[发明专利]基于数字化膝关节支具的训练评估系统和膝关节训练评估方法

权利要求书

1.一种基于数字化膝关节支具的训练评估系统，其特征在于，包括：

肌电采集模块，用于采集健侧和患侧肌肉的sEMG信号，并将sEMG信号输入至上位处理模块；

IMU模块，用于采集健侧和患侧肌肉的原始运动状态数据；

上位处理模块，用于实时获得患侧肌肉sEMG信号，并得到患侧肌肉sEMG信号的RMS值，基于患侧肌肉RMS值向关节支具模块发送关节支具角度调节指令；还用于当患侧肌肉RMS值达到动运动阶段RMS阈值后，基于健侧肌肉和患侧肌肉的RMS偏差值和患侧肌肉RMS值得到品质因数，基于品质因数的最大值和最小值构建电刺激强度信号，并向功能性电刺激模块发送电刺激强度信号；还用于当患侧肌肉RMS值达到运动阶段RMS阈值后，对原始运动状态数据进行数据融合和互补滤波得到实时三轴姿态角，基于实时三轴姿态角通过设定的三轴姿态角与刺激位点的对应关系得到刺激位点信号，向功能性电刺激模块发送所述刺激位点信号；还用于当患侧肌肉RMS值达到动运动阶段RMS阈值后，将原始运动状态数据中的角速度和加速度分别与品质因数相乘得到运动状态数据，并向关节支具模块发送所述运动状态数据；

功能性电刺激模块，用于基于电刺激强度信号和刺激位点信号向患侧肌肉的具体位置进行给定强度电刺激；

关节支具模块，用于基于关节支具角度调节指令调节关节支具的固定角度；还用于基于运动状态数据调节关节支具的角速度和加速度。

2.根据权利要求1所述的基于数字化膝关节支具的训练评估系统，其特征在于，所述肌电采集模块包括肌电采集电极和机电信号处理单元，所述肌电采集电极用于采集健侧和患侧肌肉表面的sEMG信号，所述机电信号处理单元通过信号线接收健侧和患侧肌肉表面的sEMG信号，并将所述sEMG信号发送至上位处理模块。

3.根据权利要求1所述的基于数字化膝关节支具的训练评估系统，其特征在于，所述IMU模块包括陀螺仪、加速度计、磁力计和IMU信号处理单元，通过所述陀螺仪采集关节支具的初始角速度，通过所述加速度计采集关节支具的初始加速度，通过磁力计对所述初始角速度和初始加速度进行修正得到原始运动状态数据，通过IMU信号处理单元将原始运动状态数据发送至上位处理模块。

4.根据权利要求1所述的基于数字化膝关节支具的训练评估系统，其特征在于，所述基于健侧肌肉和患侧肌肉的RMS偏差值和患侧肌肉RMS值得到品质因数Q为：

RMS_bias＝RMS_unaffected-RMS_affected

其中，RMS_unaffected为健侧肌肉RMS值，RMS_affected为患侧肌肉RMS值，RMS_bias为RMS偏差值，对采集健侧和患侧肌肉的sEMG信号进行过滤后平方根处理分别得到RMS_bias和RMS_unaffected，通过品质因数Q表示患侧肌肉相对于健侧肌肉的无力程度。

5.根据权利要求1或4所述的基于数字化膝关节支具的训练评估系统，其特征在于，所述基于品质因数的最大值和最小值构建电刺激强度信号Ir为：

其中，I_max为治疗过程中预先设定的最大刺激强度，Q_min为患侧肌肉不需要电刺激去协助完成动作的品质因数阈值，即品质因数最小值，Q_max为需要触发最大电刺激强度去协助完成动作的品质因数阈值，即品质因数最大值。

6.根据权利要求1所述的基于数字化膝关节支具的训练评估系统，其特征在于，所述将原始运动状态数据中的角速度和加速度分别与品质因数相乘得到角速度信号V_r和加速度信号A_r分别为：

V_r＝V×Q_s

A_r＝A×Q_s

Q_S＝1-Q

其中，V为原始运动状态数据中的角速度，A为原始运动状态数据中的加速度，Q为品质因数。