[发明专利]基于角度信息与肌电信号反馈控制的电刺激康复装置及方法

权利要求书

1.一种基于角度信息与肌电信号反馈控制的电刺激康复装置，其特征在于，该装置包括：多组电刺激通道，肌电信号处理模块，角度传输模块，控制器和电刺激输出模块，其中：

每组电刺激通道包括置于相同的肌肉上的多个电极片，用于进行电刺激输出和肌电信号采集；

所述肌电信号处理模块用于提取所述多个电极片采集得到的肌电信号的特征值λ_emg，并将其传输给控制器以供其对电刺激参数进行调整；

所述角度传输模块置于康复设备上，以检测下肢运动的角度值，并将下肢运动的角度值实时地传输给所述控制器；

所述控制器采用有限状态机方法将下肢运动过程分解为有限个状态，所述有限状态机依据接收到的下肢运动的角度值推断下肢所处的运动状态以及下一运动状态，确定下一步肌肉的刺激部位和刺激参数，并根据所述肌电信号特征值修正刺激参数，产生电刺激脉冲；

所述电刺激输出模块用于将所述控制器产生的电刺激脉冲输出至对应的电极片，以对患者进行刺激治疗。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电极片分别置于左右腿部的臀大肌、股四头肌、股二头肌、腓肠肌肌群的肌腹部位。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述肌电信号处理模块包括依次连接的放大器、滤波器、A/D转换器和数字信号处理器DSP。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述特征值λ_emg为肌电信号的积分绝对值。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述积分绝对值利用滑动窗求均值的方法来获得：

λj=1NΣj=ii+N-1|xj|,]]>

其中，λ_i表示不同滑动窗内的肌电信号特征值λ_emg，x_j表示肌电信号的第j个时间点的幅值，N表示滑动窗的长度。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述刺激参数包括脉冲幅度和/或脉冲宽度。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，每个运动状态的初始脉冲幅度设为能够引起肌肉反应的最小刺激强度，即基础电流强度I_base，之后考虑患者的个体差异，使用所述肌电信号的特征值λ_emg修正所述基础电流强度I_base。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述肌电信号处理模块采用复协方差函数估计方法来定时检测患者肌肉的疲劳程度，并根据疲劳程度控制电刺激的产生。

9.一种基于角度信息与肌电信号反馈控制的电刺激方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤1，将多个电极片安放在患者肌肉的肌腹部位，与肌纤维平行，用于输出电刺激并采集肌电信号；

步骤2，检测下肢运动的角度值，并将下肢运动的角度信息有线或无线传输到控制器内部的有限状态机中，同时检测是否到达定时时间，如果是，执行步骤7，如果否，执行步骤3；

步骤3，有限状态机依据接收到的角度信息推断下肢所处的运动状态以及下一运动状态，确定下一步肌肉的刺激部位和最小刺激强度；

步骤4，将电极片采集到的肌电信号进行预处理，得到肌电信号特征值；

步骤5，使用所述肌电信号特征值进一步修正刺激强度，产生电刺激信号；

步骤6，将得到的电刺激信号输出至电极片，对患者进行电刺激治疗；

步骤7，使用电极片采集到的肌电信号进行疲劳度分析，根据疲劳度分析结果控制电刺激的产生。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述步骤7具体为：如果肌电信号能量谱的平均频率f_avg低于设定值f₁时，则减小电刺激脉冲强度，以缓解出现的肌肉疲劳；如果肌电信号能量谱的平均频率f_avg低于设定值f₂时，则停止电刺激输出，休息一段时间后再启动工作，其中，f₁>f₂；如果不属于上述两种情况，则不做处理，返回所述步骤2。