[发明专利]基于肌电信号通信机理的瘫痪肢体功能重建方法及其装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于肌电信号通信机理的瘫痪肢体功能重建方法及其装置，属于康复医学和电子科学的交叉领域。

背景技术

瘫痪病人肢体动作功能的丧失给他们自身及家庭乃至社会带来巨大的痛苦和负担。瘫痪肢体动作功能的重建，一直是康复医学重点研究的目标。多年以来，国内外的科学家们为瘫痪病人设计了众多控制肢体动作的功能电刺激装置，主要分为植入式的和非植入式两大类。植入式无可避免地为患者带来手术的困扰，而非植入式的功能电刺激由于通道数目少，无法达到精确的控制。重要的是，无论是植入式的还是非植入式的刺激系统，由于对各种动作的神经及肌电编码的认知缺失，只能通过构想的人工脉冲编码作为控制信号产生简单重复的肢体动作，这些动作和正常人肢体动作的自由度和和谐度相去甚远。由于健康肢体肌电信号真实反映着实时的肌肉活动方式，利用健康肢体动作时产生的肌电信号作为参照生成多通道的刺激信号，就弥补了现有功能电刺激系统的缺陷。

除上述针对瘫痪病人康复医学的应用，在体育运动员的训练，钢琴等乐器的练习和各种器械的操作训练等过程中，动作的准确复制和重建也有着重大的意义。设想一下，如果能够摆脱难以理解的口头传授的动作要领，精确的做出教练和老师要求的标准技术动作，无疑节省了大量的训练时间，更快地培养出优秀的运动员、演奏家、技术人员和熟练工人。

在ZL 200510135541.6的发明专利中，提出了“微电子系统辅助神经信道功能恢复方法及其装置”，用于受损脊髓神经的信道桥接、信号再生和功能重建。这一专利要处理的是动作和感觉的神经电位脉冲序列（编码）。该发明专利的特征是：1）应用目标是同体受损的脊髓神经，2）采用近距离有线的生物神经-电子接口，3）装置需要手术植入。

发明内容

本发明提出了一种基于肌电信号通信机理的瘫痪肢体功能重建方法及其装置，将采集到的健康肢体动作时产生的多通道肌电信号，经过信号处理，以有线或无线的通信方式传送至瘫痪肢体上的功能电激励系统，利用刺激波形生成算法生成多通道的刺激电信号，施加于穿戴在瘫痪肢体上的刺激电极阵列，产生与肌电信号采集肢体相似的和谐动作，达到瘫痪肢体动作功能重建的目的。

本发明为解决其技术问题采用如下技术方案：

一种基于肌电信号通信机理的瘫痪肢体功能重建装置，由探测电极阵列、信号处理电路、通信信道、激励生成电路和刺激电极阵列顺序连接而成，其中所述的探测电极阵列包括探测电极和参考电极；所述的信号处理电路由缓冲隔离器、滤波器、放大器和 A/D转换电路顺序连接而成，所述的通信信道由信号调制电路、无线发射电路、无线接收电路和信号解调电路顺序连接而成，所述的激励生成电路由基于微处理器的控制电路、D/A转换电路、信号隔离电路、极间耦合滤波网络和激励输出电路顺序连接而成，所述的刺激电极阵列包括正向激励输出端子和负向激励输出端子；探测电极阵列中的探测电极与信号处理电路中的缓冲隔离器的正输入端连接，参考电极与信号处理电路的缓冲隔离器的负输入端相连，信号处理电路中的A/D转换电路与通信信道的信号调制电路连接或者信号处理电路中的A/D转换电路与激励生成电路的控制电路连接，激励生成电路中的激励输出电路的正、负输出端分别与刺激电极阵列中的正向激励输出端子和负向激励输出端子连接。

所述的探测电极阵列采用多个探测电极和一个共用参考电极的单端形式，或采用两两配对的差动形式。

所述的探测电极阵列采用单端对地时，各通道共用一个参考电极，此时参考电极应放置在关节等无肌电信号位点附近，激励用多通道体表刺激电极的各正向和负向输出电极点中心距离不超过5cm，电极导体与皮肤接触面积小于1cm²，沿特定肌肉走向设置，正向输出电极位点的中心位于某一肌肉刺激敏感处，该敏感处的具体位置根据被刺激对象的实际情况通过激励实验方法确定，当某些特定肌肉需要的刺激强度较高时，将多个通道的输出电极置于同一肌肉上并同时输出相同刺激信号以提高刺激强度。

所述的滤波器包括RC低通滤波网络和高通滤波网络，RC低通滤波网络滤除高频信号的干扰，高通滤波网络抑制由电极接触和呼吸等因素产生的低频干扰。

本发明的有益效果如下：