基于肌電反饋的上肢訓(xùn)練方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于肌電反饋的上肢訓(xùn)練方法及系統(tǒng)，該系統(tǒng)將信號采集，模式識別，生物反饋，及實時疲勞評價各模塊有序的結(jié)合，可以幫助用戶實現(xiàn)上肢運(yùn)動功能的訓(xùn)練。所述方法包括：在用戶為完成虛擬的游戲任務(wù)而進(jìn)行相應(yīng)的動作例如前臂旋轉(zhuǎn)、屈腕/伸腕的同時，采集用戶上肢關(guān)節(jié)的運(yùn)動信號和肌電信號，利用基于用戶所采集到運(yùn)動信號調(diào)整虛擬控制目標(biāo)的運(yùn)動參數(shù)，同時根據(jù)肌電信號中的特征參數(shù)識別出用戶的若干肌肉收縮模式，并將識別出的模式作為肌電反饋控制方法的選擇依據(jù)。另外，在整個交互訓(xùn)練的同時系統(tǒng)根據(jù)采集到的肌電信號實時提取疲勞特征，分析肌肉的疲勞狀態(tài)以實現(xiàn)對肌肉疲勞判斷和報警。
【專利說明】基于肌電反饋的上肢訓(xùn)練方法及系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及醫(yī)療【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種基于肌電反饋的上肢訓(xùn)練方法及系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 腦卒中（中風(fēng)）是威脅人類健康的首要疾病之一，具有恢復(fù)緩慢，死亡數(shù)多，致殘率 高等特點，而且伴隨著人們生活水平日益提高，呈現(xiàn)患病率逐漸上升的趨勢。據(jù)調(diào)查顯示， 大多數(shù)中風(fēng)用戶往往因中樞神經(jīng)系受損而導(dǎo)致上下肢運(yùn)動功能喪失，給用戶本身和家庭都 帶來了巨大的痛苦和損失，因此，中風(fēng)用戶需要依靠康復(fù)訓(xùn)練來重獲運(yùn)動能力，以提高在日 常生活中的自理能力，為家庭和社會減少負(fù)擔(dān)。對于中風(fēng)用戶的肢體功能康復(fù)，往往呈現(xiàn)出 下肢較上肢快、近端較遠(yuǎn)端易的特點，30%_66%的腦卒中用戶遺留有不同程度的上肢功能障 礙，且有將近10%是重度致殘，所以上肢運(yùn)動功能康復(fù)已經(jīng)成為腦卒中用戶臨床康復(fù)的關(guān) 注熱點。而手關(guān)節(jié)以及腕關(guān)節(jié)的功能康復(fù)作為康復(fù)的重要分支，是以涉及復(fù)雜神經(jīng)回路的 精細(xì)動作恢復(fù)為主，成為上肢大關(guān)節(jié)運(yùn)動功能康復(fù)的有力補(bǔ)充。傳統(tǒng)的上肢康復(fù)方法包括 人工物理治療，反復(fù)作業(yè)療法，強(qiáng)制運(yùn)動療法以及中醫(yī)學(xué)中的針灸醫(yī)術(shù)等，都在一定程度上 促進(jìn)腦卒中用戶運(yùn)動功能的恢復(fù)。近年來，人機(jī)交互作為一種結(jié)合了各種腦機(jī)接口技術(shù)，虛 擬現(xiàn)實技術(shù)，運(yùn)動傳感技術(shù)，生物反饋技術(shù)等的新型康復(fù)手段，在中風(fēng)康復(fù)領(lǐng)域發(fā)展迅速。 其中，利用肌肉電信號反饋控制以實現(xiàn)人機(jī)交互的方法不僅可以在康復(fù)訓(xùn)練中通過人機(jī)交 互界面上虛擬游戲增加用戶的參與興趣，而且對中風(fēng)用戶康復(fù)有助于對中風(fēng)用戶神經(jīng)功能 變化機(jī)理的探究，可以通過在復(fù)雜的生物電信號中提取有用的信息從本質(zhì)上對中風(fēng)用戶的 神經(jīng)肌肉狀況進(jìn)行跟蹤和評價，提高康復(fù)效率。