多肌肉協(xié)同肌電反饋康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)和方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種多肌肉協(xié)同肌電反饋康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)，包括：人機(jī)交互模塊，用于引導(dǎo)用戶進(jìn)行人機(jī)交互任務(wù)；信號(hào)采集模塊，用于采集目標(biāo)肌肉在實(shí)施收縮動(dòng)作過程中產(chǎn)生的力學(xué)信號(hào)、肌電信號(hào)；信號(hào)分析與處理模塊，提取信號(hào)采集模塊采集到的信號(hào)的特征參數(shù)，得到并傳輸控制信號(hào)到人機(jī)交互模塊進(jìn)行相應(yīng)的訓(xùn)練控制；軌跡及參數(shù)設(shè)置模塊，設(shè)置人機(jī)交互任務(wù)各項(xiàng)參數(shù)；肌肉異常收縮模式識(shí)別模塊，識(shí)別康復(fù)訓(xùn)練過程中的肌肉異常收縮模式并給出警報(bào)；信號(hào)存儲(chǔ)模塊用于存儲(chǔ)力學(xué)信號(hào)、肌電信號(hào)以及兩者的特征參數(shù)。本發(fā)明還提供了一種多肌肉協(xié)同肌電反饋康復(fù)訓(xùn)練方法。本發(fā)明針對多塊肌肉的協(xié)調(diào)能力進(jìn)行實(shí)時(shí)、連續(xù)性的訓(xùn)練，并結(jié)合生物反饋，可提高康復(fù)效率。
【專利說明】多肌肉協(xié)同肌電反饋康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)和方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及醫(yī)療器械【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種多肌肉協(xié)同肌電反饋康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng) 和方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 腦卒中（Stroke)，俗稱中風(fēng)，已經(jīng)成為人類健康的第二大殺手，它具有發(fā)病率高、 死亡率高、致殘率高的特點(diǎn)。相關(guān)臨床研究發(fā)現(xiàn)，腦卒中后的偏癱患者在日常生活中，經(jīng)常 表現(xiàn)為控制同一關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的主動(dòng)肌與拮抗肌間的不協(xié)調(diào)，導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)過程主動(dòng)肌與拮抗肌的 異常共收縮。除了主動(dòng)肌與拮抗肌間的異常共收縮外，腦卒中后的偏癱患者還表現(xiàn)為控制 不同關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的肌肉發(fā)生異常協(xié)同。多肌肉間的異常協(xié)同和共收縮直接導(dǎo)致了偏癱患者的 運(yùn)動(dòng)功能受損。偏癱患者由于神經(jīng)通路受損，無法知曉偏癱部位肌肉的收縮狀況，這使得它 們無法在傳統(tǒng)的康復(fù)方法的幫助下，如人工物理治療，傳統(tǒng)作業(yè)療法，有意識(shí)地調(diào)整肌肉的 收縮狀況和多肌肉間的協(xié)同情況，只能被動(dòng)地接受治療。
[0003] 為了解決該問題，在上世紀(jì)70年代，肌電反饋技術(shù)被引入到臨床康復(fù)應(yīng)用中來。 肌電反饋是采用肌電采集裝置測定癱瘓肢體的肌電信號(hào)，并以聽覺、視覺或觸覺等反饋方 式將偏癱病人無法察覺的肌肉收縮信息反饋給病人。病人在知曉肌肉收縮狀況后，可主動(dòng) 改變肌肉收縮情況，使得肌肉在運(yùn)動(dòng)過程中達(dá)到目標(biāo)收縮水平，通過這種方式能讓患者積 極主動(dòng)的參與訓(xùn)練，并最終恢復(fù)肢體運(yùn)動(dòng)功能。然而，傳統(tǒng)的肌電反饋技術(shù)往往局限于某一 塊肌肉，并不能整體地反映運(yùn)動(dòng)過程中各肌肉間的協(xié)調(diào)情況。這種單一的肌電反饋技術(shù)的 臨床效果具有一定局限性。
