本發(fā)明涉及神經(jīng)運動康復技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于表面肌電的神經(jīng)反饋康復干預系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

腦卒中具有相當高的發(fā)病率、致殘率和死亡率，已經(jīng)對人類的健康構(gòu)成了巨大的威脅。腦卒中患者的致殘率極高，其中屬癱瘓最為常見。這些患者的生活往往難以完全自理，需要家人照料，給患者家屬帶來很大壓力，同時也給社會增加了巨大負擔。因此幫助腦卒中患者恢復運動功能，不僅僅是一個康復問題，更是一個不可忽視的社會問題。研究表明，及時進行一定程度的集中和重復訓練可以修復受損的中樞神經(jīng)，有助于肢體運功功能的恢復。人類從事精細復雜活動時主要依賴上肢，上肢運動功能狀態(tài)對日常生活質(zhì)量有直接影響，因此中風患者上肢運動功能障礙的康復是現(xiàn)代康復領(lǐng)域一個重要的研究熱點。

在卒中康復中，利用表面肌電信號指導康復訓練是目前公認有前途的解決方案。表面肌電信號是一系列受神經(jīng)支配的肌肉纖維在運動神經(jīng)元的觸發(fā)作用下產(chǎn)生的電活動的總和。因其非侵入性，容易獲取以及富含神經(jīng)元信號，被廣泛應用于人機交互。但是在該解決方案中，如何將表面肌電信號轉(zhuǎn)化為患者可以識別的信息并實時指導其進行康復訓練的問題尚待解決。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明利用神經(jīng)反饋技術(shù)(neurofeedback)，將外部表征不明顯的神經(jīng)生理活動轉(zhuǎn)化成“聲光電”等可以直接被人體感知的物理形式，讓患者在“感知增強(sensory augmentation)”的環(huán)境下進行主動康復訓練以恢復身體功能。我們提出設(shè)計基于實時肌電信號的神經(jīng)反饋系統(tǒng)，輔助腦卒中患者進行上肢運動功能障礙的康復。將患者錯誤的肌肉激發(fā)模式實時告知患者，引導患者的肌肉控制模式朝向正確的康復方向而改進。

本發(fā)明具體通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

本發(fā)明一方面提供了一種基于表面肌電的神經(jīng)反饋康復干預系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：表面肌電信號采集器模塊、信號傳輸模塊、肌電信號處理模塊、主控制器模塊和神經(jīng)反饋干預模塊；

上述表面肌電信號采集器模塊實時采集使用者的肌肉激發(fā)神經(jīng)信號，并通過信號傳輸模塊將該肌肉激發(fā)神經(jīng)信號傳遞至肌電信號處理模塊；該肌電信號處理模塊與主控制器模塊相連，該肌電信號處理模塊實時進行濾波與神經(jīng)反饋信號轉(zhuǎn)換并生成神經(jīng)反饋干預策略，該主控制器模塊將神經(jīng)反饋干預策略通過信號傳輸模塊傳遞至神經(jīng)反饋干預模塊，對康復訓練進行干預。

進一步地，上述表面肌電信號采集器模塊是可穿戴式的，穿戴形式包括綁帶或袖套。

進一步地，上述信號傳輸模塊通過WiFi無線網(wǎng)絡(luò)進行信號傳輸，能在保證延時要求的情況下確保大通量數(shù)據(jù)傳輸。

進一步地，上述肌電信號處理模塊具有對肌電信號的分析與處理功能，其被設(shè)置為根據(jù)使用者肌電信號模式與預期模式的差異，實時計算出所述神經(jīng)反饋信號。

進一步地，上述主控制器模塊通過TCP/IP協(xié)議連接到一個或分別連接到若干個神經(jīng)反饋干預模塊。

進一步地，上述神經(jīng)反饋干預模塊是可穿戴式的，穿戴形式包括綁帶或袖套；該神經(jīng)反饋干預模塊被設(shè)置為根據(jù)需求切換包括聲、光、電刺激或體表震動的神經(jīng)反饋模組；反饋時調(diào)節(jié)的參數(shù)包括聲音頻率、聲音強度、聲音音色、光閃動頻率、光顏色、光呈現(xiàn)的形態(tài)、電刺激幅度、電刺激頻率、電刺激脈沖寬度、體表震動強度、體表震動頻率或體表震動位置中的一種或幾種。

