[发明专利]一种电刺激触觉感知方法

说明书

本发明公开了一种电刺激触觉感知方法；本发明将功能性电刺激电极组成的高密度电极阵列作为单一电刺激模块，通过电刺激电极组合实现手部精细动作的运动康复以及手部不同接触点的触觉反馈。本发明方法直接刺激和手部运动及触觉相关的神经肌肉，运动康复和触觉反馈均为电刺激产生的直接效果，符合人类的天然直觉，大大降低了使用者的训练成本。本发明通过使用高密度电极阵列，提高了电刺激系统的空间分辨率，大大弥补了现有电刺激系统空间分辨率不足、刺激功能不够精细的弊端。本发明可快速准确地搜索出不同精细动作及不同精细位置触觉所对应的电极组合。

技术领域

本发明涉及一种电刺激触觉感知方法，属于人工智能医疗设备技术领域。

背景技术

功能电刺激系统是一种用于运动康复和触觉反馈诱发的技术[1]，可以通过在特定神经部位人为施加电流刺激，驱动脑卒中等运动障碍患者自主收缩相应肌肉，产生肢体运动。同时，由于脑卒中患者的感知神经回路仍然完整，因此，可以通过电刺激患者感知神经，人为诱发患者对应手部触觉感知，从而帮助脑卒中患者逐步恢复触觉反馈功能。通过“患者—电刺激—运动”的运动功能康复以及“运动—电刺激—患者”的触觉反馈，可实现高效的双向康复训练。

现有的电刺激系统大多只实现上述运动康复和触觉反馈二者之一。目前可实现双向康复训练的系统是Aurelie Selfslagh等人于2019年提出的下肢步态康复系统[2]。该系统使用16电极通道刺激下肢左右腿的目标肌肉：臀大肌、臀中肌、股直肌近端、腘绳肌、股外侧肌、胫骨前肌、腓肠肌、比目鱼肌(左右腿8块肌肉各1个电极通道，共16通道)，以使双腿肌肉产生目标步态动作。为进一步为患者提供触觉反馈，该系统进一步使用名为“触觉衬衫”的触觉反馈系统[3]，提供由运动到患者方向的触觉反馈。该触觉反馈系统被嵌入于衬衫袖子中，每个袖子都包含三个小的硬币形状的振动器，沿着前臂的远端—近端轴依次排列。该系统利用“感官替代”和“感官重映射”的概念从前臂部位通过产生震动信息提供下肢的触觉反馈。“感官替代”指的是使用一种不同的模态来传递另一种模态的感官信息，如Bach-y-Rita等人曾实现了使用触觉提供视觉信息[4]。“感官重映射”指的是将身体某一部位的感知信息提供给身体另一不同部位。通过该“触觉袖套”模块，该系统可实现双向下肢康复辅助。

现有的运动康复辅助系统系统存在一个共同缺陷，即，只能通过电刺激使运动障碍患者实现较为粗糙的运动功能(例如下肢、肩部或肘部的运动)，但手部的运动相较于上述部位更为复杂，相关肌肉部位在解剖结构上的分布彼此临近，功能也更为复杂。目前手部精细运动的康复训练依然是相关领域的难点。这一缺陷主要受限于现有电刺激系统有限的空间分辨率，使得其只能通过刺激易于定位的大肌群使特定关节产生较为固定的粗糙动作。

现有的康复辅助系统通常将运动康复和触觉反馈通过两个分立的模块实现。

现有基于功能电刺激的触觉反馈诱发系统大多聚焦于通过电刺激使得单一的接触点产生不同接触类型的触觉反馈(如接触面材质的硬度，接触受力的大小等)。然而，对于人的手部触觉，精确的识别手部不同位置所产生的触觉是人手可以在日常生活中灵巧控制物体的关键因素之一，如何通过功能电刺激系统诱发可以使用户精确识别出不同手部接触点的触觉反馈系统，依然是目前研究的难点。

同时，提高功能电刺激系统的空间分辨率，需要对刺激点位及点位可能的组合进行更为精细和准确的量化，这依赖于手臂肌肉的解剖结构，而肌肉解剖结构具有个体差异性，现有系统和研究都无法解决对于每个个体快速且准确地搜索能让其产生不同手部运动及触觉位置对应的最优电极阵列。

发明内容

本发明旨在通过使用(高密度)电极阵列作为单一电刺激模块覆盖前臂提高电刺激系统的空间分辨率，并通过精准的电刺激电极组合实现手部精细动作的运动康复以及手部不同接触点的触觉反馈。本发明使用相同的表面电刺激同时实现“患者—电刺激—运动”方向的运动康复和“运动—电刺激——患者”方向的触觉反馈可以极大的降低系统的复杂度以及提高系统的配置穿戴便捷度。

本发明的技术方案具体介绍如下。