調(diào)研得到的現(xiàn)有的新型手部及腕部康復(fù)裝 置包括，美國華盛頓國立康復(fù)醫(yī)院Brokaw在2010年提出的增強(qiáng)手部運(yùn)動驅(qū)動彈力裝置 (HandSOME)是利用彈力繩的彈力抵抗屈肌的高張力的原理來實現(xiàn)康復(fù)效果。美國芝加哥伊 利諾伊大學(xué)的Iwamuro也在2011年提出一種X-Golve手套矯形裝置，并且在臨床試驗中利 用Wolf運(yùn)動分級功能表進(jìn)行了康復(fù)效果驗證。2011年新澤西醫(yī)學(xué)與牙科學(xué)研究院Merian 搭建的上肢功能康復(fù)機(jī)器人使中風(fēng)患者在完成4項手部動作的同時進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練，來自香 港理工大學(xué)的Tong及Goldfrey等也利用手部和腕部的外骨骼機(jī)器人對中風(fēng)患者患側(cè)前臂 進(jìn)行輔助康復(fù)治療，另外，有文獻(xiàn)指出同一塊肌肉的肌電信號的大小可以反映出肌肉收縮 產(chǎn)生的力的大小，且成正相關(guān)的關(guān)系，基于這一點，2010年英國中央蘭開夏大學(xué)Ma利用了 肌電反饋的思路，控制虛擬射擊游戲，將處理的肌電信號用來控制游戲的動作，使患者在游 戲的同時，進(jìn)行肩關(guān)節(jié)和手關(guān)節(jié)的運(yùn)動。
[0003] 綜上所述，針對中風(fēng)用戶上肢，尤其是以精細(xì)運(yùn)動為主的手和腕關(guān)節(jié)的康復(fù)技術(shù) 仍處于相對早的階段，基本都為單關(guān)節(jié)的，低自由度的康復(fù)動作設(shè)計，且對于利用生物電信 號進(jìn)行人機(jī)交互對游戲控制和利用模式識別進(jìn)行反饋屬性切換的實例也相對較少，這一技 術(shù)在卒中患者手功能康復(fù)中已經(jīng)得到應(yīng)用，但是其機(jī)制還需進(jìn)一步探索，大面積的推廣和 普及還需要更完善的理論基礎(chǔ)，以及相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)支持。另外，在訓(xùn)練過程中，很多系 統(tǒng)也疏于對參與者肌肉疲勞情況進(jìn)行實施監(jiān)控，因此對康復(fù)訓(xùn)練過程中，用戶患肢肌肉神 經(jīng)情況的實時反饋也比較匱乏，不利于在訓(xùn)練過程中對肌肉疲勞狀況進(jìn)行評判以及在臨床 上對用戶提出進(jìn)一步的康復(fù)策略。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明提出一種基于肌電反饋的上肢訓(xùn)練方法及系統(tǒng)，利用上肢動作相關(guān)的運(yùn)動 及肌電信號進(jìn)行人機(jī)交互，對虛擬游戲進(jìn)行控制，控制基于模式識別及生物肌電反饋進(jìn)行， 來實現(xiàn)多關(guān)節(jié)參與訓(xùn)練的效果，并對訓(xùn)練過程中用戶的肌肉疲勞狀況進(jìn)行跟蹤評價和報 警。
[0005] 本發(fā)明實施例提供一種基于肌電反饋的上肢訓(xùn)練方法，其特征在于，包括步驟：
[0006] S1、在用戶為完成虛擬游戲中的任務(wù)以進(jìn)行相應(yīng)的上肢關(guān)節(jié)動作時，實時采集用 戶上肢關(guān)節(jié)的運(yùn)動信號和肌電信號；
[0007] S2、利用基于采集到的所述運(yùn)動信號調(diào)整虛擬控制目標(biāo)的位置、速度、加速度等運(yùn) 動參數(shù)，
[0008] S3、同時根據(jù)采集到的所述肌電信號中的特征參數(shù)識別出用戶的若干肌肉收縮模 式；
[0009] S4、將識別出的模式作為肌電反饋控制方式的選擇依據(jù)。
