采用藍(lán)牙技術(shù)，低延時，低功耗，信號接收器通過USB與計算機(jī)(PC)連接；運動信號分析模塊通過USB與主控制器進(jìn)行通信，主控制器則通過控制器局域網(wǎng)(CAN)總線與各電刺激器進(jìn)行通信。本發(fā)明可以在病人進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練時，通過檢測病人實時運動信號，根據(jù)協(xié)同肌群控制理論在運動信號分析模塊構(gòu)建相應(yīng)的電刺激方案，經(jīng)過主控制器協(xié)調(diào)進(jìn)而控制多通道電刺激器刺激病人對應(yīng)肌肉，以達(dá)到輔助病人進(jìn)行運動功能康復(fù)的目的。
[0023]在一次康復(fù)訓(xùn)練過程中，當(dāng)醫(yī)師發(fā)出指令后，首先通過運動信號采集模塊對病人的運動信號進(jìn)行采集，而后通過信號傳輸模塊將采集到的信號實時傳輸?shù)竭\動信號分析模塊，利用軟件進(jìn)行分析處理；
[0024]運動信號分析模塊通過分析算法對病人的運動狀況進(jìn)行評估，判斷病人何時開始運動，并且通過比對算法判斷病人將要進(jìn)行何種運動。當(dāng)檢測到的各項信號達(dá)到了設(shè)定的觸發(fā)閾值時，認(rèn)為病人開始運動，啟動電刺激器，同時根據(jù)比對算法匹配結(jié)果，確認(rèn)病人將進(jìn)行的運動類型，根據(jù)協(xié)同肌群控制理論找到適宜的協(xié)同刺激模式，據(jù)此設(shè)計功能性電刺激刺激方案，并輸入到電刺激器的總控制模塊中。協(xié)同肌群控制理論的示意圖如附圖3所示，該理論的基本思想是利用一系列對各塊肌肉均相同的基本協(xié)同模式(synergypatterns)與每個協(xié)同模式在不同肌肉上的權(quán)重(weights)相乘加從而重新構(gòu)建出肌電信號(EMG)。每一條協(xié)同模式(P1等)都有相對應(yīng)的一組權(quán)重向量(W1等)，這一組權(quán)重向量對于每