[發明專利]基于神經電刺激系統的替代型腕肘關節本體覺重建方法

在審

• 申請號: 202210172042.8
• 申請日: 2022-02-24
• 公開（公告）號: CN114652958A
• 公開（公告）日: 2022-06-24
• 發明（設計）人: 王星;周沂;韓宜忱;胡慧敏;左玉鳳;宋紅亮;張悅瑩;侯文生
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: A61N1/36
• 分類號: A61N1/36;A61F2/72;A61B5/00
• 代理公司: 重慶縉云專利代理事務所(特殊普通合伙) 50237
• 代理人: 王翔

本發明公開基于神經電刺激系統的替代型腕肘關節本體覺重建方法，包括以下步驟：1)使用者上臂貼放電刺激模塊，并佩戴假肢；假肢內部放置有角度傳感器；2)所述角度傳感器監測使用者肢體運動姿態信息，并傳輸至微控制器；3)所述微控制器根據運動姿態信息或電刺激參數信息生成電刺激模式；4)所述微控制器根據電刺激模式控制電刺激模塊產生作用于使用者的電刺激，并通過數據傳輸模塊將電刺激模式傳輸至移動終端顯示。本發明利用截肢者殘肢的皮膚淺感覺模式，將使用者的本體感覺與假肢運動狀態相結合，使誘發的替代型感覺更貼近自然感覺。

技術領域

本發明涉及電刺激領域，具體是基于神經電刺激系統的替代型腕肘關節本體覺重建方法。

背景技術

截肢者由于肢體的缺失會在生活中面臨一系列的不便之處，人造假肢技術旨在通過模擬真正人手的外形或功能，為截肢肢者通過類似真正人手的體驗。外觀仿真型的美容假肢僅在于為截肢者提供完整肢體外形的體驗，而以提供正常人手功能為目的的功能性假肢則通過采集輸入信號控制假肢活動以實現不同的功能。

在國內外的研究中，已出現多種自由度的上肢假肢技術，可以控制手指、手腕以及肘關節等部位的運動，包括如手指的屈伸、腕關節的屈伸和旋轉、肘關節的屈伸和旋轉，但假肢感覺反饋領域的研究和應用還有待深入。

現已有假肢可通過本體覺重建將假肢信息反饋給使用者。傳統的本體覺康復技術主要是利用人體自身的本體覺感受器或平板電腦，通過執行肌肉力量任務，研究仿生型本體覺功能的恢復，或者通過采集肌電信號編碼控制假肢運動，同時利用軀體感覺誘發電位刺激使用者產生本體覺感覺反饋，但仍存在以下問題：

1)目前大多數實驗室采用的有創干預，需要將神經肌肉-電極接口裝置植入到截肢患者的殘肢，刺激殘肢的感覺神經纖維，以恢復截肢患者的肢體感覺，但器械植入會對截肢者的身體造成一定的傷害。

2)目前尚未見到假肢腕肘關節的本體覺反饋重建技術。多數假肢采取振動刺激來完成運動信息反饋，可以實現3個自由度的動作模式，如手指的伸和屈、手臂的旋前和旋后、腕部的伸和屈。商業假肢手VINCENT evolution 2使用機械振動刺激方式為用戶提供觸覺反饋。但在運動的基礎上未能有實現本體覺反饋，以提供更加豐富和精細的感覺控制體驗的假肢。

3)目前的本體覺重建的編碼方式只適用于有幻肢感的截肢者。然而，只有約1/3的截肢者保留幻肢肢感，而且幻肢感覺不能完整地對應上肢各個部位，也使得該方式僅適用于部分存有幻肢感的截肢者。這在一定程度上限制了這一技術的應用范圍。

發明內容

本發明的目的是提供基于神經電刺激系統的替代型腕肘關節本體覺重建方法，旨在為截肢者反饋假肢的腕關節或肘關節的運動感覺信息，所述神經電刺激系統包括電刺激模塊、角度傳感器、數據傳輸模塊、微控制器和移動終端；

替代型腕肘關節本體覺重建方法包括以下步驟：

1)使用者佩戴假肢，且在上臂殘肢端皮膚表面貼放刺激電極，與刺激電極相連接的便攜式電刺激模塊安裝在假肢的接收腔中；假肢內部放置有角度傳感器；

2)所述角度傳感器監測使用者操控的假肢的運動姿態信息，并傳輸至微控制器；

3)所述微控制器根據運動姿態信息生成電刺激模式，所述電刺激模式是指電刺激參數的設置；所述電刺激參數中,電刺激脈沖寬度、電刺激頻率以及電刺激幅值需根據具體使用者的感覺功能進行確定，而其中的電刺激幅值為常量，具體數值在0～8mA之間，應高于電刺激感覺閾值，低于痛覺閾值,且具體數值受到殘疾人被試的殘肢感覺敏感水平的影響。

所述電刺激模式包括電刺激通道編號、電刺激時序、電刺激幅值、電刺激脈沖寬度、電刺激頻率；所述電刺激參數信息由移動終端通過數據傳輸模塊傳輸至微控制器；所述電刺激時序包括電刺激通道產生刺激信號的順序；