一种音乐与肌电反馈治疗服的制作方法

本实用新型涉及医疗器械技术领域，具体涉及一种音乐与肌电反馈治疗服。

背景技术：

随着医学模式向生理－心理－社会模式的转换，医疗诊治观念也在不断进步，体现为疾病治疗的目标不仅是延长生命，也要提高患者的生活质量，而音乐疗法正是基于现代医学模式而发展并不断扩大其应用范围的。音乐属于节律性听觉刺激，运动系统对于这种听觉刺激的反应非常灵敏，节律性听觉刺激可以直接改善各种疾病患者的运动功能。

目前音乐治疗的研究主要集中于被动感受式音乐治疗，对主动音乐治疗的研究相对较少。仅以脑卒中康复治疗为例，音乐疗法在脑卒中康复方面的应用主要集中于缓解焦虑抑郁情绪、失语症、认知障碍等方面，在卒中后肢体运动功能康复方面的研究较少，针对上肢运动功能康复的研究更少，亟需深入研究。

生物反馈治疗是指采集生物体信号并结合电学、声学、光学等反馈刺激达到治疗疾病目的的一类方法。表面肌电生物反馈是目前最为成功的生物反馈疗法，通过采集患者表面肌电信号，结合电刺激、声音、画面等反馈内容，能够有效应用于肌肉运动功能康复、神经系统疾病康复、偏瘫、中风、神经痛、产后瘫痪等疾病的康复。然而，现有表面肌电(sEMG)反馈疗法采集系统的体积设备庞大，难以便携，导线连接方式也对病人的肢体运动有很大的限制作用，不能实现自由肢体运动从而限制了康复治疗效果。

随着人类健康和保健意识的增强，医疗仪器也从适用于医院的复杂、大型设备，转向一些小巧、便携式并适用于家庭、军事和运动员训练的装置。在运动监测、病人肢体活动等领域，表面肌电的采集具 有十分重要的意义。

现有技术中的表面肌电采集技术通常采用在肌肉表面贴附电极片并通过导线传输至主机的方式，这种方式存在的缺陷包括：1)导线不利于测试者的自由肢体运动，大幅限制了测试时的运动自由度；2)设备体积庞大，难以实现远程化移动化的智能测量；3)贴片贴附结构在运动时不能保持稳定，会严重影响记录时的信号质量；4)现有技术由于电极贴片面积大，多通道测量时导线常发生缠绕等原因，无法实现测量全身精细肌肉发力的测量。

另一方面，现有技术中的无线表面肌电(sEMG)信号采集系统均采用体积较大的三导采集系统，即需要2个差分电极置于所测肌肉表面处，以及1个参考电极置于远离所测肌肉表面处的人体表面另一位置。这样设置的原因是因为表面肌电信号较为微弱，约为微伏级别，在采集时极易受到各类外界电磁干扰的影响，如静电、电磁辐射、工频干扰，所以需要在采集时另外设置一个参考电极，以保持信号采集的准确和稳定。这种三导表面肌电采集系统的缺点是：参考电极需要远离采集电极，导致系统体积过大，不能很好地应用于一些小肌肉群的肌电采集。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种基于音乐和肌电反馈的治疗服，通过播放音乐实时采集用户全身精细肌肉跟随音乐运动的电信号，对其进行分析和模式识别，建立肌肉运动模式与反馈电刺激的对应关系，并进行相应的低频电刺激，完成一个循环，从而达到康复训练的效果。

本实用新型所述的音乐与肌电反馈治疗服包括音疗交互模块、信号采集服、主机控制模块和多通道二导无线表面肌电生物反馈传感器，多通道二导无线表面肌电生物反馈传感器包括肌电采集模块和反馈电刺激模块；主机控制模块分别与音疗交互模块和多通道二导无线 表面肌电生物反馈传感器连接；所述的音疗交互模块包括：音乐库单元、媒体播放单元和节拍显示单元，其中：所述的音乐库单元用于建立根据治疗服使用者具体生理和心理状况选择的音乐库，存储治疗音乐；媒体播放单元用于播放音乐库单元中的音乐曲目，节拍显示单元用于实时显示对应音乐曲目的节拍；所述的信号采集服在全身精细肌肉各处都设有镂空的传感器放置囊，所述的多通道二导无线表面肌电传感器设置在传感器放置囊中；所述的信号采集服包括胸背部分、肩臂部分、小臂肌肉群部分、腹股部分和小腿肌肉群部分；所述的胸背部分用于实现胸背部大肌肉群的肌电测量；所述的肩臂部分用于实现肩部和上臂肌肉群的肌电测量；所述的小臂肌肉群部分用于完成小臂肌肉群的肌电测量；所述的腹股部分用于完成腹部、腰部和大腿肌肉群的肌电测量；所述的小腿肌肉群部分用于完成小腿肌肉群的肌电测量。

