一种脑卒中患者单侧复健的FES强度精确镜像方法技术

本发明专利技术涉及生物医学工程、计算机技术、通信领域，具体公开了一种脑卒中患者单侧复健的FES强度精确镜像方法，包括安装在患侧关节和健侧关节外侧的动力外骨骼、复健系统、角度传感器、压力传感器、肌电电极矩阵和FES作用点矩阵；复健系统通过角度传感器和压力传感器的参数，确定肢体关节的运动姿态，通过比对两侧肢体在对应姿态的肌电信号的强度、位置和时序，最终计算出患侧肢体各肌肉群的FES刺激强度、位置和时间。本发明专利技术通过患者健侧与患侧对称肢体的肌电信号强弱对比来确定相应的功能性电刺激强度，使运用本发明专利技术的每位病人都能得到最适合自己身体情况的FES刺激强度，可以更好的提高大脑镜像神经元激活程度，促进病人康复，同时能够在一定程度上帮助中风病人在康复过程中纠正步态。

An Accurate Mirror Method of FES Intensity for Unilateral Rehabilitation of Stroke Patients

The invention relates to the fields of biomedical engineering, computer technology and communication, and specifically discloses a precise mirror method of FES intensity for unilateral rehabilitation of stroke patients, including dynamic exoskeleton, rehabilitation system, angle sensor, pressure sensor, electromyographic electrode matrix and FES action point matrix installed on the lateral side of affected and contralateral joints. The parameters of pressure sensor are used to determine the motion posture of limb joints. By comparing the intensity, position and time sequence of the EMG signals of the two limbs in the corresponding posture, the FES stimulus intensity, position and time of each muscle group of the affected limbs are finally calculated. The invention determines the corresponding functional electric stimulation intensity by comparing the strength of EMG signals of the symmetrical limbs of the healthy side and the sick side of the patient, so that each patient using the invention can obtain the FES stimulation intensity most suitable for his own physical condition, which can better improve the activation degree of the mirror neurons of the brain, promote the rehabilitation of the patients, and at the same time help the stroke patients in rehabilitation to a certain extent. Correct gait in the process.

