專利名稱：精確控制手指活動的佩戴式輔助電刺激系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及的是一種輔助醫療技術領域的系統，具體是一種精確控制手指活動的佩戴式輔助電刺激系統。
背景技術：
世界衛生組織統計全球有1324. 37萬人患有脊髓疾病，而美國每年就有11000例新增脊髓損傷案例，另據不完全統計，中國大陸各類脊髓損傷患者已達110萬人。這個數字還有日趨上升趨勢。脊髓損傷后，雖然癱瘓病人的肌肉仍具有收縮功能，但由于大腦和肌肉間的神經通路被切斷而喪失自主運動能力。除了脊髓疾病，腦卒中(中風)等神經系統疾病也產生了大量的癱瘓病人。目前市面上針對癱瘓病人的運動輔助系統中，較為流行的電刺激治療儀是利用人工弱電流脈沖信號刺激癱瘓病人的骨骼肌，從而使病人的骨骼肌產生收縮，使肢體產生期望的運動。但是，目前的表面電刺激系統只能對大塊肌肉進行刺激，實現上肢屈伸、抓握及下肢行走、站立等基本的粗糙動作。人體中負責手指運動控制的肌肉比較纖細，排列緊密，所以對手指活動的精確人工電刺激控制還未能實現。但手指的運動對于病人來說特別重要，如果希望患者能繼續進行精細活動(如寫字、打字、做手勢、彈奏樂器等)，就需要對指間關節及相關肌群進行精確控制。另外，由于病人體型的不同，電刺激的貼片位置難以確定，對于每一個患者都需進行單獨設定。本發明將解決上述問題。隨著科技進步，很多國家和公司已經開發出基于功能性電刺激的商業產品。如 NESSH200 Hand Rehabilitation System。但是，該系統盡管可以幫助病人進行握爪、手掌翻動等動作，但是對于手指的精確控制還沒有實現，而且功能較為單一，無法使手指活動達到應有的靈活性。經對已有的文獻檢索發現，現有的功能性電刺激輔助系統選用的基本都是較大尺寸的電極貼片進行控制，從而使控制精度受到了限制，并且單一固定的電刺激模式也使相關功能無法拓展。

發明內容
本發明針對現有技術中存在的上述不足，提供了一種精確控制手指活動的佩戴式輔助電刺激系統。。本發明通過提供更為精細的刺激模式，實現癱瘓病人對手指的精確控制，從而幫助病人在沒有理療師的訓練下能夠使各手指獨立地運動。本發明是通過以下技術方案實現的—種精確控制手指活動的佩戴式輔助電刺激系統，其特征在于，包括電刺激脈沖輸出裝置和佩戴式結構，其中，電刺激脈沖輸出裝置與佩戴式結構相連接；-電刺激脈沖輸出裝置，接收控制方指令輸入產生相應電刺激脈沖；-佩戴式結構，與前臂皮膚相連并輸出電刺激脈沖控制骨骼肌收縮。所述電刺激脈沖輸出裝置包括指令接收器、控制器和電刺激器，其中，指令接收器與控制器相連接并輸送動作指令，控制器和電刺激器相連接并傳輸電刺激模式信息，電刺激器和佩戴式結構相連接并傳輸電刺激脈沖。所述動作指令與電刺激模式信息具有對應關系；所述對應關系為控制器分析動作指令后，同時選取若干對佩戴式結構的電極貼片并調整各對電極貼片的輸入電刺激脈沖特性，相對獨立地控制前臂的屈指深肌、屈指淺肌、伸指肌群的收縮以及各指間關節的彎曲角度，從而控制各手指活動或具體手勢。所述佩戴式結構包括若干對電極貼片和特制固定綁帶，其中，電極貼片分別與特制固定綁帶和電刺激脈沖輸出裝置的電刺激器相連接。所述佩戴式結構還包括電極子母扣，所述電極貼片通過電極子母扣與特制固定綁帶固定連接。所述特制固定綁帶為兩條，分別放置于前臂的近端與遠端，作為正負電極綁帶。所述電極貼片為可重復使用的凝膠電極貼片。所述凝膠電極貼片規格為20mmX35mm。和現有的技術相比，本發明的有益效果是提高了電刺激脈沖的控制精度，不僅僅可以實現通過對大面積肌肉群的刺激進行粗略的期望動作控制，也可以對手指指間關節進行精細復雜的控制。大大幫助了癱瘓病人對其手指的靈活掌控和使用，能夠進行對手指靈活度要求較高的相關活動，例如書寫、彈奏樂器和手勢等。同時可以保持病人不同深度的手指肌群活力，防止肌肉萎縮，減少痙攣，使病人的康復效果更為理想。另外，佩戴式結構和可拆卸的電極貼片的特殊設計也使本發明能夠簡單方便地調整，從而適合不同體型的病人穿戴。


