[發(fā)明專利]一種用于假肢手控制與感知的雙向殘肢接口系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810220841.1
• 申請日: 2018-03-16
• 公開（公告）號: CN108261274A
• 公開（公告）日: 2018-07-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 郭偉超;盛鑫軍;華磊
• 申請（專利權(quán)）人: 郭偉超
• 主分類號: A61F2/72
• 分類號: A61F2/72;A61F2/68
• 代理公司: 上海旭誠知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31220
• 代理人: 鄭立

1.一種用于假肢手控制與感知的雙向殘肢接口系統(tǒng)，其特征在于，包括信息采集與反饋模塊、信號解碼與反饋編碼模塊、假肢控制與感知模塊、計算機輔助訓(xùn)練軟件；所述信息采集與反饋模塊將采集到的殘肢生物信號傳給所述信號解碼與反饋編碼模塊，所述信號解碼與反饋編碼模塊對所述生物信號進行解析并將解碼出的運動指令傳送給所述假肢控制與感知模塊用以控制假肢的操作；所述假肢控制與感知模塊將假肢的傳感反饋模式傳遞給所述信號解碼與反饋編碼模塊，所述信號解碼與反饋編碼模塊對反饋模式進行編碼并將反饋刺激信號傳遞給所述信息采集與反饋模塊；所述信號解碼與反饋編碼模塊還將所述信息采集與反饋模塊采集的殘肢生物信號無線傳輸給所述計算機輔助訓(xùn)練軟件，借助虛擬假肢進行康復(fù)訓(xùn)練。

2.如權(quán)利要求1所述的用于假肢手控制與感知的雙向殘肢接口系統(tǒng)，其特征在于，所述所述信息采集與反饋模塊包括至少四通道的生物傳感器、至少一通道的刺激器和可伸縮結(jié)構(gòu)，通過所述可伸縮結(jié)構(gòu)把所述生物傳感器和所述刺激器佩戴在殘肢上。

3.如權(quán)利要求2所述的用于假肢手控制與感知的雙向殘肢接口系統(tǒng)，其特征在于，所述生物傳感器為肌電或近紅外光譜或肌音或三者的組合傳感器，用以采集殘肢肌肉活動對應(yīng)的生物信號，所述刺激器為電刺激器或震動刺激器或二者的組合，用以刺激殘肢產(chǎn)生觸、壓、滑感覺。

4.如權(quán)利要求3所述的用于假肢手控制與感知的雙向殘肢接口系統(tǒng)，其特征在于，所述生物傳感器為肌電傳感器時，采用金屬電極片及放大濾波電路實現(xiàn)；所述生物傳感器為近紅外光譜時，采用近紅外光源和光電探測器實現(xiàn)；所述生物傳感器為肌音傳感器時，采用高靈敏度麥克風(fēng)或微加速度計或壓電傳感器及放大濾波電路實現(xiàn)。

5.如權(quán)利要求1所述的用于假肢手控制與感知的雙向殘肢接口系統(tǒng)，其特征在于，所述信號解碼與反饋編碼模塊包括數(shù)字信號處理芯片、記憶芯片、無線芯片及外圍電路。

6.如權(quán)利要求1或5所述的用于假肢手控制與感知的雙向殘肢接口系統(tǒng)，其特征在于，所述信號解碼與反饋編碼模塊有兩種工作方式，工作方式一包括訓(xùn)練模態(tài)和使用模態(tài)，與假肢控制與感知模塊相連；工作方式二為無線通信模態(tài)，與計算機輔助訓(xùn)練軟件相連。

7.如權(quán)利要求1所述的用于假肢手控制與感知的雙向殘肢接口系統(tǒng)，其特征在于，所述假肢控制與感知模塊包括控制芯片、驅(qū)動電路及可充電電池，將運動指令轉(zhuǎn)化為假肢手電機的驅(qū)動控制信號，同時將假肢手的感知信號轉(zhuǎn)化為反饋模式。

8.如權(quán)利要求6所述的用于假肢手控制與感知的雙向殘肢接口系統(tǒng)，其特征在于，所述所述信號解碼與反饋編碼模塊運行在工作方式一的訓(xùn)練模態(tài)時，所述信號解碼與反饋編碼模塊發(fā)送訓(xùn)練運動指令給所述假肢控制與感知模塊控制假肢手依次執(zhí)行設(shè)定的訓(xùn)練動作，患者用殘肢跟隨假肢執(zhí)行相應(yīng)肌肉收縮；所述信號解碼與反饋編碼模塊依次對殘肢生物信號進行數(shù)字化處理、數(shù)據(jù)加窗處理、特征提取處理并訓(xùn)練得出線性判別分析分類器或支持向量機分類器，以矩陣形式存儲在所述記憶芯片中；所述特征為生物信號的絕對平均值、過零點數(shù)、斜率變化數(shù)、波形長度與自回歸模型參數(shù)；所述信號解碼與反饋編碼模塊的訓(xùn)練模態(tài)完成后自動切換至工作方式一的使用模態(tài)，依次對生物信號進行數(shù)字化處理、數(shù)據(jù)加窗處理、特征提取處理以及模式分類處理得出運動指令，同時對反饋模式進行脈沖編碼處理產(chǎn)生反饋刺激信號。

9.如權(quán)利要求6所述的用于假肢手控制與感知的雙向殘肢接口系統(tǒng)，其特征在于，所述信號解碼與反饋編碼模塊運行在工作方式二的無線通信模態(tài)時，將數(shù)字化處理的生物信號無線傳輸?shù)剿鲇嬎銠C輔助訓(xùn)練軟件，同時無線接收所述計算機輔助訓(xùn)練軟件產(chǎn)生的反饋模式并進行脈沖編碼處理產(chǎn)生反饋刺激信號。

10.如權(quán)利要求1所述的用于假肢手控制與感知的雙向殘肢接口系統(tǒng)，其特征在于，所述計算機輔助訓(xùn)練軟件包括生物信號顯示界面、虛擬假肢界面和訓(xùn)練界面；所述計算機輔助訓(xùn)練軟件依次對生物信號進行數(shù)據(jù)加窗處理、特征提取處理以及模式分類處理得出運動指令控制虛擬假肢手動作，同時將虛擬假肢手的感知信號轉(zhuǎn)化為反饋模式；所述特征為生物信號的絕對平均值、過零點數(shù)、斜率變化數(shù)、波形長度與自回歸模型參數(shù)；所述模式分類為線性判別分析或支持向量機，可由訓(xùn)練界面訓(xùn)練得出。