一種手功能康復評估與訓練系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于醫(yī)療器械領(lǐng)域，尤其是一種手功能康復評估與訓練系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]手功能訓練是指功能性活動練習達到提高手的握力及捏力的訓練過程。適用于各種原因?qū)е碌氖植考×ο陆嫡撸缡滞鈧?、燒傷、脊髓損傷、腦卒中、腦外傷、上肢骨折等。目前手功能訓練大部分被動訓練或部分關(guān)節(jié)訓練，即是針對患者病患情況，設定數(shù)值，驅(qū)動帶動運動；分別針對四指、拇指、手腕局部的訓練；這兩個訓練方式能讓患者訓練手部得到訓練，但是并沒有針對患者不同階段不同病況實行對應的治療，完全不能對癥下藥；沒有按照人體的關(guān)節(jié)關(guān)聯(lián)的進行訓練，會造成關(guān)聯(lián)關(guān)節(jié)不能同步恢復，甚至可能會因為沒關(guān)聯(lián)訓練，導致反效果。而本發(fā)明一種手功能康復評估與訓練系統(tǒng)，解決以上兩個問題，它既收集手指、拇指生物肌電信號，對患者肌力信息收集，并進行評估，然后根據(jù)評估進行合適的手功能訓練。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明是一種手功能康復評估與訓練系統(tǒng)，采用如下技術(shù)方案:
一種手功能康復評估與訓練系統(tǒng)，包括生物肌電信號收集、生物肌電信號放大、非生物肌電信號過濾、AD采樣、生物肌電信號分析與處理、驅(qū)動輸出。
[0004]本發(fā)明的生物肌電信號收集為生物表面肌電信號，電極片放置在肌肉皮膚表面，對四指、拇指、手腕的伸肌、屈肌進行數(shù)據(jù)收集，其中有零電位，零電位為參考極。
[0005]生物肌電信號放大為通過放大電路把微弱的生物肌電信號放大，其中放大電路為差分放大電路；差分電路為電路參數(shù)的對稱性和負反饋作用，有效地穩(wěn)定靜態(tài)工作點，以放大差模信號抑制共模信號為顯著特征；放大倍數(shù)為原生物肌電信號大小的5000-10000倍。
[0006]非生物肌電信號過濾為濾波電路，通過低通濾波器、高通濾波器、陷波濾波器，過濾無效的噪聲干擾信號，篩選有用的生物肌電信號；低通濾波器為可獲取1000HZ以下的生物肌電信號；高通濾波器為可獲取1HZ以上的生物肌電信號；陷波濾波器過濾50HZ的信號；AD采樣是匯集低通濾波器、高通濾波器、陷波濾波器三個可收集生物肌電信號，通過低通濾波器、高通濾波器可以選定為10HZ-1000HZ之間的生物肌電信號，通過陷波濾波器可以篩選出50HZ的電信號，低通濾波器、高通濾波器、陷波濾波器三個同時運行選取生物肌電信號分析與處理、10HZ-1000HZ之間的生物肌電信號并剔除50HZ電信號。
[0007]生物肌電信號分析與處理是收集的AD采樣的生物肌電信號發(fā)送至控制中心，進行數(shù)據(jù)分析并處理，處理為數(shù)字信號，根據(jù)AD采樣分析可判斷患者目前生物肌電信號及傾向生物肌電信號，即目前肌力情況及肌力可進行的運動，通過此既能實時地了解患者患況，同時實效地針對性的訓練。
[0008]生物肌點信號為EMG = (An - Ar)/(Am - Ar)其中，An是患部關(guān)節(jié)相對應的肌肉在當前運動中產(chǎn)生的肌電信號經(jīng)整流濾波后的幅度，而Ar是患部關(guān)節(jié)相對應的肌肉在休息時的肌電信號經(jīng)整流濾波后的幅度，Am是患部相對應的肌肉在最大自主收縮期間產(chǎn)生的肌電信號經(jīng)整流濾波后的最大幅度。
[0009]驅(qū)動輸出是根據(jù)接收數(shù)據(jù)生物肌電信號，進行驅(qū)動輸出，即患者手功能康復訓練；一種手功能康復評估與訓練系統(tǒng)配有游戲，根據(jù)不同的訓練部位及不同肌力訓練，配有不同的游戲；同時屬于是便攜式康復設備。
[0010]本發(fā)明有益效果是:
一種手功能康復評估與訓練系統(tǒng)，包括生物肌電信號收集、生物肌電信號放大、非生物肌電信號過濾、AD采樣、生物肌電信號分析與處理、驅(qū)動輸出。
[0011]其創(chuàng)新點有:
