基于肌张力传感器的痉挛检测的控制系统及其检测方法与流程

本发明涉及机器人控制技术领域，具体的说是基于肌张力传感器的痉挛检测的控制系统及其检测方法。

背景技术

随着康复机器人及机器人传感器技术的不断发展，运用康复机器人帮助患者运动功能的恢复在康复临床上的作用愈发重要，例如康复训练中患者极易发生痉挛，且处理不当则会导致患者的二次伤害，而且痉挛的发生具有随机性，对于运用康复机器人的患者会带来沉重的心理负担，为实现康复训练过程中实时的痉挛检测，痉挛检测装置显得重要；从肌张力感知的角度揭示痉挛的检测原理及对其特征进行标定，在检测时根据肌张力传感器标定的痉挛特征，对痉挛做出判断，起到痉挛预警与防范作用。

目前，针对肌张力传感器的痉挛检测的控制系统及方法，大多数传感器没有对痉挛的特征进行分类或只考虑一种单一的痉挛检测，使痉挛检测的精度和准确性降低。

如中国专利号201610205847.2中公开了一种肢体痉挛平常方法及实现该方法的装置，该装置通过测量肘关节的角度、速度、加速度的变化情况，来评估上肢痉挛程度，虽设计简单、成本低，但其并没有对痉挛的发生起到防范，并且其影响的因素较多，如患者活动的能力范围，环境的变化等。

通过对下肢肌肉痉挛的病理性分析，得出痉挛发生时的三种特征表现：强直、阵挛、痛性痉挛，肌肉强直时肌张力的大小为一常数，肌肉阵挛是肌张力的频率有着明显的波动，而痛性痉挛则为强直和阵挛的结合体。本文通过对上述三种痉挛的特征进行标定，分成三种通道显示检测时痉挛特征及种类。通过完整的控制系统及方法能对痉挛进行实时的检测与防范，使康复训练更为安全。

技术实现要素：

为了避免和解决上述技术问题，本发明提出了基于肌张力传感器的痉挛检测的控制系统及其检测方法。

本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：

基于肌张力传感器的痉挛检测的控制系统，包括与人体肌肉接触并采集肌张力的肌张力感知模块、接收和处理肌张力感知模块的信息并对肌张力检测和分析的主机模块、连接主机模块且供电的电源模块、用于接收肌张力感知模块和主机模块的数据并对痉挛特征分类和判别的上位机模块。

所述肌张力感知模块和主机模块通过导线相连，所述主机模块通过无线通讯的方式与上位机模块相连。所述上位机连接有显示痉挛特征的显示模块。

进一步的，所述主机模块为一块高性能嵌入式控制器。

进一步的，所述肌张力感知模块包括压力测量单元和数据嵌入式控制器。

进一步的，所述压力测量单元为压力传感器，所述压力传感器包括压敏电阻和信号采集单元。所述压敏电阻感应肌张力的变化然后通过所述信号采集单元实现数据收集。

进一步的，痉挛特征包括肌肉强直、肌肉阵挛、痛性痉挛三种，每一种痉挛特征分别对应的周期图像为幅值图像、频率图像、幅值-频率图像。

进一步的，所述主机模块中配有对应三种痉挛特征的检测电路图，所述上位机中设有与痉挛特征对应的三种通道，检测时根据上位机中的通道判断并显示痉挛特征。

本发明中所述的肌张力感知模块和主机模块安装在肌张力传感器中。

基于肌张力传感器的痉挛检测的控制系统的检测方法，该方法包括：

步骤一：采集正常状态的肌张力图像处理整合后分类。

步骤二：采集肌肉痉挛状态的肌张力图像经统计后分类。

步骤三：将采集的数据合并整理，得出评定肌肉痉挛的量化评定标准并记录在上位机模块中。

步骤四：采集患者的肌张力图像发送至上位机模块并对痉挛特征作判断。

步骤五：根据步骤三的量化标准对所测数据判断对比并得出结果后显示。

进一步的，所述步骤一和步骤二中肌张力图像的处理整合、统计均在主机模块和上位机模块中进行。

进一步的，所述步骤三中采集的数据来自步骤一和步骤二。

进一步的，所述步骤五中所测数据的判断对比在上位机模块中进行。

其中肌张力传感器的痉挛检测的过程为：

主机开始工作，初始化adc，adc采样fsr的值，从数据缓存区读取肌张力f，处理后将传输并发送数据给上位机中或返回至adc采样fsr的值的过程中。

布置在压力传感器内的薄膜式压敏电阻，因其压敏特性成非线性关系，故难以实现压力值的精确测量，且受佩戴时松紧压力的影响，压敏电阻上可能存在不同的初始压力值。故而本方法在adc采样各薄膜式压敏电阻的信号值后，通过设定阈值的方式，屏蔽掉初始压力干扰，并最终将各信号值转为“0/1”形式的开关信号，实现了对初始adc和fsr的判断及fsr的采集。