[0004] 目前，調(diào)研得到的最新的利用肌電反饋技術(shù)用于康復(fù)領(lǐng)域的應(yīng)用，包括：美國南加 利福尼亞州大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程中心的Young，在2011年提出利用一種利用肌電反饋技術(shù)， 將一對肌張力異常的肌肉的收縮程度通過視覺反饋給肌張力障礙患者，其能夠有效地減少 肌肉異常共收縮和肌肉過度激活；美國芝加哥西北大學(xué)費(fèi)恩伯格醫(yī)學(xué)院的Zachary在2013 年將人體上肢八塊肌肉的收縮情況反饋給中風(fēng)患者，以閾值控制的方式訓(xùn)練中風(fēng)患者調(diào)整 上肢肌肉的收縮程度，減少了患者肌肉間的異常協(xié)同現(xiàn)象，起到了很好的康復(fù)效果；來自日 本科技協(xié)會(huì)精密和智能實(shí)驗(yàn)室的Duk在2014年4月提出一種將肌電反饋與虛擬游戲結(jié)合 的方式，將腕關(guān)節(jié)伸肌和屈肌的肌電信號(hào)通過模式識(shí)別算法轉(zhuǎn)換為關(guān)節(jié)角度信號(hào)，將關(guān)節(jié) 角度信號(hào)作為輸入完成一種打磚塊的游戲，可以使患者在完成游戲的同時(shí)，進(jìn)行腕關(guān)節(jié)的 康復(fù)訓(xùn)練。
[0005] 綜上所述，相比于只針對某一塊單一肌肉的傳統(tǒng)肌電反饋方法，針對多塊肌肉的 肌電反饋方式可以全面地反映運(yùn)動(dòng)過程中多塊肌肉的變化情況，從而增強(qiáng)肌肉間的運(yùn)動(dòng)協(xié) 調(diào)性，改善患者在運(yùn)動(dòng)過程中出現(xiàn)的肌肉異常協(xié)同和肌肉異常共收縮的現(xiàn)象。目前，針對多 塊肌肉的肌電反饋方式在康復(fù)領(lǐng)域得到一些應(yīng)用。但是，該種肌電反饋方式多采用閾值控 制的方法，或是利用模式識(shí)別算法將多塊肌肉的肌電信號(hào)轉(zhuǎn)換為單一的力學(xué)信號(hào)或者關(guān)節(jié) 角度信號(hào)反饋給患者，盡管在訓(xùn)練中獲得了很好的控制性能，可實(shí)際上這些現(xiàn)有的方法并 不能直接地反映每塊肌肉在訓(xùn)練過程中具體的收縮狀況，無法實(shí)現(xiàn)對每一塊肌肉的收縮情 況都進(jìn)行實(shí)時(shí)、連續(xù)的肌電反饋。因此，現(xiàn)有肌電反饋技術(shù)還有待改進(jìn)和發(fā)展。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種多肌肉協(xié)同反饋的肌電反饋康復(fù)訓(xùn)練的 技術(shù)方案，能夠?qū)崟r(shí)、連續(xù)地反饋多塊肌肉在康復(fù)訓(xùn)練過程中的協(xié)同收縮情況，增強(qiáng)用戶對 多塊肌肉的協(xié)同控制能力，提高康復(fù)效率。
[0007] 為解決以上技術(shù)問題，一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供一種多肌肉協(xié)同肌電反饋康復(fù) 訓(xùn)練系統(tǒng)，包括：
[0008] 人機(jī)交互模塊，包括人機(jī)交互界面，用于引導(dǎo)用戶進(jìn)行人機(jī)交互任務(wù)，針對多塊目 標(biāo)肌肉分別實(shí)施最大力收縮動(dòng)作；
[0009] 信號(hào)采集模塊，用于采集所述目標(biāo)肌肉在實(shí)施收縮動(dòng)作過程中產(chǎn)生的力學(xué)信號(hào)、 肌電信號(hào)；
[0010] 信號(hào)分析與處理模塊，用于對所述力學(xué)信號(hào)和肌電信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算與處理，獲得所 述力學(xué)信號(hào)的特征參數(shù)和所述肌電信號(hào)的特征參數(shù)，作為用戶的肌肉協(xié)同控制能力評估依 據(jù)；還用于將用戶進(jìn)行最大力等長收縮動(dòng)作時(shí)的目標(biāo)肌肉產(chǎn)生的力學(xué)信號(hào)特征參數(shù)作為訓(xùn) 練控制信號(hào)實(shí)時(shí)傳輸?shù)饺藱C(jī)交互模塊顯示，并將用戶進(jìn)行人機(jī)交互任務(wù)時(shí)的肌電信號(hào)特征 參數(shù)作為訓(xùn)練控制信號(hào)實(shí)時(shí)傳輸?shù)饺藱C(jī)交互模塊顯示；還用于根據(jù)所述肌肉協(xié)同控制能力 評估依據(jù)得到肌肉協(xié)同控制能力評估結(jié)果，同步調(diào)整康復(fù)訓(xùn)練計(jì)劃；
[0011] 軌跡及參數(shù)設(shè)置模塊，用于根據(jù)所述肌肉協(xié)同控制能力評估結(jié)果及康復(fù)訓(xùn)練計(jì)劃 設(shè)置所述人機(jī)交互任務(wù)的各項(xiàng)參數(shù)；
[0012] 肌肉異常收縮模式識(shí)別模塊，用于設(shè)置肌肉異常收縮模式的各個(gè)閾值，對康復(fù)訓(xùn) 練過程中出現(xiàn)的肌肉異常收縮模式進(jìn)行監(jiān)測；
[0013] 信號(hào)存儲(chǔ)模塊，用于存儲(chǔ)所述信號(hào)采集模塊采集得到的力學(xué)信號(hào)、肌電信號(hào)，存儲(chǔ) 所述信號(hào)分析與處理模塊處理得到的所述力學(xué)信號(hào)的特征參數(shù)和所述肌電信號(hào)的特征參 數(shù)，存儲(chǔ)用戶肌肉協(xié)同控制能力評估結(jié)果，以及存儲(chǔ)康復(fù)訓(xùn)練過程中用戶的實(shí)際訓(xùn)練控制 數(shù)據(jù)。
[0014] 優(yōu)選地，所述人機(jī)交互界面為多維交互界面。
