可穿戴式肌肉運動狀態識別和肌肉電刺激運動輔助系統的制作方法

本發明涉及肌電信號感知和運動輔助技術領域，特別是涉及一種可穿戴式肌肉運動狀態識別和肌肉電刺激運動輔助系統。

背景技術：

近年來將功能性電刺激(functionalelectricalstimulation，簡稱“fes”)用于中風后治療，實現運動功能康復被人們所注意，中風病人進行功能電刺激的許多實驗表明，fes可以促進神經的可塑性，對患者運動功能的恢復有著積極作用。正常人體將運動皮層神經電信號傳遞到脊髓的運動神經，運動神經的神經信號傳到神經肌肉接頭，激活肌肉產生力，從而實現肢體的運動。對于中風患者而言，由于中樞神經損傷而導致運動神經信號中斷或神經調制出現問題了，肢體肌肉收到異常神經信號或沒有收到運動信號而喪失了被激活收縮的功能，這樣就會導致肢體無法由大腦控制并實現自主運動。

通過fes利用表面電極傳導刺激電流，電流通過皮膚流向癱瘓肌肉的運動神經，激活運動神經，從而引起肌肉收縮，使肢體產生動作，使癱瘓或衰退的肌肉重建或恢復功能，達到治療和功能康復的目的。

功能性電刺激不僅可以輔助康復機器人維持患者肌肉體積，減弱肌肉強勁和預防關節變形，還可以抑制不正常肌群活動，促進神經的可塑性和逆轉康復過程。

人體運動其實是通過特定肌肉收縮完成的，而目前的運動輔助系統，多是通過外部設備，直接用力于需要運動的部位，如拐杖、輪椅、氣囊等，這些設備比較笨重，而且不是直接作用于需要收縮的肌肉群，從而無法起到對特定肌肉的鍛煉的作用。

2007年英國南安普頓大學c.t.freeman等人成功研制出功能性電刺激輔助上肢康復機器人康復平臺，此平臺上肢康復機器人為機械臂式康復裝置，并非是外骨骼穿戴式康復機器人。2011年fang-chenwu等人將功能性電刺激和雙邊手臂訓練(bilateralarmtraining)組合在一起用于中風病人手功能康復。這些設備費用較高，較為笨重。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是提供一種可穿戴式肌肉運動狀態識別和肌肉電刺激運動輔助系統，使得結構更為簡單并降低成本。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：提供一種可穿戴式肌肉運動狀態識別和肌肉電刺激運動輔助系統，包括束帶，所述束帶上設置有對應的肌電信號采集點和肌肉刺激點，所述束帶的背面設置有信號分析控制中心；所述肌電信號采集點用于完成肌電信號的采集，并將采集到的肌電信號傳輸給所述信號分析控制中心；所述信號分析控制中心用于對收集到的多路肌電信號進行分析，并判別監測肌肉的運動類別，并根據肌肉的運動類型產生和該類別對應刺激電壓數據；所述肌肉刺激點根據刺激電壓數據產生刺激信號刺激肌肉收縮。

所述肌電信號采集點和信號分析控制中心之間還包括第一信號處理電路，所述第一信號處理電路包括放大濾波電路和模數轉換電路，所述放大濾波電路對采集到的肌電信號進行放大濾波；所述模數轉換電路將放大濾波后的肌電信號轉換為數字信號。

所述肌肉刺激點和信號分析控制中心之間還包括第二信號處理電路，所述第二信號處理電路包括數模轉換電路和波形調整電路；所述數模轉換電路用于將所述信號分析控制中心產生的刺激電壓數據的數字信號轉換為模擬信號；所述波形調整電路用于對模擬信號的波形調整為與神經刺激電流相似的電流波形。

所述肌電信號采集點和肌肉刺激點間隔排列。

所述束帶為環形穿戴式的彈性束帶。

有益效果

由于采用了上述的技術方案，本發明與現有技術相比，具有以下的優點和積極效果：本發明可以根據具體肌肉群的運動情況，產生相應的刺激電流，使得肌肉產生收縮，從而輔助運動。本發明將采集點和刺激點設置在束帶上，使得整體結構更為簡單，且降低了成本。