[0010] 優(yōu)選的，在所述步驟S4中，所述肌電反饋控制方法至少包括有肌電幅值映射控制 及肌電幅值閾值判斷，所述有肌電幅值映射控制及肌電幅值閾值判斷都是通過對肌電信號 進(jìn)行實時的處理，并與虛擬場景中的參數(shù)進(jìn)行交互控制，其具體對應(yīng)的虛擬游戲中控制的 參數(shù)根據(jù)游戲內(nèi)容選擇。
[0011] 優(yōu)選的，還包括步驟：
[0012] S5、在利用所述肌電反饋控制方法實現(xiàn)用戶的上肢訓(xùn)練過程中，根據(jù)采集到的肌 電信號實時提取疲勞特征，通過對疲勞特征參數(shù)的跟蹤和記錄，分析肌肉的疲勞狀態(tài)以實 現(xiàn)對肌肉疲勞判斷和報警。
[0013] 優(yōu)選的，在所述步驟S1前，還包括步驟：
[0014] S0、使用戶進(jìn)行相應(yīng)動作的最大自主收縮，根據(jù)采集到的肌電信號選擇肌電反饋 控制和疲勞特征判斷中的個性化閾值。
[0015] 優(yōu)選的，在所述步驟S2中，通過以下步驟實現(xiàn)如何根據(jù)采集到的所述肌電信號中 的特征參數(shù)識別出用戶的若干肌肉收縮模式：
[0016] S31、利用一個平滑移動窗將采集到的肌電信號進(jìn)行周期化分割，提取每個周期內(nèi) 的肌電信號的特征參數(shù)，所述特征參數(shù)至少包括平均絕對值、信號持續(xù)時間、平均絕對值斜 率、波長法、過零次數(shù)法；
[0017] S32、將提取的特征參數(shù)作為輸入量輸入鍛煉好的分類器，從而反饋識別出用戶單 塊或多塊肌肉發(fā)力時的收縮模式，可以為對至少包括伸腕及屈腕的運(yùn)動的識別，也可以為 對多塊肌肉在發(fā)力時的協(xié)同模式，其發(fā)送出相應(yīng)的判別指令，識別的模式及其種類與交互 游戲選擇密切相關(guān)，可結(jié)合用戶需要進(jìn)行更改。
[0018] 本發(fā)明還相應(yīng)提供了一種基于肌電反饋的上肢訓(xùn)練系統(tǒng)，包括：
[0019] 主機(jī)交互模塊，包括交互游戲界面，用于引導(dǎo)用戶進(jìn)行相應(yīng)的上肢關(guān)節(jié)動作以完 成虛擬游戲中的任務(wù)；
[0020] 信號采集模塊，用于在用戶進(jìn)行相應(yīng)的上肢關(guān)節(jié)動作時，實時采集用戶上肢關(guān)節(jié) 的運(yùn)動信號和肌電信號；
[0021] 信號傳輸模塊，用于將所述信號采集模塊采集到的運(yùn)動信號和肌電信號傳輸?shù)街?機(jī)控制模塊以進(jìn)行人機(jī)交互；
[0022] 主機(jī)控制模塊，分別與所述主機(jī)交互模塊和信號傳輸模塊連接，用于將所述信號 傳輸模塊傳輸?shù)倪\(yùn)動信號和肌電信號進(jìn)行運(yùn)算與處理，并將運(yùn)算和處理結(jié)果輸出給所述主 機(jī)交互模塊以進(jìn)行相應(yīng)的游戲操作的參數(shù)設(shè)置，主要包括：
[0023] 接收存儲單元，用于接收所述信號傳輸模塊傳輸?shù)倪\(yùn)動信號和肌電信號并存儲；
[0024] 特征參數(shù)提取單元，用于將所述接收存儲單元中的肌電信號進(jìn)行特征參數(shù)提取；
[0025] 運(yùn)動參數(shù)設(shè)置單元，用于根據(jù)所述接收存儲單元接收到的運(yùn)動信號調(diào)整所述主機(jī) 交互模塊中顯示的虛擬控制目標(biāo)的運(yùn)動參數(shù)；
[0026] 模式識別單元，根據(jù)所述特征參數(shù)提取單元提取的特征參數(shù)識別出用戶的若干肌 肉發(fā)力收縮模式；并將識別出的模式轉(zhuǎn)化成為指令輸出
[0027] 肌電反饋控制單元，接收所述模式識別單元輸出的指令，并根據(jù)所述指令作為選 擇不同肌電反饋控制方法的依據(jù)。
[0028] 優(yōu)選的，所述主機(jī)控制模塊還包括：