【技术实现步骤摘要】
一种脑卒中患者单侧复健的FES强度精确镜像方法
本专利技术涉及生物医学工程、计算机技术、通信领域，具体公开了一种脑卒中患者单侧复健的FES强度精确镜像方法。
技术介绍
随着生活水平的提高及生育意识的改变，人口老龄化问题越来越严重，许多老人由于中风等原因造成身体瘫痪，使晚年生活造成极大不便。中风瘫痪患者通过大量的康复训练可以激发大脑可塑性，恢复一定的运动能力，实现生活自理，提高生活质量，最大程度的回归社会，为子女和家人减轻负担。目前下肢康复训练绝大部分需要治疗师实时检测患者，人为纠正康复运动动作，这种康复训练缺少量化指标，在人为纠正过程中会有纠正不准确问题，严重影响康复训练效果，且由于缺乏有经验的治疗师，导致治疗效率低下，费用高昂，人工成本大。近几年，随着脑卒中患者康复治疗手段增多，对下肢患侧施加功能性电刺激(FES)成为一种重要的治疗方法。但目前进行电刺激的电信号强度普遍采用预设的固定电信号强度，并没有针对不同的患者和身体情况进行准确的定位和信号强度的微调，只能由治疗师手动调整，存在不准确、误差大的问题，影响了治疗效果。
技术实现思路
为了克服现有的单侧FES复健时电刺激强度控制不准确的问题，本专利技术提供一种脑卒中患者单侧复健的FES强度精确镜像方法。本专利技术采用的技术方案是：一种脑卒中患者单侧复健的FES强度精确镜像方法，包含安装在患侧关节和健侧关节外侧的动力外骨骼，以及预设有复健方法中算法和控制程序的复健系统，动力外骨骼位于健侧关节的一侧设有角度传感器，动力外骨骼位于健侧关节肢体端头设有压力传感器，患侧关节相邻肢体的肌肉群上设有FES作用点矩阵，以及分别设于患侧关节和健侧关节的相邻肢体肌肉群上的肌电电极矩阵；精确镜像方法包含步骤如下：S1.患者佩戴上动力外骨骼，启动复健系统，定义相邻动作的时间增量为Δt、健侧关节运动时间t1、患侧关节运动时间t2、运动幅度d、运动速度s，设定健侧关节和患侧关节对应动力外骨骼的位置关系，患侧关节相邻肢体肌肉群与动力外骨骼内侧的FES作用点矩阵和肌电电极矩阵分别布置在患侧关节的各肌肉群上方，其中肌电电极矩阵与相应FES作用点矩阵布置在同一块肌肉的相邻位置，减少患侧产生的肌电与健侧的偏差，患侧关节动力外骨骼内侧的肌电电极矩阵紧贴患侧关节部各肌肉群；S2.健侧关节首先开始运动动作，复健系统通过健侧关节肢体端头的压力传感器检测到的压力值，判定压力是否达到极大值，健侧关节处的角度传感器检测健侧关节的运动角度信息，从而确定健侧关节运动幅度d和健侧关节运动时间t1，计算出步速s和相比于上一健侧关节运动的时间增量Δt；S3.健侧关节在运动时，复健系统通过健侧关节肢体的肌电电极矩阵检测并记录健侧关节的各肌肉群EMG信号的对应位置、时序以及强度；S4.复健系统根据患侧关节模仿健侧关节运动的原则，根据健侧关节运动时间t1、时间增量Δt、运动幅度d和运动速度s计算出患侧关节运动时间t2以及运动姿态的数据，通过患侧关节的动力外骨骼带动患侧关节进行运动；S5.复健系统通过患侧关节的肌电电极矩阵实时检测患侧关节的各肌肉群EMG信号的位置、时序以及强度；S6.复健系统通过比较患侧关节与健侧关节的肢体在相同运动姿态时的EMG信号位置和强度，计算出患侧关节各肌肉群治疗需要的FES信号强度，并根据健侧关节记录的各肌肉群EMG信号强度位置，镜像确定患侧关节的FES作用点矩阵中的作用位置，实时对患侧肢体的肌肉群进行FES刺激治疗。作为优选的，所述的步骤S1中，还包括子步骤如下：B1.当患者患侧关节的肢体相比于健侧关节的肢体有一定萎缩或浮肿时，测量两侧肢体最粗处直径比，确定患侧关节相比健侧关节的膨胀系数al；所述的步骤S6还包含子步骤如下：C1.