圖1為輔助系統構成示意框圖；圖2為電極貼片示意圖；圖3為佩戴式結構的示意圖；圖中，3為特制固定綁帶，4為凝膠電極貼片，5為電極子母扣；圖4為輔助系統結構示意圖；圖中，1為電刺激脈沖輸出裝置；2為佩戴式結構；圖5為功能性電刺激精確控制示意圖；圖中，6為電極貼片，7為肌肉，8為正(負)極電極綁帶，9為負(正)極電極綁帶。
具體實施例方式下面對本發明的實施例作詳細說明本實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護范圍不限于下述的實施例。本實施例提供的精確控制手指活動的佩戴式輔助電刺激系統用于精確控制手掌上各手指的彎曲、伸展以及簡單手勢。如圖1和圖4所示，本實施例提供的精確控制手指活動的佩戴式輔助電刺激系統包括電刺激脈沖輸出裝置1和佩戴式結構2，其中電刺激脈沖輸出裝置與佩戴式結構相連接，電刺激脈沖輸出裝置接收控制方指令輸入產生相應電刺激脈沖，佩戴式結構和前臂CN 102526874 A皮膚相連并輸出電刺激脈沖控制骨骼肌收縮。電刺激脈沖輸出裝置包括指令接收器、控制器和電刺激器，其中指令接收器與控制器連接輸送動作指令，控制器和電刺激器相連接傳輸特定的電刺激模式信息，電刺激器和佩戴式結構的各對電極貼片相連傳輸電刺激脈沖。動作指令與電刺激模式信息具有對應關系；該對應關系為控制器分析動作指令后，同時選取若干對佩戴式結構的電極貼片并調整各對電極貼片的輸入電刺激脈沖特性， 相對獨立地控制前臂的屈指深肌、屈指淺肌、伸指肌群的收縮以及各指間關節的彎曲角度， 從而控制各手指活動或具體手勢。電刺激器和控制器選用的是瑞士的Compex Motion II。如圖3所示，佩戴式結構包括若干對電極貼片6和兩條特制固定綁帶3。其中 電極貼片6和電刺激脈沖輸出裝置1的電刺激器相連接，并傳輸電刺激脈沖，特制固定綁帶 3和電極貼片6相連接，并對電極貼片6的位置進行固定和調整；兩條特質固定綁帶3分別放置于前臂近端與遠端，作為正負極電極綁帶，如圖5所示，8為正(負)極電極綁帶，9為負(正)極電極綁帶。如圖2所示，所述的電極貼片6為可重復使用的凝膠電極貼片4，其規格為 20mmX 35mm0佩戴式結構還包括電極子母扣5，電極貼片6通過電極子母扣5致密地固定于特制固定綁帶3上，另外一面則緊貼于皮膚表層，將電刺激信號傳遞給前臂各肌肉群。如圖5所示，本實施例的工作過程包括以下步驟1、將指令接收器、控制器、電刺激器及佩戴式結構相連接，根據手臂的周長選取適當的電極貼片對數，調整好兩條電極綁帶的長度后分別穿戴于手臂近端和遠端，作為電刺激脈沖輸入的正極和負極。2、輸入動作指令“中指”，由指令接收器分析處理后，向控制器傳輸相應的電刺激模式信息，控制器通過分析刺激模式信息向電刺激器傳輸電刺激脈沖輸出信號。3、電刺激器接收到電刺激脈沖信號之后向佩戴式結構的電極貼片傳輸電刺激脈沖，分別地，使中指彎曲的屈指深肌和屈指淺肌對應的電極貼片受到電刺激脈沖。4、佩戴式結構的電極貼片向前臂骨骼肌傳輸電刺激脈沖，控制中指彎曲的屈指深肌和屈指淺肌受到了電刺激，骨骼肌產生收縮，中指指間關節彎曲，產生期望動作即中指彎曲。另外，由于采用的電極貼片電刺激面積較小并通過特定的電刺激模式對肌肉群進行精確刺激，其他手指指節關節并未產生較大角度明顯的彎曲。5、停止電刺激脈沖輸入后，前臂肌肉群松弛，手掌恢復至自然狀態。6、輸入動作指令“手勢數字1”，由指令接收器分析處理后，向控制器傳輸相應的電刺激模式信息，控制器通過分析刺激模式信息后向電刺激器傳輸電刺激脈沖輸出信號。7、電刺激器接收到電刺激脈沖輸出信號之后向佩戴式結構的電極貼片傳輸電刺激脈沖，分別地，使控制中指、無名指、小拇指的屈指肌群的電極貼片，控制大拇指彎曲的拇長指肌的電極貼片以及控制食指拉伸的伸指肌肉的電刺激貼片受到相應的電刺激脈沖。8、佩戴式結構的電極貼片向前臂骨骼肌傳輸電刺激脈沖，分別使控制中指、無名指、小拇指的屈指肌群受到了刺激，骨骼肌產生收縮，各指指間關節彎曲，同時大拇指向內彎曲與中指接觸，食指向外拉伸拉直，產生期望動作即“手勢數字丄”。
