[发明专利]基于肌电预期姿势调整的卒中电刺激训练意图识别装置

说明书

本发明公开了基于肌电预期姿势调整的卒中电刺激训练意图识别装置，所述装置通过如下步骤实现识别过程：数据采集模块通过肌电采集电极获取受试者的运动肌电信号；数据特征处理模块对受试者的运动肌电信号按照预期姿势调整分权算法生成运动前肌电信号加权特征；模型训练模块采用支持向量机分类器对前预测肌电信号进行训练生运动意图数据信息；电刺激模块采集运动意图数据信息分别输出相应电刺激控制参数；主动控制电刺激单元将采集到运动肌电信号进行判别输出脉冲指令信号给电刺激模块；本发明能够对患者的运动意图实现预测，无需患侧肢体具有运动能力，克服卒中患者患侧肢体运动能力差无法识别运动意图的同时，无需采集目标运动肌肉的肌电信号，减少了电刺激伪迹的影响，并且减小了电刺激触发的延时，为脑卒中患者的康复治疗提供简单有效的帮助。

技术领域

本发明涉及机电系统控制领域，尤其涉及基于肌电预期姿势调整的卒中电刺激训练意图识别装置。

背景技术

脑卒中的临床症状主要是以偏瘫为主的运动功能障碍，对患者的日常生活造成了严重的影响。因此，对卒中患者的运动功能恢复十分重要。目前对于脑卒中患者的运动功能康复，功能性电刺激(Functional Electrical Stimulation,FES)已被广泛在临床上使用。功能性电刺激利用低频弱电流脉冲刺激瘫痪患者的骨骼肌使其收缩，从而产生期望的运动，以辅助或恢复运动功能。功能性电刺激通过预设的低频脉冲电流以特定的波形、强度和频率，按照既定程序刺激一组或多组肌肉，诱发肌肉收缩完成特定的动作。临床研究已经证明功能性电刺激可以有效改善偏瘫患者的运动能力和肌力。但刺激模式单一和缺少患者主动参与以及动作预测延时等都对功能性电刺激的进一步应用起到了阻碍。而由于卒中患者患侧肢体运动功能受损，且在电刺激过程中电流会对目标肌肉的肌电信号产生伪迹，使得卒中患者在使用电刺激时的运动意图不易提取。

人的自身活动在使肢体的几何结构发生变化带来的重心偏移时，大脑的中枢神经系统会采取有效的姿势控制(Postural Control,PC)，以确保身体重心的稳定，维持身体的平衡。姿势控制主要通过前馈控制、反馈控制来激活肌肉的活动，来控制姿势肌肉产生快速协同反应来维持自身的稳定状态。预期姿势调节(Anticipatory postural adjustments,APAs)是前馈控制重要的表现形式，其在姿势干扰前由知觉心理预期引发能够平衡由于初级动作引起的扰动，以确保整个身体的平衡。预期姿势调整(APAs)发生在动作肌的肌电电位信息的前200ms至后50ms，发生于突发姿势干扰之前，为肌电信号的超前识别提供可能性。基于预期姿势调整控制策略设计的人机交互方法，通过对上肢预期姿势调整姿势链中的姿势肌肉的激活情况进行分析，可以在姿势改变前提前预测到动作意图，并依照指令完成相应的动作。此外，基于预期姿势调整的预测模式可以通过识别预期姿势调整姿势链中其他姿势肌肉的肌电活动，补偿由于受损而无法检测的动作肌肉带来的信息缺失。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提出本发明的目的在于提供基于肌电预期姿势调整的卒中电刺激训练意图识别装置。该装置将功能性电刺激与预期姿势调整相结合，避开电刺激的目标肌肉的同时，还对卒中患者的运动意图进行了提前预测，不仅无需卒中患者的患侧具有运动能力，还尽可能减小了延时，实现运动和意图的最大同步化，融入患者主动意识的同时能够为偏瘫患者提供简单便捷有效的康复训练的。

本发明采用如下技术方案实施：

基于肌电预期姿势调整的卒中电刺激训练意图识别装置，该装置包括如下步骤：

数据采集模块通过肌电采集电极获取受试者运动侧肢体的肱二头肌、肱桡肌、指伸肌、旋前圆肌、掌长肌和胸大肌以及躯干上的腹直肌执行右手的手腕内翻、手腕外翻和手臂前伸的运动肌电信号；

数据特征处理模块对受试者的运动肌电信号按照预期姿势调整分权算法生成前预测肌电信号；

模型训练模块采用支持向量机分类器对运动前肌电信号加权特征进行训练生成含有手腕内翻、手腕外翻和手臂前伸的运动意图数据信息；