1.根據(jù)患者情況進行實時的收集生物肌電信號、評估，并進行實效的手功能訓練；
2.動態(tài)智能控制，實現(xiàn)互動式反饋運行；
3.便攜式裝置，安裝、攜帶便利。
【附圖說明】
[0012]圖1手功能康復評估與訓練系統(tǒng)流程圖圖2前置放大電路
圖3 二級放大電路圖4低通濾波電路圖圖5高通濾波電路圖圖6陷波濾波電路圖
圖7手功能康復評估與訓練系統(tǒng)裝置流程圖圖8手功能康復評估與訓練系統(tǒng)驅(qū)動裝置
其中:1.測試者；20.四指肌電電極；21.拇指肌電電極；30.四指肌電放大濾波電路；
31.拇指肌電放大濾波電路；4.數(shù)據(jù)采集卡；5.控制中心；6.驅(qū)動裝置；901.手腕驅(qū)動機構(gòu)；902.四指驅(qū)動機構(gòu)；903.拇指驅(qū)動機構(gòu)。
【具體實施方式】
[0013]下面，結(jié)合附圖以及【具體實施方式】，對本發(fā)明做進一步描述:
請參閱圖1、圖7、圖8本發(fā)明一種手功能康復評估與訓練系統(tǒng)，通過電極片測試四指、拇指兩個關(guān)節(jié)的肌力信號，由于生物肌電信號微弱及生物電信號存在干擾信號，所以要進行肌電信號放大及肌電信號過濾，并采集信號，輸出給控制中心進行數(shù)據(jù)分析與處理，控制中心發(fā)出驅(qū)動裝置運動的指令。
[0014]對測試者I進行四指、拇指肌電信號收集，分為2部分，其中一個是四指肌電電極20，另外一個為拇指肌電電極21，所測試的數(shù)據(jù)為表面肌電信號采集，把四指肌電極片20放置在四指肌肉群上，把拇指肌電電極21放置在拇指肌肉群上；對肌肉伸肌、屈肌兩個數(shù)值進行米集。
[0015]對收集到的生物肌電信號進行放大并進行濾波處理，所述放大電路為差分電路，初級放大5-1200倍，最優(yōu)選為100倍，次級放大5-300倍，最有選為10倍；濾波電路為低通濾波器、高通濾波器、陷波濾波器，其中低通為收集1000HZ以下的電信號，高通濾波器為收集1HZ以上的電信號，陷波濾波器為剔除50HZ的電信號，濾波電路通過低通濾波器、高通濾波器、陷波濾波器采集10-1000HZ電信號，其中最優(yōu)選為10-500HZ電信號。
[0016]在采樣前，最優(yōu)選表面肌電信號(EMG信號)放大10000倍，在10-500HZ范圍內(nèi)進行帶通濾波，對50Hz工頻進行陷波過濾處理，以2000Hz的頻率對EMG信號進行采樣，用移動積分算法對EMG信號進行運算處理。
[0017]采用以下公式得到標準化的肌電信號EMG, EMG = (An - Ar) / (Am - Ar)其中，An是患部關(guān)節(jié)相對應的肌肉在當前運動中產(chǎn)生的肌電信號經(jīng)整流濾波后的幅度，而Ar是患部關(guān)節(jié)相對應的肌肉在休息時的肌電信號經(jīng)整流濾波后的幅度，Am是患部相對應的肌肉在最大自主收縮期間產(chǎn)生的肌電信號經(jīng)整流濾波后的最大幅度。
[0018]完成數(shù)據(jù)采集4，輸出控制核心5，由電腦終端進行分析與處理，發(fā)出四指、拇指進行主動運動的頻率及肌力大小設定，驅(qū)動裝置6根據(jù)控制核心5指令進行驅(qū)動裝置輸出，四指驅(qū)動機構(gòu)902、拇指驅(qū)動機構(gòu)903根據(jù)指令輸出測試者I進行主動訓練，手腕驅(qū)動機構(gòu)901分別與四指驅(qū)動機構(gòu)902、拇指驅(qū)動機構(gòu)903聯(lián)動，四指驅(qū)動機構(gòu)及拇指驅(qū)動機構(gòu)運動是根據(jù)檢測到生物電信號進行的主動訓練時，手腕驅(qū)動機構(gòu)901同時調(diào)整為合適的角度及力度進行主動運動。