[0029] 肌肉疲勞監(jiān)控單元，用于對所述特征參數(shù)提取單元提取的特征參數(shù)進(jìn)行實時監(jiān) 控，當(dāng)所述特征參數(shù)中能夠表征用戶肌肉疲勞的特征參數(shù)達(dá)到預(yù)設(shè)的疲勞閾值時，發(fā)出疲 勞警報。
[0030] 優(yōu)選的，所述主機(jī)控制模塊還包括：
[0031] 初始閾值設(shè)定單元，用于將根據(jù)訓(xùn)練前采集到的最大自主收縮測試結(jié)果的一定百 分比設(shè)定好的初始閾值進(jìn)行確認(rèn)和保存，可以有效的消除個體化的差異；
[0032] 訓(xùn)練難度調(diào)節(jié)單元，利用系統(tǒng)將上肢運(yùn)動設(shè)定不同的阻力；實現(xiàn)不同用戶的個性 化訓(xùn)練強(qiáng)度配置和不同強(qiáng)度下的訓(xùn)練過程。
[0033] 優(yōu)選的，所述信號采集模塊具體包括：
[0034] 運(yùn)動信號采集單元，通過運(yùn)動信號測量裝置采集用戶上肢運(yùn)動信號；
[0035] 肌電信號采集單元，通過表面電極提取采集用戶上肢運(yùn)動相關(guān)肌肉的肌電信號， 并將采集到的多個通道的肌電信號進(jìn)行至少包括放大和濾波的預(yù)處理。
[0036] 優(yōu)選的，所述主機(jī)控制模塊還包括：
[0037] 肌電信號周期分割單元，利用一個平滑移動窗將采集到的肌電信號進(jìn)行周期化分 害IJ，從而進(jìn)行特征參數(shù)計算。
[0038] 本發(fā)明實施例提供的基于肌電反饋的上肢訓(xùn)練方法及系統(tǒng)，將采集并預(yù)處理后的 肌電信號和運(yùn)動信號進(jìn)行反饋控制，與利用虛擬技術(shù)搭建的康復(fù)游戲進(jìn)行交互，達(dá)到對虛 擬游戲動作的控制，并且在康復(fù)訓(xùn)練的同時，利用采集到的肌電信號對訓(xùn)練者運(yùn)動量進(jìn)行 實時的監(jiān)控，從而對參與者肌肉疲勞情況進(jìn)行判斷，并做出疲勞報警，以便對訓(xùn)練任務(wù)進(jìn)行 合理的調(diào)整。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0039] 圖1是本發(fā)明提供的基于肌電反饋的上肢訓(xùn)練方法的流程示意圖；
[0040] 圖2是本發(fā)明提供的基于肌電反饋的上肢訓(xùn)練方法中步驟S1的流程示意圖；
[0041] 圖3是本發(fā)明提供的基于肌電反饋的上肢訓(xùn)練方法中步驟S3的流程示意圖；
[0042] 圖4是本發(fā)明提供的基于肌電反饋的上肢訓(xùn)練系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0043]圖5是本發(fā)明提供的基于肌電反饋的上肢訓(xùn)練系統(tǒng)的信號采集模塊的結(jié)構(gòu)示意 圖；
[0044] 圖6是本發(fā)明提供的基于肌電反饋的上肢訓(xùn)練系統(tǒng)的主機(jī)控制模塊的結(jié)構(gòu)示意 圖；
[0045] 圖7是本發(fā)明提供的一個實施例游戲的交互和控制的示意圖。

【具體實施方式】
[0046] 下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于 本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他 實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0047] 參見圖1，是本發(fā)明提供的基于肌電反饋的上肢訓(xùn)練方法的流程示意圖。
[0048] 本發(fā)明實施例提供一種基于肌電反饋的上肢訓(xùn)練方法，包括以下步驟S1?S5 :