[0015] 進(jìn)一步地，所述信號(hào)采集模塊包括：
[0016] 力學(xué)信號(hào)采集單元，用于采集所述目標(biāo)肌肉產(chǎn)生的力學(xué)信號(hào)；以及，
[0017] 肌電信號(hào)測量單元，用于采集所述目標(biāo)肌肉產(chǎn)生的肌電信號(hào)。
[0018] 進(jìn)一步地，所述人機(jī)交互模塊，用于接收所述信號(hào)分析與處理模塊得到的康復(fù)訓(xùn) 練過程中代表目標(biāo)肌肉收縮情況的訓(xùn)練控制信號(hào)，還用于顯示所述肌肉異常收縮模式識(shí)別 模塊發(fā)出的肌肉收縮異常警報(bào)信號(hào)。
[0019] 進(jìn)一步地，所述信號(hào)分析與處理模塊傳輸?shù)剿鋈藱C(jī)交互模塊的的訓(xùn)練控制信號(hào) 在最大力等長收縮動(dòng)作中為目標(biāo)肌肉產(chǎn)生的力的幅值；在人機(jī)交互任務(wù)中，所述信號(hào)分析 與處理模塊傳輸?shù)挠?xùn)練控制信號(hào)，為代表肌肉收縮程度大小的歸一化后的肌電信號(hào)特征參 數(shù)，包括歸一化肌電包絡(luò)幅值、歸一化肌電信號(hào)均方根幅值、滑動(dòng)窗下計(jì)算出的肌電信號(hào)積 分值；其中，歸一化過程的分母為最大力等長收縮任務(wù)中測得的相應(yīng)肌電信號(hào)特征參數(shù)。
[0020] 進(jìn)一步地，所述肌肉異常收縮模式包括肌肉過度興奮、肌肉過度抑制、肌肉異常協(xié) 同、主動(dòng)肌和拮抗肌異常共收縮，以及肌肉疲勞。
[0021] 進(jìn)一步地，所述人機(jī)交互任務(wù)為一種根據(jù)用戶對目標(biāo)肌肉的協(xié)同控制能力評估結(jié) 果及康復(fù)訓(xùn)練計(jì)劃設(shè)計(jì)的實(shí)時(shí)、連續(xù)性的軌跡追蹤任務(wù)；
[0022] 所述人機(jī)交互界面上存在一個(gè)實(shí)時(shí)光標(biāo)和一個(gè)或多個(gè)目標(biāo)光標(biāo)；所述實(shí)時(shí)光標(biāo)用 于在用戶得到所述人機(jī)交互界面的視覺反饋后的主動(dòng)調(diào)整下，根據(jù)多塊目標(biāo)肌肉之間協(xié)同 收縮狀況進(jìn)行移動(dòng)，追蹤預(yù)設(shè)的目標(biāo)光標(biāo)；其中，所述目標(biāo)光標(biāo)的運(yùn)動(dòng)軌跡由所述軌跡及參 數(shù)設(shè)置模塊根據(jù)用戶對目標(biāo)肌肉的協(xié)同控制能力評估結(jié)果及康復(fù)訓(xùn)練計(jì)劃進(jìn)行預(yù)設(shè)；
[0023] 所述人機(jī)交互界面上還設(shè)有提示指示燈，用于指示人機(jī)交互任務(wù)的開始和結(jié)束， 并且當(dāng)目標(biāo)肌肉處于異常收縮模式時(shí)，向用戶發(fā)出警報(bào)信號(hào)。
[0024] 進(jìn)一步地，所述力學(xué)信號(hào)的特征參數(shù)包括：等長收縮動(dòng)作最大力、指定時(shí)間內(nèi)收縮 力均值、指定時(shí)間內(nèi)力學(xué)信號(hào)方差；
[0025] 所述肌電信號(hào)的特征參數(shù)包括：肌電信號(hào)包絡(luò)幅值、肌電信號(hào)絕對平均值、肌電 信號(hào)積分值、肌電信號(hào)均方根幅值、肌電信號(hào)峰值、肌電信號(hào)方差、過零點(diǎn)數(shù)、肌肉協(xié)同收縮 值、肌肉共收縮值和肌電信號(hào)中值頻率。
[0026] 另一方面，本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種多肌肉協(xié)同肌電反饋康復(fù)訓(xùn)練方法，包 括：
[0027] SlOl :用戶在人機(jī)交互界面引導(dǎo)下針對多塊目標(biāo)肌肉分別實(shí)施最大力等長收縮動(dòng) 作；
[0028] S102:采集并存儲(chǔ)所述各目標(biāo)肌肉在實(shí)施收縮動(dòng)作過程中產(chǎn)生的力學(xué)信號(hào)和肌電 信號(hào)；
[0029] S103:對所述力學(xué)信號(hào)和所述肌電信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算與處理，獲得并存儲(chǔ)所述力學(xué)信 號(hào)的特征參數(shù)和所述肌電信號(hào)的特征參數(shù)，作為用戶的肌肉協(xié)同控制能力評估依據(jù)；
[0030] S104:根據(jù)所述肌肉協(xié)同控制能力評估依據(jù)得到肌肉協(xié)同控制能力評估結(jié)果，根 據(jù)所述肌肉協(xié)同控制能力評估結(jié)果及康復(fù)訓(xùn)練計(jì)劃設(shè)置人機(jī)交互任務(wù)參數(shù)；
[0031] S105 :將用戶進(jìn)行人機(jī)交互任務(wù)時(shí)的肌電信號(hào)特征參數(shù)作為訓(xùn)練控制信號(hào)實(shí)時(shí)傳 輸?shù)饺藱C(jī)交互模塊顯示；
