专利名称：精确控制手指活动的佩戴式辅助电刺激系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种辅助医疗技术领域的系统，具体是一种精确控制手指活动的佩戴式辅助电刺激系统。
背景技术：
世界卫生组织统计全球有1324. 37万人患有脊髓疾病，而美国每年就有11000例新增脊髓损伤案例，另据不完全统计，中国大陆各类脊髓损伤患者已达110万人。这个数字还有日趋上升趋势。脊髓损伤后，虽然瘫痪病人的肌肉仍具有收缩功能，但由于大脑和肌肉间的神经通路被切断而丧失自主运动能力。除了脊髓疾病，脑卒中(中风)等神经系统疾病也产生了大量的瘫痪病人。目前市面上针对瘫痪病人的运动辅助系统中，较为流行的电刺激治疗仪是利用人工弱电流脉冲信号刺激瘫痪病人的骨骼肌，从而使病人的骨骼肌产生收缩，使肢体产生期望的运动。但是，目前的表面电刺激系统只能对大块肌肉进行刺激，实现上肢屈伸、抓握及下肢行走、站立等基本的粗糙动作。人体中负责手指运动控制的肌肉比较纤细，排列紧密，所以对手指活动的精确人工电刺激控制还未能实现。但手指的运动对于病人来说特别重要，如果希望患者能继续进行精细活动(如写字、打字、做手势、弹奏乐器等)，就需要对指间关节及相关肌群进行精确控制。另外，由于病人体型的不同，电刺激的贴片位置难以确定，对于每一个患者都需进行单独设定。本发明将解决上述问题。随着科技进步，很多国家和公司已经开发出基于功能性电刺激的商业产品。如 NESSH200 Hand Rehabilitation System。但是，该系统尽管可以帮助病人进行握爪、手掌翻动等动作，但是对于手指的精确控制还没有实现，而且功能较为单一，无法使手指活动达到应有的灵活性。经对已有的文献检索发现，现有的功能性电刺激辅助系统选用的基本都是较大尺寸的电极贴片进行控制，从而使控制精度受到了限制，并且单一固定的电刺激模式也使相关功能无法拓展。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的上述不足，提供了一种精确控制手指活动的佩戴式辅助电刺激系统。。本发明通过提供更为精细的刺激模式，实现瘫痪病人对手指的精确控制，从而帮助病人在没有理疗师的训练下能够使各手指独立地运动。本发明是通过以下技术方案实现的—种精确控制手指活动的佩戴式辅助电刺激系统，其特征在于，包括电刺激脉冲输出装置和佩戴式结构，其中，电刺激脉冲输出装置与佩戴式结构相连接；-电刺激脉冲输出装置，接收控制方指令输入产生相应电刺激脉冲；-佩戴式结构，与前臂皮肤相连并输出电刺激脉冲控制骨骼肌收缩。所述电刺激脉冲输出装置包括指令接收器、控制器和电刺激器，其中，指令接收器与控制器相连接并输送动作指令，控制器和电刺激器相连接并传输电刺激模式信息，电刺激器和佩戴式结构相连接并传输电刺激脉冲。所述动作指令与电刺激模式信息具有对应关系；所述对应关系为控制器分析动作指令后，同时选取若干对佩戴式结构的电极贴片并调整各对电极贴片的输入电刺激脉冲特性，相对独立地控制前臂的屈指深肌、屈指浅肌、伸指肌群的收缩以及各指间关节的弯曲角度，从而控制各手指活动或具体手势。所述佩戴式结构包括若干对电极贴片和特制固定绑带，其中，电极贴片分别与特制固定绑带和电刺激脉冲输出装置的电刺激器相连接。所述佩戴式结构还包括电极子母扣，所述电极贴片通过电极子母扣与特制固定绑带固定连接。所述特制固定绑带为两条，分别放置于前臂的近端与远端，作为正负电极绑带。所述电极贴片为可重复使用的凝胶电极贴片。所述凝胶电极贴片规格为20mmX35mm。和现有的技术相比，本发明的有益效果是提高了电刺激脉冲的控制精度，不仅仅可以实现通过对大面积肌肉群的刺激进行粗略的期望动作控制，也可以对手指指间关节进行精细复杂的控制。大大帮助了瘫痪病人对其手指的灵活掌控和使用，能够进行对手指灵活度要求较高的相关活动，例如书写、弹奏乐器和手势等。同时可以保持病人不同深度的手指肌群活力，防止肌肉萎缩，减少痉挛，使病人的康复效果更为理想。另外，佩戴式结构和可拆卸的电极贴片的特殊设计也使本发明能够简单方便地调整，从而适合不同体型的病人穿戴。
