【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电刺激理疗仪，尤其涉及一种通道复用型肌电-电刺激一体化主动康复装置。
技术介绍
1、功能电刺激(functional electrical stimulation，fes)是一种利用低频脉冲电流来刺激神经肌肉，诱发或模拟正常的运动功能的技术。其不仅可以改善或恢复肢体和器官的功能，还可以促进人体运动神经网络的重塑，提高中枢神经系统的可塑性，可用于治疗包括脑卒中等疾病造成的人体运动功能障碍。
2、表面肌电信号(semg)可以用于评估肌肉功能。通过分析semg信号的特征，可以了解肌肉的收缩情况、疲劳程度、协调性等。对于评估肌肉功能、制定康复计划、调整训练强度等都有很大的帮助。通过分析semg信号的变化，可以直接了解患者肌群的激活情况进而揭示患者的运动意图强度。
3、简单的开环fes运动康复功能都属于连续被动活动(continuous passivemotion，cpm)式的康复，其不包括检测患者主观运动意图的反馈环节。近年来大量研究表明：融合了主动运动意图的被动运动康复会比简单的cpm产生更好的神经肌肉康复效果。相关研究也深入讨论了cpm的康复效果不足与融入了患者主观意图的运动康复控制器能够为患者康复的效果带来显著提升。可知对于未来的运动康复器械，无论是医疗康复机器人还是电理疗仪，融合了患者的主观运动意图的控制器与被动协同运动康复硬件结合必然是现阶段的研究主流方向之一。但目前作为能够直接提取运动意图的非侵入式脑机接口技术，仍存在以下缺陷：相关技术尚未成熟，有着成本高、开发难度大、患者使用不便、临床
4、目前市面上大部分电刺激理疗仪属于开环输出设备，不包含肌电采集反馈，这样的缺点在于电刺激设置精度难以保证。
5、部分包含肌电助力的电理疗仪则一般会将肌电采集电极额外引出。因为每处肌群都至少要安置两对电极，在进行多肌群协同康复时电极密度过大，患者体感上会感到不舒服。其次，因为硬件上肌电采集于电刺激未隔离开来，因为放大器饱和等问题，所采集到的肌电信号含有大量噪声，往往需要滤波算法来过滤肌电信号，降低了系统实时性的同时也提高了成本。
6、同时，市面上几乎全部的电理疗仪几乎都采用闭源生态，在功能拓展性与通道数拓展性上表现不足。通道数目有限导致设备无法提供多关节、多肌群的协同运动康复模式；缺少必要开放接口导致电理疗仪无法与脑机接口、医用外骨骼等其他康复设备进行协同康复控制，进而导致设备通用性不足。
7、简单的开环fes运动康复功能都属于连续被动活动(continuous passivemotion，cpm)式的康复，其不包括检测患者主观运动意图的反馈环节。其缺点在于让患者接受被动的电刺激可能会使患者肌肉产生拮抗作用，进而使肌肉快速进入疲惫状态，使治疗效果降低。开环电刺激治疗原理可见图1所示，其相当于被动激活了病患肌肉的大部分运动单元和部分感觉反馈神经。
8、现有的电理疗仪大多需要患者自行输入调整电刺激参数，经过反复调整才能得到最终的适宜的电刺激参数，人机交互复杂且不友好。同时，因为患者的误操作可能出现同时刺激某关节的主动肌与拮抗肌的情况，这会是患者待治疗肌群快速进入疲劳状态，大大降低康复效果。
9、同时，对于现有的同侧肌电-电刺激设备，因为直接在患肢上同时进行肌电信号采集与电刺激，会对肌电采集引入较大噪声，难以真正实现低成本的闭环控制方案。
10、综上所述，对于一款用于治疗运动功能障碍的电理疗仪，现阶段缺少硬件上噪声小、具有实时肌电反馈功能、通用性强；康复算法方案上缺少成本低，能够充分融合患者主观运动意图、人机交互简单的集成系统产品。
技术实现思路
1、本专利技术目的是为了解决现有技术中的问题，提出了一种通道复用型肌电-电刺激一体化主动康复装置。以解决现有电理疗仪存在的治疗效果不足、使用不方便、信噪比低、拓展性差的问题。
2、本专利技术是通过以下技术方案实现的，本专利技术提出一种通道复用型肌电-电刺激一体化主动康复装置，所述装置由多个设备端和一个接收端构成；所述的设备端是可以独立提供肌电采集与电刺激的设备单元，每个设备端有四个电极通道，且每个通道都能通过通道选择电路配置为semg采集功能或者fes功能；同时，所述的设备端都带有can总线接口，用于连接多个设备以拓展通道数与功能范围；每个设备端上带有一个esp32用于使用wifi/蓝牙向上位机发送指令与数据；所述的接收端则作为设备的上位机，其有着实时监控各端口的semg信号、电刺激参数与发出指令调整设备端的电刺激参数功能。
3、进一步地，所述通道选择电路包括通用电极、继电器、通道切换电路、肌电采集电路、功能电刺激电路、电源管理电路和主控电路；所述继电器有两组独立开关，且每组开关都有单刀双掷的选通特性；电极座通过所述继电器的单刀双掷开关分别连接所述肌电采集电路与所述功能电刺激电路；所述继电器的控制端则通过主控电路连接主控的io引脚。
4、进一步地，所述的通道切换电路由电极座、光继电器、三极管与一个用于防电压方向突变的续流二极管组成；通道的切换由主控的gpio控制，通道默认与肌电采集电路相连，通道功能可在控制指令发出3ms内得到切换；通过该通道切换电路，将待采集肌电信号的通道与电刺激通道隔离开来，有效地减少了电刺激给肌电采集通道中引入的噪声。