[0032] S106:設(shè)置肌肉異常收縮模式的各個(gè)閾值，對康復(fù)訓(xùn)練過程中出現(xiàn)的肌肉異常收 縮模式進(jìn)行監(jiān)測；
[0033] S107:根據(jù)人機(jī)交互界面的反饋信息，接受用戶對各目標(biāo)肌肉之間的協(xié)同收縮狀 況的主動(dòng)調(diào)整，完成人機(jī)交互任務(wù)；
[0034] S108:對所述力學(xué)信號(hào)、肌電信號(hào)及各信號(hào)的特征參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測和記錄，獲得 康復(fù)訓(xùn)練過程中用戶的實(shí)際訓(xùn)練控制數(shù)據(jù)；
[0035] S109:根據(jù)康復(fù)訓(xùn)練中的各信號(hào)的特征參數(shù)和實(shí)際訓(xùn)練控制數(shù)據(jù)，連續(xù)評估及同 步調(diào)整康復(fù)訓(xùn)練計(jì)劃，并且，當(dāng)表征用戶目標(biāo)肌肉異常收縮模式的肌電特征參數(shù)的幅值達(dá) 到預(yù)設(shè)的異常閾值時(shí)，向用戶發(fā)出肌肉收縮異常警報(bào)信號(hào)。
[0036] 其中，所述力學(xué)信號(hào)的特征參數(shù)包括：等長收縮動(dòng)作最大力、指定時(shí)間內(nèi)收縮力均 值、指定時(shí)間內(nèi)力學(xué)信號(hào)方差；
[0037] 所述肌電信號(hào)的特征參數(shù)包括：肌電信號(hào)包絡(luò)幅值、肌電信號(hào)絕對平均值、肌電 信號(hào)積分值、肌電信號(hào)均方根幅值、肌電信號(hào)峰值、肌電信號(hào)方差、過零點(diǎn)數(shù)、肌肉協(xié)同收縮 值、肌肉共收縮值和肌電信號(hào)中值頻率。
[0038] 本發(fā)明實(shí)施例提供的多肌肉協(xié)同肌電反饋康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)和方法，能夠?qū)崟r(shí)、連續(xù) 地反映多塊肌肉在康復(fù)訓(xùn)練過程中的變化情況，給予用戶直接的反饋，增強(qiáng)用戶對多塊肌 肉的協(xié)同控制能力，從而增強(qiáng)患者肌肉間的運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)性，提高腦卒中患者的康復(fù)效率。此 夕卜，在康復(fù)訓(xùn)練過程中，本發(fā)明提供的技術(shù)方案可對采集到的力學(xué)信號(hào)和肌電信號(hào)進(jìn)行分 析，獲得康復(fù)訓(xùn)練過程中用戶的實(shí)際訓(xùn)練控制數(shù)據(jù)，根據(jù)康復(fù)訓(xùn)練中的各信號(hào)的特征參數(shù) 和實(shí)際訓(xùn)練控制數(shù)據(jù)，評估腦卒中用戶的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)功能狀況及康復(fù)情況，同步調(diào)整康復(fù)訓(xùn) 練計(jì)劃，并實(shí)現(xiàn)對訓(xùn)練過程中用戶目標(biāo)肌肉異常收縮模式的監(jiān)控。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0039] 圖1是本發(fā)明提供的多肌肉協(xié)同肌電反饋康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示 意圖。
[0040] 圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的人機(jī)交互界面為二維交互界面的示意圖。
[0041] 圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的人機(jī)交互界面為三維交互界面的示意圖。
[0042] 圖4是本發(fā)明提供的多肌肉協(xié)同肌電反饋康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)的又一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu) 示意圖。
[0043] 圖5是本發(fā)明實(shí)施例提供的多肌肉協(xié)同肌電反饋康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)在使用狀態(tài)的一 個(gè)具體結(jié)構(gòu)圖。
[0044] 圖6是本發(fā)明提供的多肌肉協(xié)同肌電反饋康復(fù)訓(xùn)練方法的一個(gè)實(shí)施例的步驟流 程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0045] 下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完 整地描述。顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；?本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施 例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0046] 參見圖1，是本發(fā)明提供的多肌肉協(xié)同肌電反饋康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的結(jié) 構(gòu)示意圖。