所述的胸背部分设置的多通道二导无线表面肌电传感器的设置位置包括胸大肌上束、胸大肌中束、胸大肌下束、斜方肌上束、斜方肌下束、小圆肌、大圆肌、背阔肌上束、背阔肌中束和/或背阔肌下束。

所述的肩臂部分设置的多通道二导无线表面肌电传感器的设置位置包括三角肌前束、三角肌中束、三角肌后束、肱二头肌长头、肱二头肌短头、肱三头肌外头、肱三头肌内头和/或肱三头肌长头。

所述的小臂肌肉群部分设置的多通道二导无线表面肌电传感器的设置位置包括肱桡肌、旋前圆肌、桡侧腕屈肌、掌长肌、尺侧腕屈肌、浅屈肌、拇长屈肌、指深屈肌和/或旋前方肌。

所述的腹股部分设置的多通道二导无线表面肌电传感器的设置位置包括腹直肌、腹内斜肌、腹外斜肌、腹横肌、股中肌、股大肌、竖脊肌、股二头肌、内收大肌和/或半腱肌。

所述的小腿肌肉群部分设置的多通道二导无线表面肌电传感器 的设置位置包括腓肠肌、胫骨前肌、趾长伸肌、拇长伸肌、腓骨长肌、腓骨短肌、趾长屈肌、拇长屈肌和/或胫骨后肌。

所述的多通道二导无线表面肌电传感器由多个独立的二导无线表面肌电传感器组成。多通道二导无线表面肌电生物反馈传感器包括肌电采集模块、无线通讯模块、反馈电刺激模块和电源模块，所述的肌电采集模块分别与音疗交互模块和无线通讯模块连接，所述的无线通讯模块与反馈电刺激模块连接，所述的电源模块与肌电采集模块、无线通讯模块、音疗交互模块和反馈电刺激模块分别连接，所述的肌电采集模块包括前端采集单元和信号调理单元；所述的前端采集单元用于完成原始表面肌电信号的初步采集，并将采集到的原始信号传输至信号调理单元；所述的信号调理单元用于对前端采集单元传输输入的信号进行滤波和放大，并将信号输出至无线通讯模块；所述的无线通讯模块包括无线发射单元、微控制单元、主机接收单元和存储单元，所述的无线通讯模块用于将所得信号发射至主机接收单元并在肌电信号达到阈值时触发功能性电刺激；反馈电刺激模块用于在微控制单元的控制下，当肌电信号达到预设阈值后产生功能性电刺激；所述的电源模块用于为音乐与肌电反馈治疗服的电路提供稳定的工作电压。

所述的前端采集模块包括二导采集电极单元和前置信号放大器；二导采集电极单元和前置信号放大器连接，二导采集电极单元的电极由2个相同的金属探头组成，2个金属探头相距不超过1厘米，金属探头的材质为高导电性的金、银或铜；所述的二导采集电极单元用于直接接触皮肤并将微弱的原始信号传输至前置信号放大器；所述的前置信号放大器用于将原始信号抑制噪声后传输至信号调理单元，从而提高信号调理单元的后端调理电路的共模抑制比CMRR和差模输入阻抗；所述的前置信号放大器采用虚拟接地的方式，可有效为前置信号放大器提供稳定的参考电压。

所述的信号调理单元包括滤波单元、主级放大单元和数模转换单 元，所述的滤波单元用于对所输入的信号进行20Hz-200Hz的带通滤波处理；所述的主级放大单元用于对滤除低频和高频噪音的信号进行倍数可调的放大；所述的数模转换单元用于对模拟信号进行数模转换并输出至无线通讯模块。

所述的无线发射单元用于进行无线传输和通讯；所述的微控制单元用于控制无线发射单元的通讯开关和时序，并在肌电信号达到阈值时触发反馈电刺激模块产生功能性电刺激；所述的主机接收单元用于接收无线发射单元发射的信号，并上传至上位机；所述的存储单元用于提供缓存功能，在主机接收单元无法正常接收信号时，由微控制单元控制将信号存至存储单元。

所述的电源模块包括电池单元和稳压单元，所述的电池单元用于为音乐与肌电反馈治疗服的电路提供持续的工作电压，电池单元的电池电压经过稳压单元稳压后为音乐与肌电反馈治疗服中的各个模块提供稳定的工作电压。

所述的反馈电刺激模块包括升压单元和放电交变单元，所述的升压单元用于通过倍压方式将电压抬升至100V；所述的放电交变单元用于通过分立元件组合产生电流交变输出，达到刺激的作用。