[0049] S1、在用戶為完成虛擬游戲中的任務(wù)以進(jìn)行相應(yīng)的動作時，包括完成前臂旋轉(zhuǎn)、屈 腕/伸腕，及手關(guān)節(jié)抓握的動作時采集用戶前臂的旋轉(zhuǎn)角度信號和相關(guān)肌肉的肌電信號；
[0050] 本發(fā)明旨在將采集到的肌電信號和角度信號進(jìn)行反饋控制，與利用虛擬技術(shù)搭建 的康復(fù)游戲進(jìn)行交互，達(dá)到對游戲動作的控制。而本發(fā)明的訓(xùn)練方法通過使用自主設(shè)計的 上肢康復(fù)訓(xùn)練裝置和肌電及運(yùn)動信號采集模塊，將人體的肌電參數(shù)和前臂旋轉(zhuǎn)角度通過傳 輸模塊最終送入主機(jī)輸出參數(shù)，控制虛擬交互環(huán)境中的虛擬目標(biāo)，虛擬交互游戲引導(dǎo)用戶 在康復(fù)訓(xùn)練裝置的基礎(chǔ)上完成相關(guān)訓(xùn)練。例如，若干實施例中的一個為攻擊型虛擬游戲， 虛擬環(huán)境包括大炮、炮彈、目標(biāo)物三個模型，虛擬環(huán)境參數(shù)有大炮發(fā)射角度、發(fā)射初速度和 發(fā)射開關(guān)。從角度信息采集模塊采集的角度信息來驅(qū)動和實時改變虛擬環(huán)境中大炮模型角 度，利用肌電信號來驅(qū)動和實時修改炮彈發(fā)射與否的狀態(tài)和發(fā)射初速度。
[0051] 如圖2所示，所述步驟S1具體包括步驟：
[0052] S11、通過交互游戲界面引導(dǎo)用戶抓握操作把柄進(jìn)行相應(yīng)的前臂旋轉(zhuǎn)以將大炮瞄 準(zhǔn)交互游戲界面顯示的虛擬目標(biāo)；
[0053] S12、通過角度測量裝置采集用戶前臂旋轉(zhuǎn)角度信號；
[0054] 在該步驟中，所述角度測量裝置可以設(shè)計成一端為所述操作把柄、中間為固定的 旋轉(zhuǎn)阻尼計、另一端為編碼器；阻尼器可以調(diào)整用戶訓(xùn)練強(qiáng)度，編碼器通過測量脈沖頻率或 周期的方法來測量前臂的角度信息；
[0055] S13、通過表面電極提取采集用戶前臂及手部抓握發(fā)力和手腕屈伸運(yùn)動相關(guān)的兩 對肌肉的肌電信號，并將采集到的四個通道的肌電信號進(jìn)行至少包括放大和濾波的預(yù)處 理。
[0056] 在該步驟中，利用表面電極提取肌肉表面微弱的肌肉電信號，通過屏蔽效果較好 的導(dǎo)聯(lián)線來實現(xiàn)原始肌電信號的提取。所用電極為三點式差動輸入電極。其中，一個為參 考地，另外兩個為肌電的輸入端，兩電極的距離均相等。
[0057] 通過表面電極提取采集用戶前臂及手部抓握發(fā)力和手腕屈伸運(yùn)動相關(guān)的兩對肌 肉的肌電信號，包括有指淺屈肌（flexor digitorum supercifialis),指總伸肌（extensor digitorum)，燒側(cè)腕屈肌（flexor carpiradialis)，尺側(cè)腕伸肌（extensor carpiulnaris) 的肌電信號進(jìn)行采集。
[0058] S2、在虛擬操作執(zhí)行前，利用基于用戶所采集到角度信號調(diào)整虛擬控制目標(biāo)的位 置、速度、加速度等運(yùn)動參數(shù)。
[0059] S3、獲取所述采集的肌電信號中的特征參數(shù)，并根據(jù)獲取的特征參數(shù)識別出用戶 的前臂多塊肌肉的發(fā)力收縮模式。
[0060] 將肌電信號和運(yùn)動信號送入主機(jī)后則可對肌電信號進(jìn)行特征參數(shù)提取，以對肌肉 發(fā)力收縮動作進(jìn)行模式識別，用于切換肌電反饋控制單元的相應(yīng)控制方法。參考圖3,所述 步驟S3具體可包括步驟：
[0061] S31、利用一個平滑移動窗將采集到的肌電信號進(jìn)行周期化分割；