[0047] 本實(shí)施例提供的多肌肉協(xié)同肌電反饋康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)包括：
[0048] 人機(jī)交互模塊100,包括人機(jī)交互界面，用于引導(dǎo)用戶進(jìn)行人機(jī)交互任務(wù)，針對多 塊目標(biāo)肌肉實(shí)施最大力收縮動(dòng)作。具體實(shí)施時(shí)，人機(jī)交互界面可以用于指導(dǎo)用戶改變多塊 目標(biāo)肌肉之間的協(xié)同收縮狀況來完成人機(jī)交互任務(wù)。進(jìn)一步地，本實(shí)施例可以通過在一種 多維交互界面（包括二維交互界面和三維交互界面）上設(shè)置多個(gè)人機(jī)交互任務(wù)，指導(dǎo)用戶 主動(dòng)調(diào)節(jié)多塊肌肉的協(xié)同收縮情況，增強(qiáng)控制關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的主要肌肉間的運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)性，改善 腦卒中用戶在關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)過程中產(chǎn)生的肌肉異常協(xié)同和肌肉異常共收縮現(xiàn)象。
[0049] 參見圖2,是本發(fā)明實(shí)施例提供的人機(jī)交互界面為二維交互界面的示意圖。圖3是 本發(fā)明實(shí)施例提供的人機(jī)交互界面為三維交互界面的示意圖。并且，圖2和圖3中均存在 一個(gè)實(shí)時(shí)光標(biāo)G，和一個(gè)或多個(gè)目標(biāo)光標(biāo)R。
[0050] 本實(shí)施例中，人機(jī)交互界面可以設(shè)計(jì)為二維平面坐標(biāo)系，也可以設(shè)置為三維立體 空間。在二維平面坐標(biāo)系或三維立體空間里，點(diǎn)的坐標(biāo)分別代表各目標(biāo)肌肉的收縮狀態(tài)，每 個(gè)坐標(biāo)軸的有效坐標(biāo)范圍為0至1。以三維交互界面為例，各目標(biāo)肌肉的收縮程度分別對應(yīng) 多維人機(jī)交互界面上的X軸、Y軸和Z軸坐標(biāo)；相應(yīng)的，每個(gè)坐標(biāo)軸上的0代表該目標(biāo)肌肉 處于完全放松狀態(tài)，1代表該目標(biāo)肌肉處于最大力等長收縮狀態(tài)。
[0051] 用戶在人機(jī)交互界面的反饋下，實(shí)時(shí)、連續(xù)地主動(dòng)調(diào)整多塊目標(biāo)肌肉之間的協(xié)同 收縮狀況，完成人機(jī)交互任務(wù)，從而提高腦卒中用戶控制關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的主要肌肉間的運(yùn)動(dòng)協(xié) 調(diào)性。本發(fā)明實(shí)施例并不局限于這兩種人機(jī)交互界面，也可以是其它多維界面。
[0052] 信號(hào)采集模塊200,用于采集在實(shí)施人機(jī)交互任務(wù)過程中所述各目標(biāo)肌肉產(chǎn)生的 力學(xué)信號(hào)、肌電信號(hào)。
[0053] 本發(fā)明實(shí)施例中，優(yōu)選的，在二維交互界面上，可選擇目標(biāo)肌肉為控制肘關(guān)節(jié)曲屈 和伸展的肱二頭肌（Biceps Brachii)和肱三頭?。═riceps Brachii),它們本身是一對主 動(dòng)肌和拮抗肌，分別控制手臂曲屈和伸展。在三維交互界面上，可選擇目標(biāo)肌肉為控制腕 關(guān)節(jié)曲屈、伸展和旋轉(zhuǎn)的燒側(cè)腕伸?。‥xtensor Carpus Radialis)、燒側(cè)腕屈?。‵lexor Carpi Radialis)和旋前圓?。≒ronator Teres)。需要說明的是，本發(fā)明所提供的技術(shù)方案 并不局限于這些目標(biāo)肌肉，也可針對四塊乃至更多目標(biāo)肌肉；此外，本發(fā)明所提供的技術(shù)方 案并不局限于肘關(guān)節(jié)，也可以包括控制人體其它主要關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的相關(guān)肌肉，如控制腕關(guān)節(jié)、 膝關(guān)節(jié)和踩關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的相關(guān)肌肉。