[0019]對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，可根據(jù)以上描述的技術(shù)方案以及構(gòu)思，做出其它各種相應的改變以及形變，而所有的這些改變以及形變都應該屬于本發(fā)明權(quán)利要求的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種手功能康復評估與訓練系統(tǒng)，包括有生物肌電信號收集、生物肌電信號放大、非生物肌電信號過濾、AD采樣、生物肌電信號分析與處理、驅(qū)動輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種手功能康復評估與訓練系統(tǒng)，其特征在于，所述的生物肌電信號收集所用載體為電極片。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種手功能康復評估與訓練系統(tǒng)，其特征在于，所述的生物肌電信號收集包含有零電位為參考電位。
4.根據(jù)權(quán)利要求2-3所述的一種手功能康復評估與訓練系統(tǒng)，其特征在于，所述的生物肌電信號收集為四指、拇指的伸肌、屈肌進行數(shù)據(jù)收集。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種手功能康復評估與訓練系統(tǒng)，其特征在于，所述的生物肌電信號放大為差分放大電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種手功能康復評估與訓練系統(tǒng)，其特征在于，所述的生物肌電信號放大為5000-10000倍。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種手功能康復評估與訓練系統(tǒng)，其特征在于，所述的非生物肌電信號過濾為通過低通濾波器、高通濾波器、陷波濾波器，過濾無效的噪聲干擾信號，篩選有用的生物肌電信號；低通濾波器為可獲取1000HZ以下的生物肌電信號；高通濾波器為可獲取1HZ以上的生物肌電信號；陷波濾波器過濾50HZ的工頻信號。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種手功能康復評估與訓練系統(tǒng)，其特征在于，所述的AD采樣為10HZ-1000HZ之間的生物肌電信號。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種手功能康復評估與訓練系統(tǒng)，其特征在于，所述的10HZ-1000HZ之間的生物肌電信號為剔除50HZ電信號。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種手功能康復評估與訓練系統(tǒng)，其特征在于，所述的生物肌電信號為EMG = (An - Ar)/(Am - Ar)其中,An是患部關(guān)節(jié)相對應的肌肉在當前運動中產(chǎn)生的肌電信號經(jīng)整流濾波后的幅度，而Ar是患部關(guān)節(jié)相對應的肌肉在休息時的肌電信號經(jīng)整流濾波后的幅度，Am是患部相對應的肌肉在最大自主收縮期間產(chǎn)生的肌電信號經(jīng)整流濾波后的最大幅度。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種手功能康復評估與訓練系統(tǒng)，其特征在于，所述的驅(qū)動裝置為四指驅(qū)動機構(gòu)902、拇指驅(qū)動機構(gòu)903根據(jù)指令輸出測試者I進行主動訓練。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的一種手功能康復評估與訓練系統(tǒng)，其特征在于，所述的驅(qū)動裝置為手腕驅(qū)動機構(gòu)901分別與四指驅(qū)動機構(gòu)902、拇指驅(qū)動機構(gòu)903聯(lián)動，四指驅(qū)動機構(gòu)及拇指驅(qū)動機構(gòu)運動時，手腕驅(qū)動機構(gòu)901同時調(diào)整為合適的角度及力度進行主動運動。
【專利摘要】本發(fā)明一種手功能康復評估與訓練系統(tǒng)，收集患者的四指、拇指生物肌電信號，對患者肌力信息收集，進行評估，根據(jù)評估進行合適的手功能訓練。
【IPC分類】A61B5-0488, A61H1-02
【公開號】CN104545908
【申請?zhí)枴緾N201510024778
【發(fā)明人】都吉良, 陳文遠, 陳揚川
【申請人】廣州一康醫(yī)療設備實業(yè)有限公司
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2015年1月19日