[0062] 參與者在完成手部及腕部發(fā)力動作的時候，上述4塊肌肉會產(chǎn)生明顯的肌電信 號，利用移動窗的方法選取合適長度的數(shù)據(jù)段進(jìn)行特征值提取，可以增強(qiáng)系統(tǒng)實時性和準(zhǔn) 確性。
[0063] S32、提取每個分割數(shù)據(jù)段內(nèi)的肌電信號的特征參數(shù)，并存儲。
[0064] 本實施例中，選擇的特征參數(shù)如下：平均絕對值、信號持續(xù)時間、平均絕對值斜 率、波長法、過零次數(shù)法、斜率過零次數(shù)、方差、中頻、平均頻率幅值、積分肌電和肌電幅值；
[0065] A、絕對平均值：
[0066]

【權(quán)利要求】
1. 一種基于肌電反饋的上肢訓(xùn)練方法，其特征在于，包括： 51、 在用戶為完成虛擬游戲中的任務(wù)以進(jìn)行相應(yīng)的上肢關(guān)節(jié)動作時，實時采集用戶上 肢關(guān)節(jié)的運(yùn)動信號和肌電信號； 52、 利用基于采集到的所述運(yùn)動信號調(diào)整虛擬控制目標(biāo)的運(yùn)動參數(shù)； 53、 同時根據(jù)采集到的所述肌電信號中的特征參數(shù)識別出用戶的若干肌肉收縮模式； 54、 將識別出的模式作為肌電反饋控制方式的選擇依據(jù)。
2. 如權(quán)利要求1所述的基于肌電反饋的上肢訓(xùn)練方法，其特征在于，在所述步驟S4中， 所述肌電反饋控制方法至少包括有肌電幅值映射控制及肌電幅值閾值判斷，所述有肌電幅 值映射控制及肌電幅值閾值判斷都是通過對肌電信號進(jìn)行實時的處理，并與虛擬場景中的 參數(shù)進(jìn)行交互控制，其具體對應(yīng)的虛擬游戲中控制的參數(shù)根據(jù)游戲內(nèi)容選擇。
3. 如權(quán)利要求1所述的基于肌電反饋的上肢訓(xùn)練方法，其特征在于，還包括步驟： 55、 在利用所述肌電反饋控制方法實現(xiàn)用戶的上肢訓(xùn)練過程中，根據(jù)采集到的肌電信 號實時提取疲勞特征，通過對疲勞特征參數(shù)的跟蹤和記錄，分析肌肉的疲勞狀態(tài)以實現(xiàn)對 肌肉疲勞判斷和報警。
4. 如權(quán)利要求2所述的基于肌電反饋的上肢訓(xùn)練方法，其特征在于，在所述步驟S1前， 還包括步驟： so、使用戶進(jìn)行相應(yīng)動作的最大自主收縮，根據(jù)采集到的肌電信號選擇肌電反饋控制 和疲勞特征判斷中的個性化閾值。
5. 如權(quán)利要求1所述的基于肌電反饋的上肢訓(xùn)練方法，其特征在于，在所述步驟S2中， 通過以下步驟實現(xiàn)如何根據(jù)采集到的所述肌電信號中的特征參數(shù)識別出用戶的若干肌肉 收縮模式： 521、 利用一個平滑移動窗將采集到的肌電信號進(jìn)行周期化分割，提取每個周期內(nèi)的肌 電信號的特征參數(shù)，所述特征參數(shù)至少包括平均絕對值、信號持續(xù)時間、平均絕對值斜率、 波長法、過零次數(shù)法； 522、 將提取的特征參數(shù)作為輸入量輸入鍛煉好的分類器，從而反饋識別出用戶單塊或 多塊肌肉發(fā)力時的收縮模式，可以為對至少包括伸腕及屈腕的運(yùn)動的識別，也可以為對多 塊肌肉在發(fā)力時的協(xié)同模式，其發(fā)送出相應(yīng)的判別指令，識別的模式及其種類與交互游戲 選擇密切相關(guān)，可結(jié)合用戶需要進(jìn)行更改。
6. 如權(quán)利要求1所述的基于肌電反饋的上肢訓(xùn)練方法，其特征在于，所述肌電幅值映 射控制是將特征參數(shù)中能夠表征用戶此時肌肉收縮的發(fā)力大小的肌電幅值濾波處理后得 到的峰值直接作為虛擬游戲的參數(shù)；所述肌電幅值閾值控制是將特征參數(shù)中能夠表征用戶 此時肌肉收縮的發(fā)力大小的肌電幅值濾波處理后得到的峰值與預(yù)設(shè)的肌電閾值進(jìn)行比較， 并根據(jù)比較結(jié)果確定是/否執(zhí)行相應(yīng)的虛擬操作，且執(zhí)行該虛擬操作前根據(jù)所述運(yùn)動信號 調(diào)整虛擬目標(biāo)的運(yùn)動方向。