[0054] 信號(hào)分析與處理模塊300,用于對所述力學(xué)信號(hào)和肌電信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算與處理，獲得 所述力學(xué)信號(hào)的特征參數(shù)和所述肌電信號(hào)的特征參數(shù)，作為用戶的肌肉協(xié)同控制能力評估 依據(jù)；還用于將用戶進(jìn)行最大力等長收縮動(dòng)作時(shí)的目標(biāo)肌肉產(chǎn)生的力的幅值作為訓(xùn)練控制 信號(hào)實(shí)時(shí)傳輸?shù)饺藱C(jī)交互模塊100顯示，并將用戶進(jìn)行人機(jī)交互任務(wù)時(shí)的肌電信號(hào)特征參 數(shù)作為訓(xùn)練控制信號(hào)實(shí)時(shí)傳輸?shù)饺藱C(jī)交互模塊100顯示；還用于根據(jù)所述肌肉協(xié)同控制能 力評估依據(jù)得到肌肉協(xié)同控制能力評估結(jié)果，同步調(diào)整康復(fù)訓(xùn)練計(jì)劃。
[0055] 軌跡及參數(shù)設(shè)置模塊400,用于根據(jù)所述肌肉協(xié)同控制能力評估結(jié)果及康復(fù)訓(xùn)練 計(jì)劃設(shè)置所述人機(jī)交互任務(wù)的各項(xiàng)參數(shù)。
[0056] 具體實(shí)施時(shí)，所述信號(hào)分析與處理模塊300傳輸?shù)挠?xùn)練控制信號(hào)在最大力等長收 縮動(dòng)作中為目標(biāo)肌肉產(chǎn)生的力的幅值；在人機(jī)交互任務(wù)中，所述訓(xùn)練控制信號(hào)為代表肌肉 收縮程度大小的歸一化后的肌電信號(hào)特征參數(shù)，包括歸一化肌電包絡(luò)幅值、歸一化肌電信 號(hào)均方根幅值、滑動(dòng)窗下計(jì)算出的肌電信號(hào)積分值中的任意一項(xiàng)或多項(xiàng)；其中，歸一化過程 的分母為最大力等長收縮任務(wù)中測得的相應(yīng)肌電信號(hào)特征參數(shù)。
[0057] 肌肉異常收縮模式識(shí)別模塊500,用于設(shè)置肌肉異常收縮模式的各個(gè)閾值，對康復(fù) 訓(xùn)練過程中出現(xiàn)的肌肉異常收縮模式進(jìn)行監(jiān)測。其中，所述肌肉異常收縮模式包括肌肉過 度興奮、肌肉過度抑制、肌肉異常協(xié)同、主動(dòng)肌和拮抗肌異常共收縮，以及肌肉疲勞；所述肌 肉異常收縮模式識(shí)別模塊500還用于對所述代表肌肉異常收縮的肌電信號(hào)特征參數(shù)的閾 值進(jìn)行設(shè)置，并監(jiān)測所述肌肉異常收縮的肌電信號(hào)特征參數(shù)。
[0058] 在本實(shí)施例中，人機(jī)交互模塊100,還用于接收所述信號(hào)分析與處理模塊300得到 的康復(fù)訓(xùn)練過程中代表目標(biāo)肌肉收縮情況的訓(xùn)練控制信號(hào)，還用于顯示所述肌肉異常收縮 模式識(shí)別模塊500發(fā)出的肌肉收縮異常警報(bào)信號(hào)。
[0059] 具體實(shí)施時(shí)，針對最大力等長收縮動(dòng)作產(chǎn)生的力學(xué)信號(hào)和肌電信號(hào)：所述力學(xué)信 號(hào)的特征參數(shù)包括：等長收縮動(dòng)作最大力、指定時(shí)間內(nèi)收縮力均值、指定時(shí)間內(nèi)力學(xué)信號(hào)方 差；所述肌電信號(hào)的特征參數(shù)包括：肌電信號(hào)包絡(luò)幅值、肌電信號(hào)絕對平均值、肌電信號(hào)積 分值、肌電信號(hào)峰值、肌電信號(hào)方差、過零點(diǎn)數(shù)、肌肉協(xié)同收縮值、肌肉共收縮值和肌肉中值 頻率。
[0060] 在優(yōu)選的實(shí)施方式中，可以采用以下方程逐一計(jì)算出上述各個(gè)特征參數(shù)的值：
[0061] A.等長收縮動(dòng)作最大力
[0062] Fmax = MAX(fi) (i = 1，2. · · N-l，N) (1)
[0063] Fniax為指定時(shí)間（5秒）內(nèi)最大力等長收縮動(dòng)作中產(chǎn)生的力的峰值，其中fi為力學(xué) 信號(hào)第i個(gè)采樣點(diǎn)的值。參數(shù)N為5s(秒）內(nèi)一共采集到的力學(xué)信號(hào)采樣點(diǎn)數(shù)，其與力學(xué) 信號(hào)的采樣率有關(guān)。
[0064] B.指定時(shí)間（5s)內(nèi)收縮力均值

【權(quán)利要求】
