[发明专利]一种基于主从控制的手部功能重建装置及其实现方法

说明书

本发明公开了一种基于主从控制的手部功能重建装置及其实现方法，属于电子科学与康复机器人领域。手部功能重建装置包括肌电信号采集模块、微处理器模块、动作解码模块、刺激脉冲编码模块、刺激波形生成模块、存储器模块、按键模块、阵列刺激电极。手部功能重建方法通过采用患者健侧前臂表面肌电信号作为功能重建的控制源，控制电刺激系统以精确的刺激顺序、刺激强度、刺激脉宽、刺激通道对患侧前臂肌肉进行刺激，使肌肉收缩以达到功能重建的目的。本发明具有手部功能重建度高、智能化、实用性强等优点，患者在家就能自主进行多种手部动作训练，具有较高的应用价值。

技术领域

本发明涉及一种基于主从控制的手部功能重建装置及其实现方法，属于电子科学与康复机器人领域。

背景技术

脑中风是一种突发性的脑血液循环障碍性疾病，偏瘫是中风最常见的表现之一，经常伴随着手部运动功能丧失，口齿不清以及同侧视觉受损等后遗症，导致生活不能自理。目前，针对偏瘫导致的手部功能重建方法有两种，一种是生物学的方法，即把受损神经的远侧断端缝合至邻近正常神经干侧壁上，由正常的神经干发出侧芽，轴突再生长入侧方缝合的损伤神经远侧内，使损伤的神经功能获得某种程度的恢复。第二种方法是利用人体的神经可塑性来进行手部功能重建，即通过康复训练或是功能性电刺激的方式重塑神经系统。对于重度偏瘫患者，康复训练的效果不尽如意。功能性电刺激的方式能诱发神经纤维产生动作电位，驱动肌肉收缩，因此在临床上应用更为广泛，效果也更好。

目前，市面上的功能性电刺激装置主要采用手动按键选择刺激参数，导致刺激模式单一，容易产生肌肉疲劳，而且不能满足患者的个性化需求。国外研究了一种从手套传感器传输的信号检测自主的手腕运动，用来控制肌肉的功能性电刺激装置，能刺激前臂肌肉实现手部的抓握和指伸动作，但是造价非常高，不适合大规模推广使用。对于只有一侧手部运动功能受损的患者来说，采用健侧前臂肌电信号来控制功能性电刺激的刺激参数，可以有效诱发患侧手产生的主动、重复性、具有任务导向性和近于正常运动模式的活动，促进大脑相应区域的功能重组，逐渐恢复手部运动能力。

发明内容

为了解决目前电刺激系统控制方式缺乏灵活性、刺激方式容易引起肌肉疲劳的问题，本发明提出一种主从控制策略的手部功能重建装置及其实现方法。

本发明为解决其技术问题采用如下技术方案：

一种基于主从控制的手部功能重建装置，包括肌电信号采集模块、第一微处理器模块、动作解码模块、刺激脉冲编码模块、刺激波形生成模块、阵列刺激电极、电源模块、按键模块、显示模块、第二微处理器模块和存储器模块，其中，肌电信号采集模块、第一微处理器模块、动作解码模块、第二微处理器模块、刺激脉冲编码模块、刺激波形生成模块和阵列刺激电极顺序连接，第一微处理器模块、按键模块和第二微处理器模块顺序连接，显示模块和第一微处理器模块连接，肌电信号采集模块、存储器模块和第二微处理器模块顺序连接，第一微处理器模块、第二微处理器模块和刺激波形生成模块分别与电源模块连接。

所述刺激波形生成模块包括顺序连接的第二微处理器、DAC波形发生器、功率放大电路、多路固态继电器和电压电流转换电路。

所述阵列刺激电极有四个，采用2*2表面阵列电极，阵列电极内的大触点和小触点交叉排列，大触点为边长为14mm的正方形，小触点为边长为9mm的正方形，间距为2mm，每个电极内表面为水凝胶，外表面为无纺布。

一种基于主从控制的手部功能重建方法，包括如下步骤：

第一步：健侧手部在进行五指伸或四指屈动作时，通过肌电采集模块采集健侧前臂的指总伸肌、小指伸肌、指浅屈肌、指深屈肌的肌电信号，同样采集患侧同样位置的表面机电信号，分别将其储存在存储模块内；

第二步：存储模块的患侧肌电信号和健侧肌电信号的肌电积分值相互比较，确定采用功能重建模式还是普通刺激模式，并将其传送至显示模块；