[發(fā)明專利]一種基于功能性電刺激的智能化上肢康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910973212.0
• 申請(qǐng)日: 2019-10-14
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110694172B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-10-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 藍(lán)寧;周志鴻;王童
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號(hào): A61N1/36
• 分類號(hào): A61N1/36;A61B5/11
• 代理公司: 上海旭誠(chéng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31220
• 代理人: 鄭立

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于功能性電刺激的智能化上肢康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)，其特征在于，包括多通道可編程電刺激器，中央控制器，游戲屏幕和運(yùn)動(dòng)捕捉肘托，所述多通道可編程電刺激器設(shè)置有電極和電極連接線，所述運(yùn)動(dòng)捕捉肘托設(shè)置有RFID讀取器和貼片，所述多通道可編程電刺激器與所述中央控制器相連接，所述運(yùn)動(dòng)捕捉肘托與所述中央控制器相連接，所述運(yùn)動(dòng)屏幕與所述中央控制器相連接。該系統(tǒng)可提高患者參與康復(fù)訓(xùn)練的積極性和沉浸度，改善過(guò)去重復(fù)訓(xùn)練的枯燥過(guò)程，配合患者自主運(yùn)動(dòng)意圖并消除外界啟動(dòng)電刺激產(chǎn)生與患者運(yùn)動(dòng)不匹配的問(wèn)題，增加運(yùn)動(dòng)過(guò)程中患者運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)記錄，為治療醫(yī)師評(píng)估患者運(yùn)動(dòng)康復(fù)效果以及調(diào)整不同干預(yù)階段電刺激策略提供了依據(jù)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及醫(yī)療領(lǐng)域，尤其涉及一種基于功能性電刺激的智能化上肢康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)。

背景技術(shù)

經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，功能性電刺激(Functional Electrical Stimulation，F(xiàn)ES)技術(shù)在康復(fù)領(lǐng)域內(nèi)已經(jīng)取得了重要的成果。該成果也逐漸被康復(fù)醫(yī)院以及各大康復(fù)科接納作為幫助腦卒中患者康復(fù)的主要的技術(shù)。人體的肌肉骨骼系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜且多自由度的非線性系統(tǒng)，主要運(yùn)動(dòng)都是協(xié)調(diào)多關(guān)節(jié)多肌肉，因此如何配置電刺激的“刺激強(qiáng)度”和“刺激序列”才能有效的控制人體復(fù)雜肌肉骨骼系統(tǒng)順利完成運(yùn)動(dòng)任務(wù)是亟需解決的核心問(wèn)題。基于發(fā)明者十多年的研究積累，通過(guò)仿生模型驗(yàn)證了輔助上肢運(yùn)動(dòng)的電刺激策略的可能性，在該電刺激技術(shù)的引導(dǎo)下鼓勵(lì)患者完成多關(guān)節(jié)多肌肉的上肢運(yùn)動(dòng)，從而達(dá)到康復(fù)訓(xùn)練的效果。

