一种结合感知功能与机械辅助的康复系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及辅助医疗康复训练设备领域，尤其涉及一种结合感知功能与机械辅助 的康复系统。
【背景技术】
[0002] 瘫痪肢体功能的恢复有赖于长期的物理康复治疗。例如，对于中风患者而言，要想 恢复偏瘫侧肢的功能，就要重复性地让患侧肢体练习所想获得的功能或动作，即所谓的功 能再学习。在此过程中，患者往往需要在外力的协助下学会使用指定肌肉群来完成要求的 训练任务。同时要尽量纠正身体其他部位不必要的代偿性动作，从而使受训肢体的运动更 接近正常人。机器人辅助康复训练主要是通过机电结合的机器人对相应的关节或肢体提供 外源性的机械支持，帮助患者的瘫痪肢体体验指定动作以及相应的运动轨迹。在训练时，机 器人虽然可以从运动轨迹上纠正患者动作的偏差，但是无法提示患者在过程中应使用哪些 肌肉来完成标准动作。这样的训练结果往往是当有机器人辅助时，患者可以完成动作，而没 有帮助时患者就无法实现，或使用其他代偿肌肉群。在物理康复治疗中引入感知刺激，例如 振动、电刺激、温度等可以增强患者对患侧肌肉位置的本体感受，并有利于受损神经系统的 重建以提高康复训练效果。感知刺激一般不直接引起肌肉收缩，只是让患侧肢体产生感觉， 从而使患者在运动中可意识到所应使用的肌肉部位。
[0003] 目前，感知刺激设备与康复机器人还是分别独立的系统，还没有结合两种功能的 技术对患者肢体进行协同康复训练的装置。
【发明内容】
[0004] 本发明要解决的技术问题在于，针对上述感知刺激设备与康复机器人分别为独立 系统的问题，提供一种结合感知功能与机械辅助的康复系统。
[0005] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种结合感知功能与机械辅助 的康复系统，所述系统包括感知功能部件、机械辅助部件、用于测量主观运动意向强度的测 量部件、以及控制单元；所述控制单元与所述感知功能部件、所述机械辅助部件、所述测量 部件连接；
[0006] 所述感知功能部件，设有用于对肌群产生感知刺激的刺激部件、以及连接于所述 刺激部件与所述控制单元之间的刺激发生器；
[0007] 所述机械辅助部件，设有用于为患者提供辅助机械式支持的传动部件、以及带动 所述传动部件工作的电动机；
[0008] 所述控制单元，接收所述测量部件所测量到的主观运动意向强度，按照所述刺激 发生器所产生的感知刺激强度范围与所述主观运动意向强度的第一关系模式，实时控制所 述感知功能部件以使所述刺激部件刺激患者的相应肌群，以及按照所述电动机预设的关节 最大输出扭矩与所述主观运动意向强度的第二关系模式，实时控制所述机械辅助部件以使 所述传动部件为患者的相应关节提供辅助机械式支持。
[0009] 在本发明所述的康复系统中，所述刺激发生器所产生的感知刺激强度范围与所述 主观运动意向强度的第一关系模式定义为：
[0010]
[0011] 其中，Si(t)为所述刺激发生器在肌肉i上所产生的实时感知刺激强度，以通过所 述刺激部件刺激所述肌肉i;当控制单元未接收到所述刺激部件检测的主观运动意向强度 时，刺激发生器的输出强度为0 ;SiMax为所述刺激发生器在所述肌肉i上所产生的最大感知 刺激强度，SiminS所述刺激发生器在所述肌肉i上所产生的最小感知刺激强度；M i (t)定义 为：
[0013] 其中，yi(t)为所述测量部件在所述肌肉i上实时测量到的主观运动意向强度， yiMax为所述测量部件在所述肌肉i上所测量到的主观运动意向强度的最大值。
[0014] 在本发明所述的康复系统中，所述电动机的预设的关节最大输出扭矩与所述主观 运动意向强度的第二关系模式定义为：
[0015] Tj (t) = Tjsto^Mi (t)
[0016] 其中，Vt)为实时控制所述机械辅助部件中的所述传动部件对关节j提供所述辅 助机械式支持时的输出扭矩，T flax为预设的所述关节j的最大输出扭矩。
[0017] 在本发明所述的康复系统中，所述传动部件对关节j提供所述辅助机械式支持时 的输出扭矩是与患者想要运动方向一致的辅助力矩，或者是与患者想要运动方向相反的阻 力力矩。
[0018] 在本发明所述的康复系统中，所述机械辅助部件还包括连接于所述传动部件及所 述控制单元之间的位移传感器和角度传感器，分别用于测量关节所产生的扭矩和根据所述 扭矩而产生的角度信号。
[0019] 在本发明所述的康复系统中，所述控制单元还包括存储单元，用于存储所述测量 部件所测量到的主观运动意向强度，以及存储所述位移传感器和所述角度传感器分别所测 量到的所述扭矩和所述角度信号。