根据膨胀系数al计算出患侧关节肢体对比健侧关节肢体的各肌肉群FES作用点矩阵作用点的偏移量；C2.根据偏移量计算出患侧关节肢体各肌肉群的FES作用点矩阵电刺激的准确位置。本专利技术的有益效果是：该训练系统通过患者健侧与患侧对称肢体的肌电信号强弱对比来确定相应的功能性电刺激强度，而不是通过康复师的经验来确定，使运用本专利技术的每位病人都能得到最适合自己身体情况的FES刺激强度。同时，该系统是以使健侧患侧相应肌肉群肌电信号达到同等程度为治疗依据，使患者的康复动作更接近患病前动作，可以更好的提高大脑镜像神经元激活程度，促进病人康复，同时能够在一定程度上帮助中风病人在康复过程中纠正步态。附图说明图1是本专利技术的系统框图。图2是本专利技术的设备穿戴前视图。图3是本专利技术的设备穿戴后视图。图4是本专利技术的设备穿戴右视图。图5是本专利技术的端头压力传感器示意图。图中：1、患侧关节，2、健侧关节，3、角度传感器，4、肌电电极矩阵，5、FES作用点矩阵，6、压力传感器。具体实施方式参见图1，本专利技术是一种脑卒中患者单侧复健的FES强度精确镜像方法。参见图2至图5，以单侧下肢患病的患者复健为例，本实施例包含安装在患侧关节1和健侧关节2外侧的动力外骨骼，以及预设有复健方法中算法和控制程序的复健系统，动力外骨骼位于健侧关节2的一侧设有角度传感器3，动力外骨骼位于健侧关节2的脚底设有压力传感器6，患侧关节1相邻肢体的肌肉群上设有FES作用点矩阵5，肌电电极矩阵4分别设于患侧关节1和健侧关节2的相邻肢体肌肉群上。角度传感器3采用精度高、质量轻的角度传感器，在关节运动时，机械外骨骼跟随人体的肢体一起运动，位于机械外骨骼关节处的角度传感器3可以检测出机械外骨骼对应关节的实时弯曲角度，从而可以确定人体该对应关节的运动角度。FES作用点矩阵5是在一片绝缘的柔性基座上表面，均匀间隔排列金属电极，每个金属电极通过单独的导线与复健系统的FES信号输出接口连接。压力传感器6的型号是FSR402型压力传感器(lnterlinkElectronics公司)，位于健侧脚底，在健侧腿部进行动作时，通过复健系统记录压力传感器6的实时读数，正常的健侧腿部动作中，在复健系统中记录的压力数值函数曲线其达到最大值并开始递减时，可以判定压力达到了极大值的时间。参见图1，实现脑卒中患者单侧复健的FES强度精确镜像方法具体包含步骤如下：S1.患者佩戴上动力外骨骼，启动复健系统，定义相邻动作的时间增量为Δt、健侧关节2运动时间t1、患侧关节1运动时间t2、运动幅度d、运动速度s，设定健侧关节2和患侧关节1对应动力外骨骼的位置关系，患侧关节1相邻肢体肌肉群与动力外骨骼内侧的FES作用点矩阵5和肌电电极矩阵4分别布置在患侧关节1的各肌肉群上方，其中肌电电极与相应FES作用点布置在同一块肌肉的相邻位置，减少患侧产生的肌电与健侧的偏差患侧关节1动力外骨骼内侧的肌电电极矩阵4紧贴患者的关节部各肌肉群；S2.健侧关节2首先开始运动动作，复健系统通过健侧脚底的压力传感器5检测到的压力值，判定压力是否达到最大值，健侧关节2处的角度传感器3检测健侧关节2的运动角度信息，从而确定健侧关节2运动幅度d和健侧关节2运动时间t1，计算出步速s和相比于上一健侧关节2运动的时间增量Δt；S3.健侧关节2在运动时，复健系统通过健侧关节2肢体的肌电电极矩阵4检测并记录健侧关节2的各肌肉群EMG信号的对应位置、时序以及强度变化；S4.复健系统根据患侧关节1模仿健侧关节2运动的原则，根据健侧关节本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种脑卒中患者单侧复健的FES强度精确镜像方法，包含安装在患侧关节(1)和健侧关节(2)外侧的动力外骨骼，以及预设有复健方法中算法和控制程序的复健系统，动力外骨骼位于健侧关节(2)的一侧设有角度传感器(3)，动力外骨骼位于健侧关节(2)肢体端头设有压力传感器(6)，患侧关节(1)相邻肢体的肌肉群上设有FES作用点矩阵(5)，其特征是：还包括分别设于患侧关节(1)和健侧关节(2)的相邻肢体肌肉群上的肌电电极矩阵(4)；精确镜像方法包含步骤如下：S1.