一种基于多模态感知反馈的电刺激系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于多模态感知反馈的电刺激系统，涉及医疗康复器械技术领域，包括传感器模块、数字信号处理模块、串口传输模块和电刺激模块；传感器模块被设置在假肢手上，数字信号处理模块和传感器模块相连，接收采集来的各类传感器信号并通过基于多模态感知反馈的经皮电刺激编码方式产生不同的电刺激波形编码，然后经由串口传输模块传递给电刺激模块，以对截肢者诱发指感区或替代感觉区进行实时经皮电刺激，形成触碰、按压、嗡鸣、震动、麻木、疼痛六种不同的感觉。本发明专利技术结合了电刺激与诱发指感区域的应用，能够给予使用者真实的自然感觉，可以应用于假肢手的操控上，还建立了痛觉的感觉反馈，结合温度与湿度的侦测，能避免假肢手的损坏。

An Electrical Stimulation System Based on Multimodal Perceptual Feedback

The invention discloses an electric stimulation system based on multi-modal perceptual feedback, which relates to the technical field of medical rehabilitation devices, including sensor module, digital signal processing module, serial transmission module and electric stimulation module; sensor module is set on prosthetic hand, digital signal processing module is connected with sensor module, and various kinds of sensor signals collected are received and passed through the sensor module based on the multi-modal perceptual feedback. The transcutaneous electrical stimulation coding method of multi-modal perceptual feedback generates different electrical stimulation waveform coding, which is then transmitted to the electrical stimulation module through serial port transmission module to stimulate real-time transcutaneous electrical stimulation of finger sensory area or alternative sensory area induced by amputees, forming six different sensations of touch, press, buzz, vibration, numbness and pain. The invention combines the application of electric stimulation and inducing finger sensation area, can give users true natural sensation, can be applied to the manipulation of prosthetic hand, and establishes pain sensation feedback, combined with the detection of temperature and humidity, can avoid the damage of prosthetic hand.

【技术实现步骤摘要】
一种基于多模态感知反馈的电刺激系统
本专利技术涉及医疗康复器械
，尤其涉及一种基于多模态感知反馈的电刺激系统。
技术介绍
