[发明专利]基于肌电反馈的上肢训练方法及系统

摘要

本发明公开了一种基于肌电反馈的上肢训练方法及系统，该系统将信号采集，模式识别，生物反馈，及实时疲劳评价各模块有序的结合，可以帮助用户实现上肢运动功能的训练。所述方法包括在用户为完成虚拟的游戏任务而进行相应的动作例如前臂旋转、屈腕/伸腕的同时，采集用户上肢关节的运动信号和肌电信号，利用基于用户所采集到运动信号调整虚拟控制目标的运动参数，同时根据肌电信号中的特征参数识别出用户的若干肌肉收缩模式，并将识别出的模式作为肌电反馈控制方法的选择依据。另外，在整个交互训练的同时系统根据采集到的肌电信号实时提取疲劳特征，分析肌肉的疲劳状态以实现对肌肉疲劳判断和报警。

主权项

一种基于肌电反馈的上肢训练系统，其特征在于，包括：主机交互模块，包括交互游戏界面，用于引导用户进行相应的上肢关节动作以完成虚拟游戏中的任务；信号采集模块，用于在用户进行相应的上肢关节动作时，实时采集用户上肢关节的运动信号和肌电信号；信号传输模块，用于将所述信号采集模块采集到的运动信号和肌电信号传输到主机控制模块以进行人机交互；主机控制模块，分别与所述主机交互模块和信号传输模块连接，用于将所述信号传输模块传输的运动信号和肌电信号进行运算与处理，并将运算和处理结果输出给所述主机交互模块以进行相应的游戏操作的参数设置，所述参数包括大炮发射角度、发射初速度和发射开关，所述主机控制模块主要包括：初始阈值设定单元，用于将根据训练前采集到的最大自主收缩测试结果的一定百分比设定好的初始阈值进行确认和保存；训练难度调节单元，利用系统将上肢运动设定不同的阻力；实现不同用户的个性化训练强度配置和不同强度下的训练过程；接收存储单元，用于接收所述信号传输模块传输的运动信号和肌电信号并存储；特征参数提取单元，用于将所述接收存储单元中的肌电信号进行特征参数提取；运动参数设置单元，用于根据所述接收存储单元接收到的运动信号调整所述主机交互模块中显示的虚拟控制目标的运动参数；模式识别单元，根据所述特征参数提取单元提取的特征参数识别出用户的若干肌肉发力收缩模式; 并将识别出的模式转化成为指令输出；其中，识别出的肌肉发力收缩模式包括屈腕和伸腕，屈腕对应的指令为1，伸腕对应的指令为0；肌电反馈控制单元，接收所述模式识别单元输出的指令，并根据所述指令作为选择不同肌电反馈控制方法的依据；其中，肌电反馈控制方法包括肌电幅值映射控制和肌电幅值阈值判断，当所述模式识别单元输出的指令为1时,将由指浅屈肌的肌电信号提取的峰值作为控制炮弹发射的发射初速度，当所述模式识别单元输出的指令为0时，将由指浅屈肌的肌电信号提取的峰值与所述初始阈值进行比较，超出阈值，炮弹发射，用户通过有序的伸腕和屈腕及合理的发力来完成虚拟游戏中的任务；肌肉疲劳监控单元，用于对所述特征参数提取单元提取的特征参数进行实时监控，当所述特征参数中能够表征用户肌肉疲劳的特征参数达到预设的疲劳阈值时，发出疲劳警报。