患者佩戴上动力外骨骼，启动复健系统，定义相邻动作的时间增量为Δt、健侧关节(2)运动时间t1、患侧关节(1)运动时间t2、运动幅度d、运动速度s，设定健侧关节(2)和患侧关节(1)对应动力外骨骼的位置关系，患侧关节(1)相邻肢体肌肉群与动力外骨骼内侧的FES作用点矩阵(5)和肌电电极矩阵(4)分别布置在患侧关节(1)的各肌肉群上方，其中肌电电极矩阵(4)与相应FES作用点矩阵(5)布置在同一块肌肉的相邻位置，减少患侧产生的肌电与健侧的偏差，患侧关节(1)动力外骨骼内侧的肌电电极矩阵(4)紧贴患侧关节(1)部各肌肉群；S2.健侧关节(2)首先开始运动动作，复健系统通过健侧关节(2)肢体端头的压力传感器(5)检测到的压力值，判定压力是否达到极大值，健侧关节(2)处的角度传感器(3)检测健侧关节(2)的运动角度信息，从而确定健侧关节(2)运动幅度d和健侧关节(2)运动时间t1，计算出步速s和相比于上一健侧关节(2)运动的时间增量Δt；S3.健侧关节(2)在运动时，复健系统通过健侧关节(2)肢体的肌电电极矩阵(4)检测并记录健侧关节(2)的各肌肉群EMG信号的对应位置、时序以及强度；S4.复健系统根据患侧关节(1)模仿健侧关节(2)运动的原则，根据健侧关节(2)运动时间t1、时间增量Δt、运动幅度d和运动速度s计算出患侧关节(1)运动时间t2以及运动姿态的数据，通过患侧关节(1)的动力外骨骼带动患侧关节(1)进行运动；S5.复健系统通过患侧关节(1)的肌电电极矩阵(4)实时检测患侧关节(1)的各肌肉群EMG信号的位置、时序以及强度；S6.复健系统通过比较患侧关节(1)与健侧关节(2)的肢体在相同运动姿态时的EMG信号位置和强度，计算出患侧关节(1)各肌肉群治疗需要的FES信号强度，并根据健侧关节(2)记录的各肌肉群EMG信号强度位置，镜像确定患侧关节(1)的FES作用点矩阵(5)中的作用位置，实时对患侧肢体的肌肉群进行FES刺激治疗。...

【技术特征摘要】
1.一种脑卒中患者单侧复健的FES强度精确镜像方法，包含安装在患侧关节(1)和健侧关节(2)外侧的动力外骨骼，以及预设有复健方法中算法和控制程序的复健系统，动力外骨骼位于健侧关节(2)的一侧设有角度传感器(3)，动力外骨骼位于健侧关节(2)肢体端头设有压力传感器(6)，患侧关节(1)相邻肢体的肌肉群上设有FES作用点矩阵(5)，其特征是：还包括分别设于患侧关节(1)和健侧关节(2)的相邻肢体肌肉群上的肌电电极矩阵(4)；精确镜像方法包含步骤如下：S1.患者佩戴上动力外骨骼，启动复健系统，定义相邻动作的时间增量为Δt、健侧关节(2)运动时间t1、患侧关节(1)运动时间t2、运动幅度d、运动速度s，设定健侧关节(2)和患侧关节(1)对应动力外骨骼的位置关系，患侧关节(1)相邻肢体肌肉群与动力外骨骼内侧的FES作用点矩阵(5)和肌电电极矩阵(4)分别布置在患侧关节(1)的各肌肉群上方，其中肌电电极矩阵(4)与相应FES作用点矩阵(5)布置在同一块肌肉的相邻位置，减少患侧产生的肌电与健侧的偏差，患侧关节(1)动力外骨骼内侧的肌电电极矩阵(4)紧贴患侧关节(1)部各肌肉群；S2.健侧关节(2)首先开始运动动作，复健系统通过健侧关节(2)肢体端头的压力传感器(5)检测到的压力值，判定压力是否达到极大值，健侧关节(2)处的角度传感器(3)检测健侧关节(2)的运动角度信息，从而确定健侧关节(2)运动幅度d和健侧关节(2)运动时间t1，计算出步速s和相比于上一健侧关节(2)运动的时间增量Δt；S3.健侧关节...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晶，王璐，刘刚，郭晓辉，
申请(专利权)人：王晶，
类型：发明
国别省市：陕西,61