假肢手的发展已经有许多年的历史，但是假肢手的装配率始终无法得到有效的提升。目前穿戴假肢手的截肢者多是以美观用途的装饰性假肢手，对于要提升实用型的假肢手使用率，科学界与商业界一直投注很大的心力于下一代的假肢发展上，希望能够改善传统假肢手的缺点，增加实用性，提升截肢者对于假肢手的接受度。公开号为CN105640677的专利(专利技术专利名称：一种用于假肢手感知反馈的电刺激感知反馈系统，专利技术人：蓝宁，刘小旋)提出的解决方案是，通过经皮电刺激可以在截肢者的残肢末端产生出各种的皮肤感觉，建立了单一感觉输入的诱发性触觉；并建立了一套供截肢者使用，通过压力传感器反馈单一感觉的实时电刺激系统。然而，现有技术方案的缺点在于：(1)现有的非侵入式的感知反馈无法达到不同比例程度的感觉反馈，只能达到有或无的判断，无法判断感觉的强弱。(2)现有的非侵入式的感知反馈只能接收压力信号，反馈模式单一，没有其他种类信号输入的端口与多模态信号处理的方式。(3)现有的假肢手没有痛觉或者是警示的反馈，无法做到基于皮肤痛觉所建立的人体保护机制。(4)现有的系统没有考虑到诱发指感区不全的截肢者，他们在截肢残端没有或者只有部分的5个手指的诱发指感区。(5)现有的感知反馈电刺激系统，从系统设计上无法实现多通道的实时信号转化，实时可变电刺激输出。(6)现有的温湿度传感器检测方法，检测变化温度的效率较低，例如温度传感器变化率为1～2摄氏度，不能满足仿生感知反馈的要求。如从环境温度10～40摄氏度变化为80摄氏度，检测需要的时间远大于人体对异常温度的反应时间。因此，本领域的技术人员致力于开发一种基于多模态感知反馈的电刺激系统，通过可以区分出来的六种电刺激感觉模式，并改善系统的架构与效能，结合多种传感器对应的多模态感觉，建立一套可以给予截肢者使用的多模态非侵入式感知反馈系统。
技术实现思路
有鉴于现有技术的上述缺陷，本专利技术所要解决的技术问题包括以下几方面：(1)如何建立出接近自然感觉的感知反馈，建立出多模态的感觉模式，同时使其有强弱等级之分。(2)如何利用感知反馈系统提醒配戴者提高抓握力避免物体滑落，避免由于过于潮湿或者是温度过高而造成假肢手的损坏，如何在截肢者接触到危险环境时给予轻微的痛觉警示。(3)针对诱指感区不全或者缺失诱指感区的截肢者，如何利用经皮电刺激产生的多种感觉模式，使得不同位置的经皮电刺激对应于对不同手指的感觉，不同感觉模式对应假肢手不同强弱的感觉模态，产生指对指替代感觉。(4)如何实现多个独立控制的感知反馈通道。(5)采用怎样的判断危险温度/湿度的方法，并以此在感知反馈中进行编码，达到1s内假肢手离开危险温湿度环境。为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于多模态感知反馈的电刺激系统，包括传感器模块、数字信号处理模块、串口传输模块和电刺激模块；所述传感器模块被设置在假肢手上，所述数字信号处理模块和所述传感器模块相连，接收采集来的各类传感器信号并通过基于多模态感知反馈的经皮电刺激编码方式产生不同的电刺激波形编码，然后经由所述串口传输模块将对应的电刺激信号传递给所述电刺激模块，以对截肢者诱发指感区或替代感觉区进行实时经皮电刺激，形成触碰、按压、嗡鸣、震动、麻木、疼痛六种不同的感觉。进一步地，所述传感器模块包括压力传感器、剪切滑移传感器、温度传感器和湿度传感器。进一步地，所述压力传感器采集的压力信号通过所述数字信号处理模块的信号处理后，根据所述压力信号的大小产生相对应的触碰感觉或按压感觉电刺激波形编码信号。进一步地，所述剪切滑移传感器采集的剪切滑移信号通过所述数字信号处理模块的信号处理后，根据所述剪切滑移信号的大小产生相对应的嗡鸣感觉或震动感觉电刺激波形编码信号。进一步地，所述湿度传感器和所述温度传感器采集的温度、湿度信号通过所述数字信号处理模块的信号处理后，根据所述温度、湿度信号的大小产生相对应的麻木感觉或疼痛感觉电刺激波形编码信号。进一步地，所述电刺激模块的数量为6个，分别被设置在与截肢者的大拇指、食指、中指、无名指、小指对应的诱发指感区和任意皮肤位置。进一步地，所述电刺激模块包括电刺激器和表面式贴片电极。进一步地，所述数字处理模块包括DSP数字处理器。进一步地，所述串口传输模块包括五个手指信号传输通道和一个任意位置信号传输通道；所述五个手指信号传输通道分别与五个手指所对应的诱发指感区上设置的所述电刺激模块相连，传递代表不同感觉的所述电刺激波形编码信号；所述任意位置信号传输通道与设置在任意皮肤的位置上的所述电刺激模块相连，传递代表不同感觉的所述电刺激波形编码信号。进一步地，所述基于多模态感知反馈的经皮电刺激编码方式的具体内容包括，对于电刺激脉宽较不敏感的截肢者，通过电流的强度来建立不同的感觉区间，固定电流输出频率与脉宽在其皮肤耐受下，给予等比的电流大小调整，在1mA至20mA的电流强度下寻找触碰、按压、嗡鸣、震动、麻木、疼痛对应的6种不同的感觉区间；对于电刺激电流强度较不敏感的截肢者，通过电刺激脉宽的大小来建立不同的感觉区间，固定电流输出频率与电流强度在其皮肤耐受下，给予等比的电刺激脉宽大小的调整，在50uS至500uS电刺激脉宽下寻找触碰、按压、嗡鸣、震动、麻木、疼痛对应的6种不同的感觉区间。