當(dāng)前，輔助患者運(yùn)動(dòng)的電刺激脈沖需要人為觸發(fā)啟動(dòng)，且每次觸發(fā)的時(shí)間需治療師進(jìn)行啟動(dòng)或者是循序的固定重復(fù)啟動(dòng)，無(wú)法與患者自身的運(yùn)動(dòng)有良好的結(jié)合，無(wú)法得知患者自身的運(yùn)動(dòng)意圖。電刺激的觸發(fā)該過(guò)程需要治療師的參與，患者無(wú)法自行完成康復(fù)任務(wù)。同時(shí)，人為觸發(fā)的電刺激脈沖和患者的運(yùn)動(dòng)不匹配，甚至?xí)騺y患者原始運(yùn)動(dòng)，造成不必要的影響。目前使用的功能電刺激為固定模式，無(wú)法根據(jù)不同患者運(yùn)動(dòng)功能差異性、同一患者不同康復(fù)階段運(yùn)動(dòng)功能恢復(fù)程度進(jìn)行電刺激模式動(dòng)態(tài)調(diào)整。患者進(jìn)行功能性電刺激干預(yù)的效果缺乏量化評(píng)估手段，并且該量化評(píng)估結(jié)果可以作為依據(jù)修正電刺激策略。功能性電刺激康復(fù)訓(xùn)練過(guò)程非常枯燥，患者自主完成康復(fù)訓(xùn)練的積極性、參與性很低。能夠反映主動(dòng)意圖的方案，多為以生理電信號(hào)(表面肌電信號(hào)、腦電信號(hào))為啟動(dòng)信號(hào)，電刺激信號(hào)和生理電信號(hào)相互影響而導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)意圖判斷出現(xiàn)較大誤差，同時(shí)容易受環(huán)境噪聲的干擾，使得訓(xùn)練過(guò)程存在很大變異性。另外，以外骨骼機(jī)器人為策略的康復(fù)輔助設(shè)備由于較高成本和復(fù)雜的控制方法而無(wú)法融入目前臨床，且外骨骼機(jī)器人無(wú)法達(dá)到精細(xì)的肌肉運(yùn)動(dòng)，該方式為外部牽引運(yùn)動(dòng)，而非患者自身的自主運(yùn)動(dòng)肌肉。

因此，本領(lǐng)域的技術(shù)人員致力于開(kāi)發(fā)一種基于功能性電刺激的智能化上肢康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)，可實(shí)時(shí)反饋數(shù)據(jù)反映患者主動(dòng)運(yùn)動(dòng)意圖，建立和電刺激脈沖的輸出建立觸發(fā)邏輯，從而實(shí)現(xiàn)患者以主動(dòng)運(yùn)動(dòng)下自行觸發(fā)電刺激輔助其完成康復(fù)運(yùn)動(dòng)。完成對(duì)患者運(yùn)動(dòng)任務(wù)中的運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)據(jù)采集，根據(jù)患者的“運(yùn)動(dòng)時(shí)間、速度峰值、反應(yīng)時(shí)間、運(yùn)動(dòng)一致性”等運(yùn)動(dòng)學(xué)信息周期性修改電刺激輸出策略，以運(yùn)動(dòng)學(xué)信息作為反饋數(shù)據(jù)修正電刺激策略。周期性對(duì)患者進(jìn)行無(wú)電刺激的運(yùn)動(dòng)評(píng)估，將患者的“運(yùn)動(dòng)時(shí)間、速度峰值、反應(yīng)時(shí)間、運(yùn)動(dòng)一致性”等運(yùn)動(dòng)學(xué)信息和電刺激條件下的反饋信息對(duì)比，并可將訓(xùn)練過(guò)程與運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)據(jù)結(jié)合轉(zhuǎn)化為得分與次數(shù)等游戲場(chǎng)景量化數(shù)據(jù)。階段性反饋功能性電刺激的干預(yù)效果。開(kāi)發(fā)對(duì)應(yīng)的趣味性游戲伴隨患者完成康復(fù)任務(wù)，游戲中加入視覺(jué)、聲音反饋等信息鼓勵(lì)患者積極參與更多的獨(dú)立康復(fù)任務(wù)。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是如何實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的指揮組反饋，并將運(yùn)動(dòng)學(xué)信息作為反饋數(shù)據(jù)修正電刺激策略，并周期性對(duì)患者進(jìn)行無(wú)電刺激的運(yùn)動(dòng)評(píng)估，鼓勵(lì)患者積極參與更多的獨(dú)立康復(fù)任務(wù)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種基于功能性電刺激的智能化上肢康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)，包括多通道可編程電刺激器，中央控制器，游戲屏幕和運(yùn)動(dòng)捕捉肘托，所述多通道可編程電刺激器設(shè)置有電極和電極連接線，所述運(yùn)動(dòng)捕捉肘托設(shè)置有RFID讀取器和貼片，所述多通道可編程電刺激器與所述中央控制器相連接，所述運(yùn)動(dòng)捕捉肘托與所述中央控制器相連接，所述運(yùn)動(dòng)屏幕與所述中央控制器相連接。