本实用新型的技术方案具有如下优点：

本实用新型所述的音乐与肌电反馈治疗服通过结合音乐疗法和肌电生物反馈疗法，使治疗服使用者在积极正面的心理状态下参与到疾病的治疗过程中，增强其积极性和互动性，继而达到相关肌肉功能障碍康复训练的目的；反馈电刺激模块结合了生物反馈和电刺激的优点，不仅具有生物反馈的认知再学习、促进本体感觉恢复的作用，而且能强化电刺激对人体的易化作用。同时，本实用新型符合当前医疗仪器向智能化和小型化发展的趋势，同样也适用于家庭医疗保健，具有广阔的应用前景。

附图说明

图1是本实用新型所述的音乐与肌电反馈治疗服的信号采集服的结构示意图。

图2是本实用新型所述的二导无线表面肌电传感器的模块示意图。

具体实施方式

以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

如图1和2所示，本实用新型所述的音乐与肌电反馈治疗服包括音疗交互模块、信号采集服、主机控制模块和多通道二导无线表面肌电生物反馈传感器，多通道二导无线表面肌电生物反馈传感器包括肌电采集模块和反馈电刺激模块；主机控制模块分别与音疗交互模块和多通道二导无线表面肌电生物反馈传感器连接；主机控制模块用于通过音疗交互模块放送播放的音乐曲目的音乐节奏信息，肌电采集模块用于实时采集用户全身肌肉跟随音乐节奏信息动作的电信号，并传送至主机控制模块进行分析和模式识别，得到功能性电刺激的特征参数和特征值，建立全身肌肉运动模式与反馈电刺激的对应关系，反馈电刺激模块基于该对应关系对用户全身肌肉进行低频电刺激。

所述的音乐节奏信息是指用以指引用户完成指定动作的可视化界面或语音提示。

所述的音疗交互模块包括：音乐库单元、媒体播放单元和节拍显示单元，其中：所述的音乐库单元用于建立根据治疗服使用者具体生理和心理状况选择的音乐库，存储治疗音乐；媒体播放单元用于播放音乐库单元中的音乐曲目，节拍显示单元用于实时显示对应音乐曲目的节拍。

运用本实用新型所述的音乐与肌电反馈治疗服进行康复训练时，主机控制模块通过音疗交互模块向治疗服使用者播放音乐，并显示节拍，在使用者为完成随音疗交互模块输出的音乐节奏信息的对应动作 而进行相应的全身肌肉运动动作时，肌电采集模块实时采集使用者全身肌肉运动的表面肌电信号，传输至主机控制模块；主机控制模块根据采集到的表面肌电信号提取相应的特征参数和特征值，识别使用者的全身相关肌肉的收缩模式，建立其与反馈电刺激的对应关系；肌电反馈刺激模块基于此对应关系和识别出的收缩模式对使用者的全身相关肌肉进行相应的低频电刺激，完成一次循环。

本实用新型通过输出可视化音乐节奏，指导患者进行“打拍子”运动，让患者不仅能感受音乐，还能在欣赏音乐的过程中，通过音乐的旋律、节奏、和声、乐音等因素影响人的神经系统，发挥音乐治疗的有益作用，对患者的心理产生正面影响，有利于在患者身心放松的状态下实时采集患者的肌电信号。

本实用新型将功能性电刺激配合生物反馈及时进行康复训练，不同于普通的低频电流信号的刺激方法，而是将人体本身的表面肌电信号进行实时反馈，患者通过学习控制进行自我调节，从而使自主神经的兴奋性降低，使得人体神经与肌肉之间形成正反馈，从而使得肌肉收缩，力量增强，不仅使患者在感受音乐的过程中达到身心治疗的目的；而且通过患者主动参与音疗过程，产生积极的心理效果，利于调动患者积极性，也利于肌电生物反馈取得更好的疗效。

所述的信号采集服由可自由收缩的紧身材料制成，能够测量全身精细肌肉发力，所述的信号采集服在全身精细肌肉各处都设有小型镂空的传感器放置囊，所述的多通道二导无线表面肌电传感器设置在传感器放置囊中。

如图1，所述的信号采集服包括胸背部分1、肩臂部分2、小臂肌肉群部分3、腹股部分4和小腿肌肉群部分5。

所述的胸背部分用于实现胸背部大肌肉群的肌电测量；所述的肩臂部分用于实现肩部和上臂肌肉群的肌电测量；所述的小臂肌肉群部分用于完成小臂肌肉群的肌电测量；所述的腹股部分用于完成腹部、 腰部和大腿肌肉群的肌电测量；所述的小腿肌肉群部分用于完成小腿肌肉群的肌电测量。