图1为辅助系统构成示意框图；图2为电极贴片示意图；图3为佩戴式结构的示意图；图中，3为特制固定绑带，4为凝胶电极贴片，5为电极子母扣；图4为辅助系统结构示意图；图中，1为电刺激脉冲输出装置；2为佩戴式结构；图5为功能性电刺激精确控制示意图；图中，6为电极贴片，7为肌肉，8为正(负)极电极绑带，9为负(正)极电极绑带。
具体实施例方式下面对本发明的实施例作详细说明本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。本实施例提供的精确控制手指活动的佩戴式辅助电刺激系统用于精确控制手掌上各手指的弯曲、伸展以及简单手势。如图1和图4所示，本实施例提供的精确控制手指活动的佩戴式辅助电刺激系统包括电刺激脉冲输出装置1和佩戴式结构2，其中电刺激脉冲输出装置与佩戴式结构相连接，电刺激脉冲输出装置接收控制方指令输入产生相应电刺激脉冲，佩戴式结构和前臂CN 102526874 A皮肤相连并输出电刺激脉冲控制骨骼肌收缩。电刺激脉冲输出装置包括指令接收器、控制器和电刺激器，其中指令接收器与控制器连接输送动作指令，控制器和电刺激器相连接传输特定的电刺激模式信息，电刺激器和佩戴式结构的各对电极贴片相连传输电刺激脉冲。动作指令与电刺激模式信息具有对应关系；该对应关系为控制器分析动作指令后，同时选取若干对佩戴式结构的电极贴片并调整各对电极贴片的输入电刺激脉冲特性， 相对独立地控制前臂的屈指深肌、屈指浅肌、伸指肌群的收缩以及各指间关节的弯曲角度， 从而控制各手指活动或具体手势。电刺激器和控制器选用的是瑞士的Compex Motion II。如图3所示，佩戴式结构包括若干对电极贴片6和两条特制固定绑带3。其中 电极贴片6和电刺激脉冲输出装置1的电刺激器相连接，并传输电刺激脉冲，特制固定绑带 3和电极贴片6相连接，并对电极贴片6的位置进行固定和调整；两条特质固定绑带3分别放置于前臂近端与远端，作为正负极电极绑带，如图5所示，8为正(负)极电极绑带，9为负(正)极电极绑带。如图2所示，所述的电极贴片6为可重复使用的凝胶电极贴片4，其规格为 20mmX 35mm0佩戴式结构还包括电极子母扣5，电极贴片6通过电极子母扣5致密地固定于特制固定绑带3上，另外一面则紧贴于皮肤表层，将电刺激信号传递给前臂各肌肉群。如图5所示，本实施例的工作过程包括以下步骤1、将指令接收器、控制器、电刺激器及佩戴式结构相连接，根据手臂的周长选取适当的电极贴片对数，调整好两条电极绑带的长度后分别穿戴于手臂近端和远端，作为电刺激脉冲输入的正极和负极。2、输入动作指令“中指”，由指令接收器分析处理后，向控制器传输相应的电刺激模式信息，控制器通过分析刺激模式信息向电刺激器传输电刺激脉冲输出信号。3、电刺激器接收到电刺激脉冲信号之后向佩戴式结构的电极贴片传输电刺激脉冲，分别地，使中指弯曲的屈指深肌和屈指浅肌对应的电极贴片受到电刺激脉冲。4、佩戴式结构的电极贴片向前臂骨骼肌传输电刺激脉冲，控制中指弯曲的屈指深肌和屈指浅肌受到了电刺激，骨骼肌产生收缩，中指指间关节弯曲，产生期望动作即中指弯曲。另外，由于采用的电极贴片电刺激面积较小并通过特定的电刺激模式对肌肉群进行精确刺激，其他手指指节关节并未产生较大角度明显的弯曲。5、停止电刺激脉冲输入后，前臂肌肉群松弛，手掌恢复至自然状态。6、输入动作指令“手势数字1”，由指令接收器分析处理后，向控制器传输相应的电刺激模式信息，控制器通过分析刺激模式信息后向电刺激器传输电刺激脉冲输出信号。7、电刺激器接收到电刺激脉冲输出信号之后向佩戴式结构的电极贴片传输电刺激脉冲，分别地，使控制中指、无名指、小拇指的屈指肌群的电极贴片，控制大拇指弯曲的拇长指肌的电极贴片以及控制食指拉伸的伸指肌肉的电刺激贴片受到相应的电刺激脉冲。8、佩戴式结构的电极贴片向前臂骨骼肌传输电刺激脉冲，分别使控制中指、无名指、小拇指的屈指肌群受到了刺激，骨骼肌产生收缩，各指指间关节弯曲，同时大拇指向内弯曲与中指接触，食指向外拉伸拉直，产生期望动作即“手势数字丄”。