与现有技术方案相比，本专利技术的有益技术效果在于：(1)本专利技术是一种基于截肢患者诱发指感区域所设计的多模态感知反馈电刺激系统，结合了电刺激与诱发指感区域的应用，能够给予使用者真实的自然感觉，大大减少了使用替代感觉的训练过程，提高了指对指的感觉识别率。(2)通过诱指感区上所辨识出的触碰、按压、嗡鸣、震动、麻木、疼痛六种感觉，可以应用于假肢手的操控上，给予压力与剪切滑移的感觉反馈，这对于未来假肢手的操控上提供更多元便捷的选择。(3)使用仿生人体皮肤的概念，建立痛觉的感觉反馈，结合温度与湿度的侦测，当使用假肢触碰到高温或者潮湿环境时能紧急给予反馈，避免假肢手的损坏。以下将结合附图对本专利技术的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本专利技术的目的、特征和效果。附图说明图1是本专利技术的一个较佳实施例的系统组成示意图；图2是本专利技术的一个较佳实施例的应用示意图；图3是本专利技术的一个较佳实施例的信号处理流程图；图4是本专利技术的一个较佳实施例的多模态输入对应传感器关系图。其中，1-传感器模块，2-数字信号处理模块，3-串口传输模块，4-电刺激模块，101-压力传感器，102-剪切滑移传感器，103-温度传感器，104-湿度传感器，301-手指信号传输通道，302-任意位置信号传输通道，401-电刺激器，402-表面式贴片电极。具体实施方式以下参考说明书附图介绍本专利技术的多个优选实施例，使其
技术实现思路
更加清楚和便于理解。本专利技术可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本专利技术的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本专利技术并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。如图1所示，本专利技术提出本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于多模态感知反馈的电刺激系统，其特征在于，包括传感器模块、数字信号处理模块、串口传输模块和电刺激模块；所述传感器模块被设置在假肢手上，所述数字信号处理模块和所述传感器模块相连，接收采集来的各类传感器信号并通过基于多模态感知反馈的经皮电刺激编码方式产生不同的电刺激波形编码，然后经由所述串口传输模块将对应的电刺激信号传递给所述电刺激模块，以对截肢者诱发指感区或替代感觉区进行实时经皮电刺激，形成触碰、按压、嗡鸣、震动、麻木、疼痛六种不同的感觉。

【技术特征摘要】
1.一种基于多模态感知反馈的电刺激系统，其特征在于，包括传感器模块、数字信号处理模块、串口传输模块和电刺激模块；所述传感器模块被设置在假肢手上，所述数字信号处理模块和所述传感器模块相连，接收采集来的各类传感器信号并通过基于多模态感知反馈的经皮电刺激编码方式产生不同的电刺激波形编码，然后经由所述串口传输模块将对应的电刺激信号传递给所述电刺激模块，以对截肢者诱发指感区或替代感觉区进行实时经皮电刺激，形成触碰、按压、嗡鸣、震动、麻木、疼痛六种不同的感觉。2.如权利要求1所述的基于多模态感知反馈的电刺激系统，其特征在于，所述传感器模块包括压力传感器、剪切滑移传感器、温度传感器和湿度传感器。3.如权利要求2所述的基于多模态感知反馈的电刺激系统，其特征在于，所述压力传感器采集的压力信号通过所述数字信号处理模块的信号处理后，根据所述压力信号的大小产生相对应的触碰感觉或按压感觉电刺激波形编码信号。4.如权利要求2所述的基于多模态感知反馈的电刺激系统，其特征在于，所述剪切滑移传感器采集的剪切滑移信号通过所述数字信号处理模块的信号处理后，根据所述剪切滑移信号的大小产生相对应的嗡鸣感觉或震动感觉电刺激波形编码信号。5.如权利要求2所述的基于多模态感知反馈的电刺激系统，其特征在于，所述湿度传感器和所述温度传感器采集的温度、湿度信号通过所述数字信号处理模块的信号处理后，根据所述温度、湿度信号的大小产生相对应的麻木感觉或疼痛感觉电刺激波形编码信号。6.如权利要求1所述的基于多模态感知反馈的电刺激系统，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：蓝宁，周志鸿，郝蔓钊，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海,31