[0020] 在本发明所述的康复系统中，所述测量部件为用于测量所述主观运动意向强度的 测量电极。
[0021] 在本发明所述的康复系统中，所述主观运动意向强度为在肌肉上所测量到的肌电 信号强度、肌音信号强度、脑电信号强度、脑磁信号强度中的任意一种。
[0022] 在本发明所述的康复系统中，所述刺激部件所产生的所述感知刺激为有感的振 动、电刺激、温度刺激中的至少一种。
[0023] 实施本发明的一种结合感知功能与机械辅助的康复系统，具有以下有益效果：在 康复训练中对患侧肢体不仅提供外源性机械辅助以外，还对患侧肌肉提供感知刺激，在训 练中机械辅助与感知刺激都受控于患者的主观运动意向。
【附图说明】
[0024] 下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
[0025] 图1为本发明的结合感知功能与机械辅助的康复系统框图；
[0026] 图2为本发明的结合感知功能与机械辅助的康复系统的实施例结构示意图；
[0027] 图3为本发明的测量部件与刺激部件在肌肉上摆放位置示意图；
[0028] 图4为图2中机械辅助部件的纵向剖面图；
[0029] 图5为本发明的结合感知功能与机械辅助的康复系统的另一实施例结构示意图。
【具体实施方式】
[0030] 为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明 本发明的【具体实施方式】。
[0031] 如图1所示，为本发明的结合感知功能与机械辅助的康复系统框图，该系统除了 可以对患侧肢体提供外源性机械支持的同时，还可对瘫痪肌肉进行感知性刺激以提高其定 位功能。该系统包括感知功能部件1、机械辅助部件2、用于测量主观运动意向强度的测量 部件3、以及控制单元4 ;控制单元4与感知功能部件1、机械辅助部件2、测量部件3连接； 其中，感知功能部件1，设有用于对肌群产生感知刺激的刺激部件11、以及连接于刺激部件 11与控制单元4之间的刺激发生器12;其中，机械辅助部件2,设有用于为患者提供辅助机 械式支持的传动部件21、以及带动传动部件21工作的电动机22 ;控制单元4,接收测量部 件3所测量到的主观运动意向强度，按照刺激发生器12所产生的感知刺激强度范围与主观 运动意向强度的第一关系模式，实时控制感知功能部件1以使刺激部件11刺激患者的相应 肌群，以及按照电动机22预设的关节最大输出扭矩与主观运动意向强度的第二关系模式， 实时控制机械辅助部件2以使传动部件21为患者的相应关节提供辅助机械式支持。
[0032] 刺激发生器12所产生的感知刺激强度范围与主观运动意向强度的第一关系模式 定义为：
[0033]
[0034] 其中，Si (t)为刺激发生器12在肌肉i上所产生的实时感知刺激强度，以通过刺激 部件11刺激肌肉i，例如扭扣式微型振动器产生的振动强度，或电刺激器产生的有感刺激。 当控制单元4未接收到刺激部件11检测的主观运动意向强度时，即控制单元4不能检测到 患者的主观运动意向时，刺激发生器12的输出强度为0 ;SiMax为刺激发生器12在肌肉i上 所产生的最大感知刺激强度，并且这种强度不引起肌肉主动收缩，S iMin为刺激发生器12在 肌肉i上所产生的最小感知刺激强度；Mi (t)为归一化并取绝对值后实时的主观运动意向 强度，患者的主观运动意向可由相关的生理信号，即主观运动意向强度为在肌肉上所测量 到的肌电信号强度、肌音信号强度、脑电信号强度、脑磁信号强度中的任意一种，如收缩肌 肉上测得的肌电、肌音信号、相应脑区信号如脑电、脑磁信号强度来表征，其定义为：
[0036] 其中，yi(t)为测量部件3在肌肉i上实时测量到的主观运动意向强度，y iMax为测 量部件3在肌肉i上所测量到的主观运动意向强度的最大值。
[0037] 电动机22的预设的关节最大输出扭矩与主观运动意向强度的第二关系模式定义 为：
[0038] Tj (t) = Tjltlax^Mi (t) Eq. 3
[0039] 其中，L⑴为实时控制机械辅助部件2中的传动部件21对关节j提供辅助机械式 支持时的输出扭矩，可表征为关节的角速度、关节的输出扭矩，此处的关节可指肩，肘，腕， 指，膝，踝等。T flax为预设的关节j的最大输出扭矩，不同的关节有不同的最大输值，其中， 为了使患者更安全地使用该系统，M i (t)的定义和公式Eq. 1中的Mi (t)相同。肌肉i与关 节j的关系为：i的收缩引起j的关节角度变化，如i为屈肌时，关节j发出屈的动作，或者 i为展肌时，关节j发出伸的动作。传动部件21还可对关节j提供辅助机械式支持时的输 出扭矩是与患者想要运动方向一致的辅助力矩，或者是与患者想要运动方向相反的阻力力 矩。
[0040] 机械辅助部件2还