[发明专利]一种抓握功能评估与训练系统

说明书

技术领域

本发明涉及医疗领域，特别涉及一种基于上肢力学信号和肌电信号的抓握功能评估与训练系统。

背景技术

脑卒中(中风)已经成为人类健康的第二大杀手，它具有发病率高、死亡率高、致残率高的特点。根据统计中国每年发生脑中风病人达200万。我国脑卒中的发病率正以每年近9％的速度上升。现幸存中风病人700万，其中450万病人不同程度丧失劳动力，生活不能自理，致残率高达75％，5年内复发率高达41％。脑卒中后的偏瘫患者日常行为能力受到严重影响。相关临床研究发现，脑卒中偏瘫患者下肢功能恢复速度远快于上肢功能恢复30％-66％的脑卒中用户遗留有不同程度的上肢功能障碍，且有将近10％是重度致残，所以上肢和手功能障碍的恢复仍是目前脑卒中后康复治疗的重点及难点之一。针对中风患者后期的临床康复治疗通常以康复评估开始,又以康复评估结束，康复治疗师通过康复评估为病人制定合理的治疗计划，在治疗过程中，康复治疗师通过康复评估及时调整康复治疗方案，最终通过康复评估确定治疗效果，所以康复评估是康复中至关重要的一个环节。而传统的量表评估法是一种半定量的评估方法，且可重复性较差。目前，采用肌肉电信号分析技术评估脑卒中用户神经肌肉系统的功能状态是近年来康复医学研究兴起的一个热门领域。

目前大多数康复设备主要针对大关节(肩、肘、膝、踝等)运动功能的康复，针对手部关节的精细动作康复训练的研究和应用较少。传统的上肢康复方法包括人工物理治疗，反复作业疗法，强制运动疗法以及中医学中的针灸医术等，这是一个长期过程，需要治疗师与患者一对一手动互动，自动化程度不高。综上所述，针对脑卒中用户上肢，尤其是结合多模态多参数抓握动作对中风患者上肢功能的综合康复评估仍比较少，且将所得评估用于指导康复进程并利用生物电信号进行人机交互对游戏控制的实例缺乏，从而不能显著提高康复训练的效率和效果。

发明内容

为了解决现有技术问题，本发明提出一种抓握功能评估与训练系统，利用不同握力级任务的设置及肌电信号、力学信号多参数进行人机交互，对脑卒中用户进行初步的手功能评估，为用户的康复评估提供参考依据，且利用多参数对虚拟游戏进行控制，从而提高脑卒中用户的康复效率和康复效果，提高患者训练的积极性。

一种抓握功能评估与训练系统有以下几个模块：1)主机交互模块，包括用户交互界面，用于引导用户实时调节握力大小，调整握力姿势，调节肌肉收缩状况以完成虚拟任务；2)信号采集模块，用于采集用户上肢的力学信号和肌电信号，并对肌电信号进行至少包括放大和滤波的预处理；以及接收主机控制模块的特征参数进行存储；3)信号存储模块，用于接收所述信号采集模块的力学信号和肌电信号进行存储；4)主机控制模块，分别与所述主机交互模块和信号存储模块连接，用于将所述信号存储模块传输的力学信号和肌电信号进行运算与处理，得到反映抓握控制能力的特征参数，将其特征参数作为控制信号输出给主机交互模块以进行相应游戏操作的训练控制。

进一步，所述主机控制模块包括：

特征参数提取单元，用于对所述信号存储模块中的力学信号和肌电信号进行计算分析得到所述特征参数作为抓握控制能力评估结果，并且把相应所述特征参数传输到信号存储模块；

虚拟游戏参数设置单元，其根据信号存储模块存储的用户抓握控制能力评估结果设置虚拟游戏中两个光标所对应的信号特征参数，以及目标光标的运动时间、运动范围、运动速度和运动轨迹类型；

力学反馈控制单元，用于处理压力传感器采集的力学信号，输出能够反映用户此时产生的握力情况的特征参数到主机交互模块，与主机交互模块相交互；

肌电反馈控制单元，用于处理经过肌电采集装置放大和滤波的肌电信号，输出能够反映用户此时拮抗肌肉群的共收缩情况的特征参数到主机交互模块，与主机交互模块相交互。

进一步，所述虚拟游戏参数设置单元，还用于设置异常监控单元所监测的信号特征参数的异常阈值；所述主机控制模块还包括异常监控单元，用于对所述特征参数提取单元提取的特征参数进行实时监控，当所述特征参数中能够表征用户屈肌肌群协同情况的参数幅值或者表征用户拮抗肌群共收缩情况的参数幅值达到预设的所述异常阈值时，提示用户调整发力大小和发力姿势，避免不正确的发力方式。

进一步，所述信号采集模块包括肌电信号采集单元、力学信号采集单元，分别用于采集用户上肢的肌电信号和力学信号；所述力学信号采集单元是握力测量装置，采集用户执行握力控制任务产生的力学信号；所述肌电信号采集单元是由多个表面电极和肌电放大滤波电路组成。