1. 一種多肌肉協(xié)同肌電反饋康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)，其特征在于，包括： 人機(jī)交互模塊，包括人機(jī)交互界面，用于引導(dǎo)用戶進(jìn)行人機(jī)交互任務(wù)，針對多塊目標(biāo)肌 肉分別實(shí)施最大力收縮動(dòng)作； 信號(hào)采集模塊，用于采集所述目標(biāo)肌肉在實(shí)施收縮動(dòng)作過程中產(chǎn)生的力學(xué)信號(hào)、肌電 信號(hào)； 信號(hào)分析與處理模塊，用于對所述力學(xué)信號(hào)和肌電信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算與處理，獲得所述力 學(xué)信號(hào)的特征參數(shù)和所述肌電信號(hào)的特征參數(shù)，作為用戶的肌肉協(xié)同控制能力評估依據(jù)； 還用于將用戶進(jìn)行最大力等長收縮動(dòng)作時(shí)的目標(biāo)肌肉產(chǎn)生的力的幅值作為訓(xùn)練控制信號(hào) 實(shí)時(shí)傳輸?shù)饺藱C(jī)交互模塊顯示，并將用戶進(jìn)行人機(jī)交互任務(wù)時(shí)的肌電信號(hào)特征參數(shù)作為訓(xùn) 練控制信號(hào)實(shí)時(shí)傳輸?shù)饺藱C(jī)交互模塊顯示；還用于根據(jù)所述肌肉協(xié)同控制能力評估依據(jù)得 到肌肉協(xié)同控制能力評估結(jié)果，同步調(diào)整康復(fù)訓(xùn)練計(jì)劃； 軌跡及參數(shù)設(shè)置模塊，用于根據(jù)所述肌肉協(xié)同控制能力評估結(jié)果及康復(fù)訓(xùn)練計(jì)劃設(shè)置 所述人機(jī)交互任務(wù)的各項(xiàng)參數(shù)； 肌肉異常收縮模式識(shí)別模塊，用于設(shè)置肌肉異常收縮模式的各個(gè)閾值，對康復(fù)訓(xùn)練過 程中出現(xiàn)的肌肉異常收縮模式進(jìn)行監(jiān)測； 信號(hào)存儲(chǔ)模塊，用于存儲(chǔ)所述信號(hào)采集模塊采集得到的力學(xué)信號(hào)、肌電信號(hào)，存儲(chǔ)所述 信號(hào)分析與處理模塊處理得到的所述力學(xué)信號(hào)的特征參數(shù)和所述肌電信號(hào)的特征參數(shù)，存 儲(chǔ)用戶肌肉協(xié)同控制能力評估結(jié)果，以及存儲(chǔ)康復(fù)訓(xùn)練過程中用戶的實(shí)際訓(xùn)練控制數(shù)據(jù)。
2. 如權(quán)利要求1所述的多肌肉協(xié)同肌電反饋康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)，其特征在于，所述人機(jī)交 互界面為多維交互界面。
3. 如權(quán)利要求1所述的多肌肉協(xié)同肌電反饋康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)，其特征在于，所述信號(hào)采 集模塊包括： 力學(xué)信號(hào)采集單元，用于采集所述目標(biāo)肌肉產(chǎn)生的力學(xué)信號(hào)；以及， 肌電信號(hào)測量單元，用于采集所述目標(biāo)肌肉產(chǎn)生的肌電信號(hào)。
4. 如權(quán)利要求1所述多肌肉協(xié)同肌電反饋康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)，其特征在于，所述人機(jī)交互 模塊，還用于接收所述信號(hào)分析與處理模塊得到的康復(fù)訓(xùn)練過程中代表目標(biāo)肌肉收縮情況 的訓(xùn)練控制信號(hào)，還用于顯示所述肌肉異常收縮模式識(shí)別模塊發(fā)出的肌肉收縮異常警報(bào)信 號(hào)。
5. 如權(quán)利要求1?4任一項(xiàng)所述的多肌肉協(xié)同肌電反饋康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)，其特征在于，所 述信號(hào)分析與處理模塊傳輸?shù)剿鋈藱C(jī)交互模塊的訓(xùn)練控制信號(hào)在最大力等長收縮動(dòng)作 中，為目標(biāo)肌肉產(chǎn)生的力的幅值； 在人機(jī)交互任務(wù)中，所述信號(hào)分析與處理模塊傳輸?shù)挠?xùn)練控制信號(hào)為代表肌肉收縮程 度大小的歸一化后的肌電信號(hào)特征參數(shù)，包括歸一化肌電包絡(luò)幅值、歸一化肌電信號(hào)均方 根幅值、滑動(dòng)窗下計(jì)算出的肌電信號(hào)積分值；其中，歸一化過程的分母為最大力等長收縮任 務(wù)中測得的相應(yīng)肌電信號(hào)特征參數(shù)。
6. 如權(quán)利要求5所述多肌肉協(xié)同肌電反饋康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)，其特征在于，所述肌肉異常 收縮模式包括肌肉過度興奮、肌肉過度抑制、肌肉異常協(xié)同、主動(dòng)肌和拮抗肌異常共收縮， 以及肌肉疲勞。
7. 如權(quán)利要求5所述多肌肉協(xié)同肌電反饋康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)，其特征在于， 所述力學(xué)信號(hào)的特征參數(shù)包括：等長收縮動(dòng)作最大力、指定時(shí)間內(nèi)收縮力均值、指定時(shí) 間內(nèi)力學(xué)信號(hào)方差； 所述肌電信號(hào)的特征參數(shù)包括：肌電信號(hào)包絡(luò)幅值、肌電信號(hào)絕對平均值、肌電信號(hào)積 分值、肌電信號(hào)均方根幅值、肌電信號(hào)峰值、肌電信號(hào)方差、過零點(diǎn)數(shù)、肌肉協(xié)同收縮值、肌 肉共收縮值和肌電信號(hào)中值頻率。