所述的胸背部分设置的多通道二导无线表面肌电传感器的设置位置包括胸大肌上束、胸大肌中束、胸大肌下束、斜方肌上束、斜方肌下束、小圆肌、大圆肌、背阔肌上束、背阔肌中束和/或背阔肌下束。

所述的肩臂部分设置的多通道二导无线表面肌电传感器的设置位置包括三角肌前束、三角肌中束、三角肌后束、肱二头肌长头、肱二头肌短头、肱三头肌外头、肱三头肌内头和/或肱三头肌长头。

所述的小臂肌肉群部分设置的多通道二导无线表面肌电传感器的设置位置包括肱桡肌、旋前圆肌、桡侧腕屈肌、掌长肌、尺侧腕屈肌、浅屈肌、拇长屈肌、指深屈肌和/或旋前方肌。

所述的腹股部分设置的多通道二导无线表面肌电传感器的设置位置包括腹直肌、腹内斜肌、腹外斜肌、腹横肌、股中肌、股大肌、竖脊肌、股二头肌、内收大肌和/或半腱肌。

所述的小腿肌肉群部分设置的多通道二导无线表面肌电传感器的设置位置包括腓肠肌、胫骨前肌、趾长伸肌、拇长伸肌、腓骨长肌、腓骨短肌、趾长屈肌、拇长屈肌和/或胫骨后肌。

所述的多通道二导无线表面肌电传感器由多个独立的二导无线表面肌电传感器组成。多通道二导无线表面肌电生物反馈传感器包括肌电采集模块、无线通讯模块、反馈电刺激模块和电源模块，所述的肌电采集模块分别与音疗交互模块和无线通讯模块连接，所述的无线通讯模块与反馈电刺激模块连接，所述的电源模块与肌电采集模块、无线通讯模块、音疗交互模块和反馈电刺激模块分别连接，所述的肌电采集模块包括前端采集单元和信号调理单元；所述的前端采集单元用于完成原始表面肌电信号的初步采集，并将采集到的原始信号传输至信号调理单元；所述的信号调理单元用于对前端采集单元传输输入 的信号进行滤波和放大，并将信号输出至无线通讯模块；所述的无线通讯模块包括无线发射单元、微控制单元、主机接收单元和存储单元，所述的无线通讯模块用于将所得信号发射至主机接收单元并在肌电信号达到阈值时触发功能性电刺激；反馈电刺激模块用于在微控制单元的控制下，当肌电信号达到预设阈值后产生功能性电刺激；所述的电源模块用于为音乐与肌电反馈治疗服的电路提供稳定的工作电压。

所述的前端采集模块包括二导采集电极单元和前置信号放大器；二导采集电极单元和前置信号放大器连接，二导采集电极单元的电极由2个相同的金属探头组成，2个金属探头相距不超过1厘米，金属探头的材质为高导电性的金、银或铜；所述的二导采集电极单元用于直接接触皮肤并将微弱的原始信号传输至前置信号放大器；所述的前置信号放大器用于将原始信号抑制噪声后传输至信号调理单元，从而提高信号调理单元的后端调理电路的共模抑制比CMRR和差模输入阻抗；所述的前置信号放大器采用虚拟接地的方式，可有效为前置信号放大器提供稳定的参考电压。

所述的信号调理单元包括滤波单元、主级放大单元和数模转换单元，所述的滤波单元用于对所输入的信号进行20Hz-200Hz的带通滤波处理；所述的主级放大单元用于对滤除低频和高频噪音的信号进行倍数可调的放大；所述的数模转换单元用于对模拟信号进行数模转换并输出至无线通讯模块。

所述的无线发射单元用于进行无线传输和通讯；所述的微控制单元用于控制无线发射单元的通讯开关和时序，并在肌电信号达到阈值时触发反馈电刺激模块产生功能性电刺激；所述的主机接收单元用于接收无线发射单元发射的信号，并上传至上位机；所述的存储单元用于提供缓存功能，在主机接收单元无法正常接收信号时，由微控制单元控制将信号存至存储单元。

所述的电源模块包括电池单元和稳压单元，所述的电池单元用于 为音乐与肌电反馈治疗服的电路提供持续的工作电压，电池单元的电池电压经过稳压单元稳压后为音乐与肌电反馈治疗服中的各个模块提供稳定的工作电压。

所述的反馈电刺激模块包括升压单元和放电交变单元，所述的升压单元用于通过倍压方式将电压抬升至100V；所述的放电交变单元用于通过分立元件组合产生电流交变输出，达到刺激的作用。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本实用新型作了详尽的描述，但在本实用新型基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本实用新型精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本实用新型要求保护的范围。