7. -種基于肌電反饋的上肢訓(xùn)練系統(tǒng)，其特征在于，包括： 主機(jī)交互模塊，包括交互游戲界面，用于引導(dǎo)用戶進(jìn)行相應(yīng)的上肢關(guān)節(jié)動作以完成虛 擬游戲中的任務(wù)； 信號采集模塊，用于在用戶進(jìn)行相應(yīng)的上肢關(guān)節(jié)動作時，實時采集用戶上肢關(guān)節(jié)的運(yùn) 動信號和肌電信號； 信號傳輸模塊，用于將所述信號采集模塊采集到的運(yùn)動信號和肌電信號傳輸?shù)街鳈C(jī)控 制模塊以進(jìn)行人機(jī)交互； 主機(jī)控制模塊，分別與所述主機(jī)交互模塊和信號傳輸模塊連接，用于將所述信號傳輸 模塊傳輸?shù)倪\(yùn)動信號和肌電信號進(jìn)行運(yùn)算與處理，并將運(yùn)算和處理結(jié)果輸出給所述主機(jī)交 互模塊以進(jìn)行相應(yīng)的游戲操作的參數(shù)設(shè)置，主要包括： 接收存儲單元，用于接收所述信號傳輸模塊傳輸?shù)倪\(yùn)動信號和肌電信號并存儲； 特征參數(shù)提取單元，用于將所述接收存儲單元中的肌電信號進(jìn)行特征參數(shù)提取； 運(yùn)動參數(shù)設(shè)置單元，用于根據(jù)所述接收存儲單元接收到的運(yùn)動信號調(diào)整所述主機(jī)交互 模塊中顯示的虛擬控制目標(biāo)的運(yùn)動參數(shù)； 模式識別單元，根據(jù)所述特征參數(shù)提取單元提取的特征參數(shù)識別出用戶的若干肌肉發(fā) 力收縮模式；并將識別出的模式轉(zhuǎn)化成為指令輸出； 肌電反饋控制單元，接收所述模式識別單元輸出的指令，并根據(jù)所述指令作為選擇不 同肌電反饋控制方法的依據(jù)。
8. 如權(quán)利要求6所述的基于肌電反饋的上肢訓(xùn)練系統(tǒng)，其特征在于，所述主機(jī)控制模 塊還包括： 肌肉疲勞監(jiān)控單元，用于對所述特征參數(shù)提取單元提取的特征參數(shù)進(jìn)行實時監(jiān)控，當(dāng) 所述特征參數(shù)中能夠表征用戶肌肉疲勞的特征參數(shù)達(dá)到預(yù)設(shè)的疲勞閾值時，發(fā)出疲勞警 報。
9. 如權(quán)利要求6所述的基于肌電反饋的上肢訓(xùn)練系統(tǒng)，其特征在于，所述主機(jī)控制模 塊還包括： 初始閾值設(shè)定單元，用于將根據(jù)訓(xùn)練前采集到的最大自主收縮測試結(jié)果的一定百分比 設(shè)定好的初始閾值進(jìn)行確認(rèn)和保存； 訓(xùn)練難度調(diào)節(jié)單元，利用系統(tǒng)將上肢運(yùn)動設(shè)定不同的阻力；實現(xiàn)不同用戶的個性化訓(xùn) 練強(qiáng)度配置和不同強(qiáng)度下的訓(xùn)練過程。
10. 如權(quán)利要求6所述的基于肌電反饋的上肢訓(xùn)練系統(tǒng)，其特征在于，所述信號采集模 塊具體包括： 運(yùn)動信號采集單元，通過運(yùn)動信號測量裝置采集用戶上肢運(yùn)動信號； 肌電信號采集單元，通過表面電極提取采集用戶上肢運(yùn)動相關(guān)肌肉的肌電信號，并將 采集到的多個通道的肌電信號進(jìn)行至少包括放大和濾波的預(yù)處理。
【文檔編號】A61B5/0488GK104107134SQ201310669597
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2013年12月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月10日
【發(fā)明者】宋嶸, 敖迪, 楊錦 申請人:中山大學(xué)