[发明专利]基于表面肌电的个性化膈肌康复训练系统

说明书

本发明涉及一种基于表面肌电的个性化膈肌康复训练系统。该系统包括柔性表面电极，信号处理模块，离线分析模块和人机交互模块，膈肌是人体最主要的呼吸肌，采集到的膈肌表面肌电信号经过处理后可用于人机交互训练和离线分析，从而实现膈肌的康复训练、评估及跟踪。该个性化训练方法包括柔性表面电极的个性化设计和呼吸起讫检测个性化阈值的计算，在信号采集前，以患者的膈肌模型为参考定制个性化柔性表面电极，可重复使用；在游戏训练阶段，以患者固定时间段内深呼吸和平静呼吸的膈肌表面肌电信号，初始化呼吸起讫检测所使用的阈值，从而削弱个体化差异所产生的影响，提高训练质量。本发明具有易穿戴、成本低、个性化程度高、安全性强等优点。

技术领域

本发明涉及柔性电子、医疗康复等多个领域，具体涉及一种基于表面肌电的个性化膈肌康复训练系统。

背景技术

作为一种常见疾病，呼吸系统疾病多发于年老体弱人群，不仅给患者的生活带来诸多不便，而且给社会和家庭打来了沉重的负担。值得注意的是，随着人口基数的增加和老龄化现象的加重，其发病率正在逐年上升。

相关研究表明，呼吸训练有助于患者肺功能的改善，可作为部分呼吸系统疾病的辅助治疗手段。

目前，呼吸康复训练可分为被动型和主动型两种训练方式。被动型的训练方式虽然使用率较高，但其个性化和主动性差。基于力反馈信号的主动性训练方式解决了患者难以参与的问题，并将交互控制的理念融入训练之中，使得患者获得更好的训练体验，但是却带来了自适应调整能力差、动作意图识别率不高、易导致二次受伤等问题。

相比于力反馈信号，肌电信号含有大量的人体生理信息，可有效反映个体肌肉状态，从而应用在以肌电信号为驱动力的主动型康复训练中，同时其基于电极的采集方式使得设计可穿戴的呼吸训练装置成为了可能。

因此，考虑患者的实际康复需要，开发一套基于表面膈肌肌电信号、同时兼具个性化、易穿戴、低成本等特点的人机交互式膈肌康复训练系统具有重要意义与价值。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种基于表面肌电的个性化膈肌康复训练系统。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于表面肌电的个性化膈肌康复训练系统包括柔性表面电极、信号处理模块、离线分析模块和人机交互模块，其特征在于：所述柔性表面电极与患者皮肤直接接触，且与患者膈肌的位置相对应；信号处理模块与柔性表面电极通过接口电联；离线分析模块与信号处理模块通过存储卡实现数据交换；人机交互模块与信号处理模块通过无线传输方式通信连接。柔性表面电极和呼吸起讫检测阈值计算是个性化的。

所述柔性表面电极是多通道、排列可阵列式的干电极，无需涂抹导电膏，佩戴方便；此外该柔性表面电极不是一次性产品，可以反复使用，降低了成本；多通道阵列式设计可以紧贴皮肤，并对区域性表面肌电信号的变化进行检查。

所述信号处理模块包括电极接口组件、信号调理与转换组件、数据存储组件、数据通信组件与控制组件，信号调理与转换组件连接电极接口组件和控制组件,控制组件连接数据存储组件和数据通信组件。所有的组件集成在一块可折叠的柔性印刷电路板上，并在层间添加泡沫，避免了不同硬性层之间的排线连接，使系统体积大为减少，增加了便携性与可穿戴性。

所述电极接口组件包含4通道、8通道、16通道等不同通道数的接口，能用接口连接不同通道数的柔性表面电极，当需要改变信号采集的通道数时，只需要更换不同通道数的柔性表面电极，通用性好；所述数据存储组件包含存储卡如TF卡，但不限于此，该存储卡可以对采集到的膈肌表面肌电信号数据进行存储，最多可以不间断地存储7天的数据，便于医生对患者的治疗情况的长期跟踪；所述数据通信组件拥有无线传输功能，能将采集到的膈肌表面肌电信号数据传输到人机交互模块，以实现患者的实时在线康复训练；所述控制组件对整个信号处理模块进行控制与供电。