8. 如權(quán)利要求7所述多肌肉協(xié)同肌電反饋康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)，其特征在于，所述人機(jī)交互 任務(wù)為一種根據(jù)用戶對目標(biāo)肌肉的協(xié)同控制能力評估結(jié)果及康復(fù)訓(xùn)練計(jì)劃設(shè)計(jì)的實(shí)時(shí)、連 續(xù)性的軌跡追蹤任務(wù)； 所述人機(jī)交互界面上存在一個(gè)實(shí)時(shí)光標(biāo)和一個(gè)或多個(gè)目標(biāo)光標(biāo)；所述實(shí)時(shí)光標(biāo)用于在 用戶得到所述人機(jī)交互界面的視覺反饋后的主動(dòng)調(diào)整下，根據(jù)多塊目標(biāo)肌肉之間協(xié)同收縮 狀況進(jìn)行移動(dòng)，追蹤預(yù)設(shè)的目標(biāo)光標(biāo)；其中，所述目標(biāo)光標(biāo)的運(yùn)動(dòng)軌跡由所述軌跡及參數(shù)設(shè) 置模塊根據(jù)用戶對目標(biāo)肌肉的協(xié)同控制能力評估結(jié)果及康復(fù)訓(xùn)練計(jì)劃進(jìn)行預(yù)設(shè)； 所述人機(jī)交互界面上還設(shè)有提示指示燈，用于指示人機(jī)交互任務(wù)的開始和結(jié)束，并且 當(dāng)目標(biāo)肌肉處于異常收縮模式時(shí)，向用戶發(fā)出警報(bào)信號(hào)。
9. 一種多肌肉協(xié)同肌電反饋康復(fù)訓(xùn)練方法，其特征在于，包括： S101 :用戶在人機(jī)交互界面引導(dǎo)下針對多塊目標(biāo)肌肉分別實(shí)施最大力等長收縮動(dòng)作； S102:采集并存儲(chǔ)所述各目標(biāo)肌肉在實(shí)施收縮動(dòng)作過程中產(chǎn)生的力學(xué)信號(hào)和肌電信 號(hào)； S103 :對所述力學(xué)信號(hào)和所述肌電信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算與處理，獲得并存儲(chǔ)所述力學(xué)信號(hào)的 特征參數(shù)和所述肌電信號(hào)的特征參數(shù)，作為用戶的肌肉協(xié)同控制能力評估依據(jù)； S104:根據(jù)所述肌肉協(xié)同控制能力評估依據(jù)得到肌肉協(xié)同控制能力評估結(jié)果，根據(jù)肌 肉協(xié)同控制能力評估結(jié)果設(shè)置康復(fù)訓(xùn)練計(jì)劃及人機(jī)交互任務(wù)參數(shù)； S105:將用戶進(jìn)行人機(jī)交互任務(wù)時(shí)的肌電信號(hào)特征參數(shù)作為訓(xùn)練控制信號(hào)實(shí)時(shí)傳輸?shù)?人機(jī)交互模塊顯示； S106:設(shè)置肌肉異常收縮模式的各個(gè)閾值，對康復(fù)訓(xùn)練過程中出現(xiàn)的肌肉異常收縮模 式進(jìn)行監(jiān)測； 5107 :根據(jù)人機(jī)交互界面的反饋信息，接受用戶對各目標(biāo)肌肉之間的協(xié)同收縮狀況的 主動(dòng)調(diào)整,完成人機(jī)交互任務(wù)； 5108 :對所述力學(xué)信號(hào)、肌電信號(hào)及各信號(hào)的特征參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測和記錄，獲得康復(fù) 訓(xùn)練過程中用戶的實(shí)際訓(xùn)練控制數(shù)據(jù)； 5109 :根據(jù)康復(fù)訓(xùn)練中的各信號(hào)的特征參數(shù)和實(shí)際訓(xùn)練控制數(shù)據(jù)，連續(xù)評估及同步調(diào) 整康復(fù)訓(xùn)練計(jì)劃，并且，當(dāng)表征用戶目標(biāo)肌肉異常收縮模式的肌電特征參數(shù)的幅值達(dá)到預(yù) 設(shè)的異常閾值時(shí)，向用戶發(fā)出肌肉收縮異常警報(bào)信號(hào)。
10. 如權(quán)利要求9所述的多肌肉協(xié)同肌電反饋康復(fù)訓(xùn)練方法，其特征在于， 所述力學(xué)信號(hào)的特征參數(shù)包括：等長收縮動(dòng)作最大力、指定時(shí)間內(nèi)收縮力均值、指定時(shí) 間內(nèi)力學(xué)信號(hào)方差； 所述肌電信號(hào)的特征參數(shù)包括：肌電信號(hào)包絡(luò)幅值、肌電信號(hào)絕對平均值、肌電信號(hào)積 分值、肌電信號(hào)均方根幅值、肌電信號(hào)峰值、肌電信號(hào)方差、過零點(diǎn)數(shù)、肌肉協(xié)同收縮值、肌 肉共收縮值和肌電信號(hào)中值頻率。
【文檔編號(hào)】A61H1/02GK104337666SQ201410620126
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2014年11月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月5日
【發(fā)明者】宋嶸, 燕鐵斌, 孫文博 申請人:中山大學(xué)