附圖說明

圖1是本發明的原理方框圖；

圖2是本發明中束帶的結構示意圖。

具體實施方式

下面結合具體實施例，進一步闡述本發明。應理解，這些實施例僅用于說明本發明而不用于限制本發明的范圍。此外應理解，在閱讀了本發明講授的內容之后，本領域技術人員可以對本發明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于

本技術：
所附權利要求書所限定的范圍。

本發明的實施方式涉及一種可穿戴式肌肉運動狀態識別和肌肉電刺激運動輔助系統，如圖1和圖2所示，包括束帶4，所述束帶4上設置有多個一一對應的肌電信號采集點1和肌肉刺激點2，本實施方式中，肌電信號采集點1為肌電信號采集電極，肌肉刺激點2為肌肉刺激電極，所述束帶4的背面設置有信號分析控制中心3；所述肌電信號采集點1用于完成肌電信號的采集，并將采集到的肌電信號傳輸給所述信號分析控制中心3；所述信號分析控制中心3用于對收集到的多路肌電信號進行分析，并判別監測肌肉的運動類別，并根據肌肉的運動類型產生和該類別對應刺激電壓數據；所述肌肉刺激點2根據刺激電壓數據產生刺激信號刺激肌肉收縮。其中，肌肉的運動類別分為：放松、輕收縮和重收縮三種，這三種類別分別對應不同的刺激電壓數據，例如放松時對應較低的刺激電壓數據，輕收縮時對應中等的刺激電壓數據，重收縮時對應較高的刺激電壓數據。

所述肌電信號采集點1和信號分析控制中心3之間還包括第一信號處理電路，所述第一信號處理電路包括放大濾波電路5和模數轉換電路6，所述放大濾波電路5對采集到的肌電信號進行放大濾波；所述模數轉換電路6將放大濾波后的肌電信號轉換為數字信號。

所述肌肉刺激點2和信號分析控制中心3之間還包括第二信號處理電路，所述第二信號處理電路包括數模轉換電路7和波形調整電路8；所述數模轉換電路7用于將所述信號分析控制中心產生的刺激電壓數據的數字信號轉換為模擬信號；所述波形調整電路8用于對模擬信號的波形調整為與神經刺激電流相似的電流波形。

如圖2所示，本實施方式中束帶4做成環形的穿戴式，可以采用彈性束帶。每個束帶4帶有多個肌電信號采集點1和多個肌肉刺激點2，肌電信號采集點1和肌肉刺激點2間隔排列，肌電信號采集點1和肌肉刺激點2具有對應關系，肌電信號采集點1的信號類型決定了其對應肌肉刺激點2的刺激電流強弱。

不難發現，本發明可以根據具體肌肉群的運動情況，產生相應的刺激電流，使得肌肉產生收縮，從而輔助運動。本發明將采集點和刺激點設置在束帶上，使得整體結構更為簡單，且降低了成本。

技術特征：

技術總結
本發明涉及一種可穿戴式肌肉運動狀態識別和肌肉電刺激運動輔助系統，包括束帶，所述束帶上設置有對應的肌電信號采集點和肌肉刺激點，所述束帶的背面設置有信號分析控制中心；所述肌電信號采集點用于完成肌電信號的采集，并將采集到的肌電信號傳輸給所述信號分析控制中心；所述信號分析控制中心用于對收集到的多路肌電信號進行分析，并判別監測肌肉的運動類別，并根據肌肉的運動類型產生和該類別對應刺激電壓數據；所述肌肉刺激點根據刺激電壓數據產生刺激信號刺激肌肉收縮。本發明可以根據具體肌肉群的運動情況，產生相應的刺激電流，使得肌肉產生收縮，從而輔助運動。

技術研發人員：李鋒;李悅;陸婷婷;冷娜
受保護的技術使用者：東華大學
技術研發日：2017.04.12
技術公布日：2017.07.25