[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

说明书

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，尤其涉及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及方法。

背景技术

中枢神经系统包括脑和脊髓，它支配并控制人的全部行为，包括肢体运动。正常人肌肉收缩时，动作电位信号由中枢神经系统产生，传送到末梢神经，再通过突触传到要引起收缩的肌肉上。对于脑中风和脊髓损伤患者而言，由于中枢神经系统通路的中断，信号无法传导到相应肌群，因而无法实现正常的运动功能。功能性电刺激（Functional Electrical Stimulation，FES）是利用低频电流脉冲来刺激失去神经控制的肌肉，引起肌肉收缩，促进神经再生和传导功能的恢复。功能性电刺激疗法的研究与应用已涉及临床医疗的各个领域。踏车训练作为传统的运动疗法，对于延缓肌肉萎缩，重建运动功能有着很大的帮助。目前在康复领域提出的功能电刺激辅助踏车训练方法，不但能够恢复肌力，而且可以促进脊髓损伤的局部组织修复。

国内对于电刺激作为康复手段的研究一直在进行，于2010年6月16日公开的中国发明专利CN 101732796A，公开了一种肌电信号控制的主从式无线功能性电刺激康复系统，于2011年5月11日公开的中国发明专利CN 102049095A，公开了一种肌电反馈式电刺激仪，于2011年8月3日公开的中国发明专利CN 102139139A，公开了一种肌电反馈控制的电刺激装置及其控制方法，这些发明中均提出了肌电信号作为反馈，触发电刺激或调整刺激参数。但这些装置中存储的刺激模式也只是有限的几种形式，而人体的关节运动是由肌群协调收缩完成的，电刺激产生的动作电位信号为了能达到模拟正常运动，提高康复效果，运动过程中就要实时改变肌肉的刺激部位和刺激参数，且对于不同的肌肉神经采用异步的方式进行刺激，可防止肌肉因为刺激强度变化率太小而产生适应性，对减少疲劳有很大的前景，而现有技术并未考虑到这一点。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的问题，提高电刺激的康复效果，本发明提供了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及方法，其不局限于某几种刺激模式，而是通过反馈到控制器的角度值与肌电信号值，实时调整刺激部位和刺激参数，不仅实现了电刺激的闭环控制，而且充分考虑刺激对肌肉的作用是否有效，使刺激效果始终处于最佳状态。该装置可与踏车、外骨骼等康复装置配合使用。

为了达到上述目的，根据本发明的一方面，提出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，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。

根据本发明的另一方面，提出一种基于角度信息与肌电信号反馈控制的电刺激方法，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，输出电刺激并采集机电信号；

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。