[發明專利]基于肌電預期姿勢調整的卒中電刺激訓練意圖識別裝置

有效

• 申請號: 202111440647.2
• 申請日: 2021-11-30
• 公開（公告）號: CN113995956B
• 公開（公告）日: 2022-09-13
• 發明（設計）人: 徐瑞;趙鑫雨;明東;王紫堯;孟琳
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: A61N1/36
• 分類號: A61N1/36;A61B5/389;G06K9/62;G06K9/00
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 韓帥

本發明公開了基于肌電預期姿勢調整的卒中電刺激訓練意圖識別裝置，所述裝置通過如下步驟實現識別過程：數據采集模塊通過肌電采集電極獲取受試者的運動肌電信號；數據特征處理模塊對受試者的運動肌電信號按照預期姿勢調整分權算法生成運動前肌電信號加權特征；模型訓練模塊采用支持向量機分類器對前預測肌電信號進行訓練生運動意圖數據信息；電刺激模塊采集運動意圖數據信息分別輸出相應電刺激控制參數；主動控制電刺激單元將采集到運動肌電信號進行判別輸出脈沖指令信號給電刺激模塊；本發明能夠對患者的運動意圖實現預測，無需患側肢體具有運動能力，克服卒中患者患側肢體運動能力差無法識別運動意圖的同時，無需采集目標運動肌肉的肌電信號，減少了電刺激偽跡的影響，并且減小了電刺激觸發的延時，為腦卒中患者的康復治療提供簡單有效的幫助。

技術領域

本發明涉及機電系統控制領域，尤其涉及基于肌電預期姿勢調整的卒中電刺激訓練意圖識別裝置。

背景技術

腦卒中的臨床癥狀主要是以偏癱為主的運動功能障礙，對患者的日常生活造成了嚴重的影響。因此，對卒中患者的運動功能恢復十分重要。目前對于腦卒中患者的運動功能康復，功能性電刺激(Functional Electrical Stimulation,FES)已被廣泛在臨床上使用。功能性電刺激利用低頻弱電流脈沖刺激癱瘓患者的骨骼肌使其收縮，從而產生期望的運動，以輔助或恢復運動功能。功能性電刺激通過預設的低頻脈沖電流以特定的波形、強度和頻率，按照既定程序刺激一組或多組肌肉，誘發肌肉收縮完成特定的動作。臨床研究已經證明功能性電刺激可以有效改善偏癱患者的運動能力和肌力。但刺激模式單一和缺少患者主動參與以及動作預測延時等都對功能性電刺激的進一步應用起到了阻礙。而由于卒中患者患側肢體運動功能受損，且在電刺激過程中電流會對目標肌肉的肌電信號產生偽跡，使得卒中患者在使用電刺激時的運動意圖不易提取。

人的自身活動在使肢體的幾何結構發生變化帶來的重心偏移時，大腦的中樞神經系統會采取有效的姿勢控制(Postural Control,PC)，以確保身體重心的穩定，維持身體的平衡。姿勢控制主要通過前饋控制、反饋控制來激活肌肉的活動，來控制姿勢肌肉產生快速協同反應來維持自身的穩定狀態。預期姿勢調節(Anticipatory postural adjustments,APAs)是前饋控制重要的表現形式，其在姿勢干擾前由知覺心理預期引發能夠平衡由于初級動作引起的擾動，以確保整個身體的平衡。預期姿勢調整(APAs)發生在動作肌的肌電電位信息的前200ms至后50ms，發生于突發姿勢干擾之前，為肌電信號的超前識別提供可能性?；陬A期姿勢調整控制策略設計的人機交互方法，通過對上肢預期姿勢調整姿勢鏈中的姿勢肌肉的激活情況進行分析，可以在姿勢改變前提前預測到動作意圖，并依照指令完成相應的動作。此外，基于預期姿勢調整的預測模式可以通過識別預期姿勢調整姿勢鏈中其他姿勢肌肉的肌電活動，補償由于受損而無法檢測的動作肌肉帶來的信息缺失。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明提出本發明的目的在于提供基于肌電預期姿勢調整的卒中電刺激訓練意圖識別裝置。該裝置將功能性電刺激與預期姿勢調整相結合，避開電刺激的目標肌肉的同時，還對卒中患者的運動意圖進行了提前預測，不僅無需卒中患者的患側具有運動能力，還盡可能減小了延時，實現運動和意圖的最大同步化，融入患者主動意識的同時能夠為偏癱患者提供簡單便捷有效的康復訓練的。

本發明采用如下技術方案實施：

基于肌電預期姿勢調整的卒中電刺激訓練意圖識別裝置，該裝置包括如下步驟：

數據采集模塊通過肌電采集電極獲取受試者運動側肢體的肱二頭肌、肱橈肌、指伸肌、旋前圓肌、掌長肌和胸大肌以及軀干上的腹直肌執行右手的手腕內翻、手腕外翻和手臂前伸的運動肌電信號；

數據特征處理模塊對受試者的運動肌電信號按照預期姿勢調整分權算法生成前預測肌電信號；

模型訓練模塊采用支持向量機分類器對運動前肌電信號加權特征進行訓練生成含有手腕內翻、手腕外翻和手臂前伸的運動意圖數據信息；