5、进一步地，所述的设备端是可提供运动康复功能的独立设备，其包括肌电-电刺激一体功能板和主控核心板；
6、所述的肌电-电刺激一体功能板用于采集肌电表面信号semg与执行功能电刺激fes；所述的采集肌电表面信号功能包括对肌电信号的提取、放大和带通模拟信号滤波处理；所述的执行功能电刺激功能指的是使用所设计的压控恒流源生成双极性刺激波，该刺激波直接作用于人体患病肌群用于运动康复治疗；
7、所述的主控核心板用于采集肌电-电刺激功能板所调理后的肌电模拟信号与控制电刺激波的波形、频率与刺激强度；主控核心板将运行对侧闭环控制系统算法用于指导患者进行运动康复训练，主控核心板上还包括wifi/蓝牙模块，其主控为esp32c3芯片，该模块用于向接收端设备进行通讯，用于向接收端设备发送肌电信号及设备状态数据与接收接收端的指令；并且，主控核心板上有着can总线通讯模块，可以实现多个模块通讯。
8、进一步地，所述对侧闭环控制系统算法包括以下步骤：
9、步骤1、桥接人体的健康肢体与运动功能障碍的肢体，并保证相应的肌肉群是一一对应的；
10、步骤2、对侧闭环运动康复开始；
11、步骤3、患者上肢双侧同时施力并执行上肢某动作，保持同样的运动模式，同时只观察自己健肢的运动状态；
12、步骤4、利用对侧闭环运动康复算法将健肢的运动信号转化为患肢的电刺激辅助运动参数，使患者患肢能够跟随健肢的运动模式；
13、步骤5、动作恢复后，康复设备停止工作10秒钟，患者同时休息10秒钟；
14、步骤6、如果患者未感到肌肉疲本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种通道复用型肌电-电刺激一体化主动康复装置，其特征在于，所述装置由多个设备端和一个接收端构成；所述的设备端是可以独立提供肌电采集与电刺激的设备单元，每个设备端有四个电极通道，且每个通道都能通过通道选择电路配置为sEMG采集功能或者FES功能；同时，所述的设备端都带有CAN总线接口，用于连接多个设备以拓展通道数与功能范围；每个设备端上带有一个ESP32用于使用wifi/蓝牙向上位机发送指令与数据；所述的接收端则作为设备的上位机，其有着实时监控各端口的sEMG信号、电刺激参数与发出指令调整设备端的电刺激参数功能。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述通道选择电路包括通用电极、继电器、通道切换电路、肌电采集电路、功能电刺激电路、电源管理电路和主控电路；所述继电器有两组独立开关，且每组开关都有单刀双掷的选通特性；电极座通过所述继电器的单刀双掷开关分别连接所述肌电采集电路与所述功能电刺激电路；所述继电器的控制端则通过主控电路连接主控的IO引脚。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：所述的通道切换电路由电极座、光继电器、三极管与一个用于防电压方向
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述的设备端是可提供运动康复功能的独立设备，其包括肌电-电刺激一体功能板和主控核心板；
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于：所述对侧闭环控制系统算法包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于：所述步骤4中对侧闭环运动康复算法具体步骤为：
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于：所述分时复用电刺激算法具体为：
...【技术特征摘要】
1.一种通道复用型肌电-电刺激一体化主动康复装置，其特征在于，所述装置由多个设备端和一个接收端构成；所述的设备端是可以独立提供肌电采集与电刺激的设备单元，每个设备端有四个电极通道，且每个通道都能通过通道选择电路配置为semg采集功能或者fes功能；同时，所述的设备端都带有can总线接口，用于连接多个设备以拓展通道数与功能范围；每个设备端上带有一个esp32用于使用wifi/蓝牙向上位机发送指令与数据；所述的接收端则作为设备的上位机，其有着实时监控各端口的semg信号、电刺激参数与发出指令调整设备端的电刺激参数功能。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述通道选择电路包括通用电极、继电器、通道切换电路、肌电采集电路、功能电刺激电路、电源管理电路和主控电路；所述继电器有两组独立开关，且每组开关都有单刀双掷的选通特性；电极座通过所述继电器的单刀双掷开关分别连接所述肌电采集电路与所述功能电刺激电路；所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨大鹏，陈嘉琛，刘晨东，彭椿皓，戴一鸣，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：
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