上位机开始后，接收主机发送的数据，由肌张力的幅值、频率判别痉挛的特征，确定为肌肉强直、肌肉阵挛、痛性痉挛中的哪一种，并将判别结果存储在上位机的数据存储区，记为痉挛特征s，在上位机的显示模块中进行特征信息显示，最后上位机结束工作。

本发明的有益效果是：

本发明在利用肌张力传感器的同时，对痉挛的病理性进行研究得出痉挛的三种特征信息，并用控制系统完整的检测到痉挛的三种特征并加以区分，肌张力感知模块与主机处理将采集到的信息进行处理、计算后传输至上位机，上位机综合痉挛特征信息的标准作出实时判别，上位机中的三种通道则分别显示痉挛时强直、阵挛、痛性痉挛的特征情况，提高了痉挛检测的准确性与实时性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为本发明的系统组成框图；

图2为本发明的检测流程图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面对本发明进一步阐述。

如图1至图2所示，基于肌张力传感器的痉挛检测的控制系统，包括与人体肌肉接触并采集肌张力的肌张力感知模块、接收和处理肌张力感知模块的信息并对肌张力检测和分析的主机模块、连接主机模块且供电的电源模块、用于接收肌张力感知模块和主机模块的数据并对痉挛特征分类和判别的上位机模块。

所述肌张力感知模块和主机模块通过导线相连，所述主机模块通过无线通讯的方式与上位机模块相连。所述上位机连接有显示痉挛特征的显示模块。

所述主机模块为一块高性能嵌入式控制器。

所述肌张力感知模块包括压力测量单元和数据处理嵌入式控制器。所述压力测量单元通过导线与数据处理嵌入式控制器相连，所述数据处理嵌入式控制器将压力测量单元检测到的肌张力信息实时发送给主机模块，然后主机模块通过无线通讯的方式将数据传递到上位机模块中。

所述压力测量单元为压力传感器，所述压力传感器包括压敏电阻和信号采集单元。所述压敏电阻感应肌张力的变化然后通过所述信号采集单元实现数据收集。

痉挛特征包括肌肉强直、肌肉阵挛、痛性痉挛三种，每一种特征信息分别对应的周期图像为幅值图像、频率图像、幅值-频率图像。

所述主机模块中配有对应三种痉挛特征的检测电路图，所述上位机中设有与特征信息对应的三种通道，检测时根据上位机中的通道判断并显示痉挛的特征。

本发明中所述的肌张力感知模块和主机模块安装在肌张力传感器中。

基于肌张力传感器的痉挛检测的控制系统的检测方法，该方法包括：

步骤一：用肌张力感知模块采集肌肉正常状态下肌张力的图像，通过主机与上位机的处理整合，对肌张力的幅值、频率分布情况进行分类，并作为判断肌肉痉挛的特征信息。

步骤二：用肌张力感知模块采集肌肉痉挛状态下的肌张力图像，根据主机与上位机的功能对肌张力进行幅值、频率的统计分类，并作为判断肌肉痉挛的特征信息。

步骤三：根据步骤一、步骤二所采集到的肌张力数据进行合并整理，得出评定肌肉痉挛的量化评定标准，并记录在上位机中。

步骤四：对患者使用时，将肌张力传感模块采集到的肌张力数据进行幅值、频率的的分布，并发送给上位机，进行痉挛特征的判断。

步骤五：上位机会根据得到的痉挛特征信息量化标准对所测数据进行判断对比，得出结果后实时显示。

其中肌张力传感器的痉挛检测的过程为：

主机开始工作，初始化adc，adc采样fsr的值，从数据缓存区读取肌张力f，处理后将传输并发送数据给上位机中或返回至adc采样fsr的值的过程中。

布置在压力传感器内的薄膜式压敏电阻，因其压敏特性成非线性关系，故难以实现压力值的精确测量，且受佩戴时松紧压力的影响，压敏电阻上可能存在不同的初始压力值。故而本方法在adc采样各薄膜式压敏电阻的信号值后，通过设定阈值的方式，屏蔽掉初始压力干扰，并最终将各信号值转为“0/1”形式的开关信号，实现了对初始adc和fsr的判断及fsr的采集。

上位机开始后，接收主机发送的数据，由肌张力的幅值、频率判别痉挛的特征，确定为肌肉强直、肌肉阵挛、痛性痉挛中的哪一种，并将判别结果存储在上位机的数据存储区，记为痉挛特征s，在上位机的显示模块中进行特征信息显示，最后上位机结束工作。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。