[发明专利]一种基于肌电信号和传感器信号实现精细实时运动的控制方法

说明书

技术领域

本发明是一种基于肌电信号和弯曲度传感器实现精细到手指的实时运动控制方法，属于电子科学与临床医学的交叉技术领域。 

背景技术

偏瘫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，只能通过人工构想的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再生的刺激信号，就弥补了现有功能电刺激系统的缺陷。 

在ZL200510135541.6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 

在专利号为201210342507.6，公开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的发明专利中，该重建装置包括探测电极阵列、信号处理电路、通信信道、激励信号生成电路和刺激电极阵列。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。此装置可用于任何需要动作功能重建的场合，包括脊髓损伤的瘫痪病人动作功能重建，中风导致的偏瘫病人动作功能重建，健康人的动作训练等等。 

上述重建装置可以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。但是由于肌电信号采集和处理的复杂性，对于精细动作，尤其是手部的精细动作，很难将相应的肌电信号进行多路分离，影响了判断动作的准确性。而且由于肌电信号是一个很容易受干扰的模拟信号，对环境要求很高，在高噪声的环境中，容易混入其他噪声，使得动作识别结果不准确。 

发明内容

本发明针对上述问题的不足，提出一种基于肌电信号和传感器信号实现精细实时运动的控制方法，利用体表电极采集到的健康肢体动作时产生的多通道肌电信号和弯曲度传感器采集到的各个手指弯曲程度信号，将多通道肌电信号通过刺激脉冲生成算法生成多通道刺激信号；将弯曲度信息作为该肌肉的多通道刺激信号的通道开关信号；将多通道刺激信号和相应的通道开关信号结合形成刺激脉冲序列；然后将刺激脉冲序列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，对相应肢体的特定部位进行刺激，实现精细到手指的实时动作控制，达到动作的准确复制和重建。 

本发明为解决上述技术问题提出的技术方案是：一种基于肌电信号和传感器信号实现精细实时运动的控制方法，包括以下步骤：步骤一，采用弯曲度传感器采集主控者各肢体动作的弯曲度信息，同时通过体表探测电极采集此刻主控者肢体动作致使相关肌肉上产生的对应肌电信号；步骤二，通过功能电激励系统，该功能电激励系统集成有刺激脉冲生成算法，所述刺激脉冲生成算法将步骤一所述弯曲度信息对应的肌电信号生成刺激脉冲信号，所述功能电激励系统通过步骤一所述的弯曲度信息作为对应肢体动作的刺激脉冲信号的通道触发信号；步骤三、被控者通过肌电刺激电极，对相应的肌肉施加步骤二获得的刺激脉冲信号，以促使被控者肢体按照步骤一所述主控者肢体的弯曲度信息动作。 

优选的：所述刺激脉冲生成算法是指将肌电信号生成幅度、频率都与采集的电信号成正比的刺激信号的算法。 

优选的：所述肌电信号是指通过放大、滤波、A/D转换电路处理过的肌电信号；所述弯曲度信息是指通过A/D转换电路处理过的弯曲度信息。 

优选的：所述通道触发信号的判断方法为：首先设定一个阈值，当弯曲度传感器收集信号低于阈值时，就认为发生了弯曲，进而在对相应的输出通道选择进行脉冲刺激。 

优选的：当主控者所做的动作为手指运动时，所述弯曲度传感器设置于五根 手指的背面；所述肌电信号的通道路数为两路。