9、停止电刺激脉冲输入后，前臂肌肉群松弛，手掌恢复到自然状态。本实施例通过特定的肌肉精确刺激模式和小尺寸电极贴片的脉冲输出，对前臂各手指指间关节进行精确控制，既可以单独控制单个手指的活动(屈指)，也可以同时控制多对电极贴片，进行组合动作，实现不同的手势动作(如表示数字“1”)。使用方便，调节简易， 安全有效，对人体造成的副作用小。
权利要求
1.一种精确控制手指活动的佩戴式辅助电刺激系统，其特征在于，包括电刺激脉冲输出装置和佩戴式结构，其中，电刺激脉冲输出装置与佩戴式结构相连接；-电刺激脉冲输出装置，接收控制方指令输入产生相应电刺激脉冲；-佩戴式结构，与前臂皮肤相连并输出电刺激脉冲控制骨骼肌收缩。
2.根据权利要求1所述的精确控制手指活动的佩戴式辅助电刺激系统，其特征在于， 所述电刺激脉冲输出装置包括指令接收器、控制器和电刺激器，其中，指令接收器与控制器相连接并输送动作指令，控制器和电刺激器相连接并传输电刺激模式信息，电刺激器和佩戴式结构相连接并传输电刺激脉冲。
3.根据权利要求2所述的精确控制手指活动的佩戴式辅助电刺激系统，其特征在于， 所述动作指令与电刺激模式信息具有对应关系；所述对应关系为控制器分析动作指令后，同时选取若干对佩戴式结构的电极贴片并调整各对电极贴片的输入电刺激脉冲特性，相对独立地控制前臂的屈指深肌、屈指浅肌、伸指肌群的收缩以及各指间关节的弯曲角度，从而控制各手指活动或具体手势。
4.根据权利要求1或2所述的精确控制手指活动的佩戴式辅助电刺激系统，其特征在于，所述佩戴式结构包括若干对电极贴片和特制固定绑带，其中，电极贴片分别与特制固定绑带和电刺激脉冲输出装置的电刺激器相连接。
5.根据权利要求3所述的精确控制手指活动的佩戴式辅助电刺激系统，其特征在于， 所述佩戴式结构还包括电极子母扣，所述电极贴片通过电极子母扣与特制固定绑带固定连接。
6.根据权利要求3所述的精确控制手指活动的佩戴式辅助电刺激系统，其特征在于， 所述特制固定绑带为两条，分别放置于前臂的近端与远端，作为正负电极绑带。
7.根据权利要求3所述的精确控制手指活动的佩戴式辅助电刺激系统，其特征在于， 所述电极贴片为可重复使用的凝胶电极贴片。
8.根据权利要求6所述的精确控制手指活动的佩戴式辅助电刺激系统，其特征在于， 所述凝胶电极贴片规格为20mmX35mm。
全文摘要
本发明公开了一种精确控制手指活动的佩戴式辅助电刺激系统，包括电刺激脉冲输出装置和佩戴式结构，其中，电刺激脉冲输出装置与佩戴式结构相连接；电刺激脉冲输出装置，接收控制方指令输入产生相应电刺激脉冲；佩戴式结构，与前臂皮肤相连并输出电刺激脉冲控制骨骼肌收缩。本发明改进了已有的电刺激模式，增加了刺激精度，能够精确控制各手指指间关节活动，不具可以通过刺激大面积肌肉群进行握爪等基本动作，还可以对前臂肌肉群进行精细刺激，控制各手指活动或者做出不同手势；病人在穿戴本辅助系统的情况下，无需药物治疗和前期训练，依靠特定的电刺激模式可以完成较为复杂的手指活动；本发明方便易用，安全有效，成本较低。
文档编号A61N1/36GK102526874SQ20121000238
公开日2012年7月4日 申请日期2012年1月6日 优先权日2012年1月6日
发明者张定国, 朱捷, 李成璋 申请人:上海交通大学