9、停止電刺激脈沖輸入后，前臂肌肉群松弛，手掌恢復到自然狀態。本實施例通過特定的肌肉精確刺激模式和小尺寸電極貼片的脈沖輸出，對前臂各手指指間關節進行精確控制，既可以單獨控制單個手指的活動(屈指)，也可以同時控制多對電極貼片，進行組合動作，實現不同的手勢動作(如表示數字“1”)。使用方便，調節簡易， 安全有效，對人體造成的副作用小。
權利要求
1.一種精確控制手指活動的佩戴式輔助電刺激系統，其特征在于，包括電刺激脈沖輸出裝置和佩戴式結構，其中，電刺激脈沖輸出裝置與佩戴式結構相連接；-電刺激脈沖輸出裝置，接收控制方指令輸入產生相應電刺激脈沖；-佩戴式結構，與前臂皮膚相連并輸出電刺激脈沖控制骨骼肌收縮。
2.根據權利要求1所述的精確控制手指活動的佩戴式輔助電刺激系統，其特征在于， 所述電刺激脈沖輸出裝置包括指令接收器、控制器和電刺激器，其中，指令接收器與控制器相連接并輸送動作指令，控制器和電刺激器相連接并傳輸電刺激模式信息，電刺激器和佩戴式結構相連接并傳輸電刺激脈沖。
3.根據權利要求2所述的精確控制手指活動的佩戴式輔助電刺激系統，其特征在于， 所述動作指令與電刺激模式信息具有對應關系；所述對應關系為控制器分析動作指令后，同時選取若干對佩戴式結構的電極貼片并調整各對電極貼片的輸入電刺激脈沖特性，相對獨立地控制前臂的屈指深肌、屈指淺肌、伸指肌群的收縮以及各指間關節的彎曲角度，從而控制各手指活動或具體手勢。
4.根據權利要求1或2所述的精確控制手指活動的佩戴式輔助電刺激系統，其特征在于，所述佩戴式結構包括若干對電極貼片和特制固定綁帶，其中，電極貼片分別與特制固定綁帶和電刺激脈沖輸出裝置的電刺激器相連接。
5.根據權利要求3所述的精確控制手指活動的佩戴式輔助電刺激系統，其特征在于， 所述佩戴式結構還包括電極子母扣，所述電極貼片通過電極子母扣與特制固定綁帶固定連接。
6.根據權利要求3所述的精確控制手指活動的佩戴式輔助電刺激系統，其特征在于， 所述特制固定綁帶為兩條，分別放置于前臂的近端與遠端，作為正負電極綁帶。
7.根據權利要求3所述的精確控制手指活動的佩戴式輔助電刺激系統，其特征在于， 所述電極貼片為可重復使用的凝膠電極貼片。
8.根據權利要求6所述的精確控制手指活動的佩戴式輔助電刺激系統，其特征在于， 所述凝膠電極貼片規格為20mmX35mm。
全文摘要
本發明公開了一種精確控制手指活動的佩戴式輔助電刺激系統，包括電刺激脈沖輸出裝置和佩戴式結構，其中，電刺激脈沖輸出裝置與佩戴式結構相連接；電刺激脈沖輸出裝置，接收控制方指令輸入產生相應電刺激脈沖；佩戴式結構，與前臂皮膚相連并輸出電刺激脈沖控制骨骼肌收縮。本發明改進了已有的電刺激模式，增加了刺激精度，能夠精確控制各手指指間關節活動，不具可以通過刺激大面積肌肉群進行握爪等基本動作，還可以對前臂肌肉群進行精細刺激，控制各手指活動或者做出不同手勢；病人在穿戴本輔助系統的情況下，無需藥物治療和前期訓練，依靠特定的電刺激模式可以完成較為復雜的手指活動；本發明方便易用，安全有效，成本較低。
文檔編號A61N1/36GK102526874SQ20121000238
公開日2012年7月4日 申請日期2012年1月6日 優先權日2012年1月6日
發明者張定國, 朱捷, 李成璋 申請人:上海交通大學