[發明專利]一種結合感知功能與機械輔助的康復系統

有效

• 申請號: 201410097679.0
• 申請日: 2014-03-17
• 公開（公告）號: CN104921902B
• 公開（公告）日: 2017-11-24
• 發明（設計）人: 胡曉翎;湯啟宇;榮威;李偉明;胡軍巖
• 申請（專利權）人: 香港理工大學
• 主分類號: A61H1/02
• 分類號: A61H1/02;A61H39/00;A61H39/04
• 代理公司: 深圳市順天達專利商標代理有限公司44217
• 代理人: 郭偉剛

技術領域

本發明涉及輔助醫療康復訓練設備領域，尤其涉及一種結合感知功能與機械輔助的康復系統。

背景技術

癱瘓肢體功能的恢復有賴于長期的物理康復治療。例如，對于中風患者而言，要想恢復偏癱側肢的功能，就要重復性地讓患側肢體練習所想獲得的功能或動作，即所謂的功能再學習。在此過程中，患者往往需要在外力的協助下學會使用指定肌肉群來完成要求的訓練任務。同時要盡量糾正身體其他部位不必要的代償性動作，從而使受訓肢體的運動更接近正常人。機器人輔助康復訓練主要是通過機電結合的機器人對相應的關節或肢體提供外源性的機械支持，幫助患者的癱瘓肢體體驗指定動作以及相應的運動軌跡。在訓練時，機器人雖然可以從運動軌跡上糾正患者動作的偏差，但是無法提示患者在過程中應使用哪些肌肉來完成標準動作。這樣的訓練結果往往是當有機器人輔助時，患者可以完成動作，而沒有幫助時患者就無法實現，或使用其他代償肌肉群。在物理康復治療中引入感知刺激，例如振動、電刺激、溫度等可以增強患者對患側肌肉位置的本體感受，并有利于受損神經系統的重建以提高康復訓練效果。感知刺激一般不直接引起肌肉收縮，只是讓患側肢體產生感覺，從而使患者在運動中可意識到所應使用的肌肉部位。

目前，感知刺激設備與康復機器人還是分別獨立的系統，還沒有結合兩種功能的技術對患者肢體進行協同康復訓練的裝置。

發明內容

本發明要解決的技術問題在于，針對上述感知刺激設備與康復機器人分別為獨立系統的問題，提供一種結合感知功能與機械輔助的康復系統。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：構造一種結合感知功能與機械輔助的康復系統，所述系統包括感知功能部件、機械輔助部件、用于測量主觀運動意向強度的測量部件、以及控制單元；所述控制單元與所述感知功能部件、所述機械輔助部件、所述測量部件連接；

所述感知功能部件，設有用于對肌群產生感知刺激的刺激部件、以及連接于所述刺激部件與所述控制單元之間的刺激發生器；

所述機械輔助部件，設有用于為患者提供輔助機械式支持的傳動部件、以及帶動所述傳動部件工作的電動機；

所述控制單元，接收所述測量部件所測量到的主觀運動意向強度，按照所述刺激發生器所產生的感知刺激強度與所述主觀運動意向強度的第一關系模式，實時控制所述感知功能部件以使所述刺激部件刺激患者的相應肌群，以及按照所述電動機預設的關節最大輸出扭矩與所述主觀運動意向強度的第二關系模式，實時控制所述機械輔助部件以使所述傳動部件為患者的相應關節提供輔助機械式支持。

在本發明所述的康復系統中，所述刺激發生器所產生的感知刺激強度與所述主觀運動意向強度的第一關系模式定義為：

其中，S_i(t)為所述刺激發生器在肌肉i上所產生的實時感知刺激強度，以通過所述刺激部件刺激所述肌肉i；當控制單元未接收到所述刺激部件檢測的主觀運動意向強度時，刺激發生器的輸出強度為0；S_iMax為所述刺激發生器在所述肌肉i上所產生的最大感知刺激強度，所述最大感知刺激強度不引起肌肉主動收縮，S_iMin為所述刺激發生器在所述肌肉i上所產生的最小感知刺激強度；M_i(t)定義為：

其中，y_i(t)為所述測量部件在所述肌肉i上實時測量到的主觀運動意向強度，y_iMax為所述測量部件在所述肌肉i上所測量到的主觀運動意向強度的最大值。

在本發明所述的康復系統中，所述電動機的預設的關節最大輸出扭矩與所述主觀運動意向強度的第二關系模式定義為：

T_j(t)＝T_jMax*M_i(t)

其中，T_j(t)為實時控制所述機械輔助部件中的所述傳動部件對關節j提供所述輔助機械式支持時的輸出扭矩，T_jMax為預設的機械輔助部件中的傳動部件對所述關節j的關節最大輸出扭矩。

在本發明所述的康復系統中，所述傳動部件對關節j提供所述輔助機械式支持時的輸出扭矩是與患者想要運動方向一致的輔助力矩，或者是與患者想要運動方向相反的阻力力矩。

在本發明所述的康復系統中，所述機械輔助部件還包括連接于所述傳動部件及所述控制單元之間的位移傳感器和角度傳感器，分別用于測量關節所產生的扭矩和根據所述扭矩而產生的角度信號。