進一步地，上述神經(jīng)反饋策略包括“感知增強”和“感知抑制”兩種模式，所述“感知增強”模式可以將正確的肌肉運動模式進行增強放大，而所述“感知抑制”模式可以將不符合康復要求的錯誤肌肉激發(fā)模式進行削弱抑制。

進一步地，上述表面肌電信號采集器模塊和/或神經(jīng)反饋干預模塊是多通道的。

進一步地，上述表面肌電信號采集器模塊和神經(jīng)反饋干預模塊，既可以分離使用，也可以拼接成一個部件使用。

本發(fā)明另一方面提供了一種基于表面肌電的神經(jīng)反饋康復干預方法，包括以下步驟：

步驟1、使用者穿戴上述神經(jīng)反饋康復干預系統(tǒng)中的表面肌電信號采集器模塊和神經(jīng)反饋干預模塊；利用該表面肌電信號采集器模塊實時采集使用者的肌肉激發(fā)神經(jīng)信號；

步驟2、上述神經(jīng)反饋康復干預系統(tǒng)中的信號傳輸模塊將該肌肉激發(fā)神經(jīng)信號傳遞至肌電信號處理模塊，該肌電信號處理模塊實時進行濾波與神經(jīng)反饋信號轉(zhuǎn)換并生成神經(jīng)反饋干預策略；

步驟3、上述神經(jīng)反饋康復干預系統(tǒng)中的主控制器模塊將該神經(jīng)反饋干預策略通過信號傳輸模塊傳遞至神經(jīng)反饋干預模塊，對使用者的康復訓練進行干預。

本發(fā)明可以在患者進行康復訓練時，將患者不易直接感知的肌肉活動轉(zhuǎn)化為聲、光、電刺激、體表震動等其他神經(jīng)感覺模式，從而做出精確到特定的某一塊肌肉的康復指導。由于本發(fā)明采用的神經(jīng)反饋干預系統(tǒng)和其控制方法能將患者錯誤的肌肉激發(fā)模式實時告知患者，所以能夠引導患者的肌肉控制模式朝向正確的康復方向而改進。

以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明，以充分說明本發(fā)明的目的、技術(shù)特征和技術(shù)效果。

附圖說明

圖1示出了本發(fā)明一種基于表面肌電的神經(jīng)反饋康復干預系統(tǒng)的運行流程示意圖；

圖2示出了本發(fā)明較優(yōu)實施例中的一種基于表面肌電的神經(jīng)反饋康復干預系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明提供的具體實施方式作詳細說明。

如圖1所示，本發(fā)明的基于表面肌電的神經(jīng)反饋康復干預系統(tǒng)包括五個模塊，分別是：表面肌電信號采集器模塊、信號傳輸模塊、肌電信號處理模塊、主控制器模塊和神經(jīng)反饋干預模塊。其中表面肌電信號采集器模塊實時采集使用者(例如腦卒中患者)的肌肉激發(fā)神經(jīng)信號，并通過信號傳輸模塊將該肌肉激發(fā)神經(jīng)信號傳遞至肌電信號處理模塊；該肌電信號處理模塊與主控制器模塊相連，肌電信號處理模塊實時進行濾波與神經(jīng)反饋信號轉(zhuǎn)換并生成神經(jīng)反饋干預策略，主控制器模塊將神經(jīng)反饋干預策略通過信號傳輸模塊傳遞至神經(jīng)反饋干預模塊，對康復訓練進行干預。

實施例1

如圖2所示，在腦卒中患者的一次康復訓練過程中，當醫(yī)師發(fā)出指令后，以綁帶形式穿戴于患者身上的表面肌電信號采集器模塊對患者的肌肉激發(fā)神經(jīng)信號進行采集。采集到的肌肉激發(fā)神經(jīng)信號通過WiFi無線網(wǎng)絡(luò)與肌電信號處理模塊進行通信，這樣可在滿足延時要求的情況下確保高數(shù)據(jù)通量。肌電信號處理模塊采用Python及C++開發(fā)環(huán)境完成，基于該環(huán)境所提供的浮點科學運算功能實現(xiàn)表面肌電的信號濾波功能，以及聲光電轉(zhuǎn)換時的信號處理功能。肌電信號處理模塊實時進行濾波與神經(jīng)反饋信號轉(zhuǎn)換，根據(jù)使用者肌電信號模式與預期模式的差異，生成神經(jīng)反饋策略，并交由主控制器模塊執(zhí)行。主控制器模塊通過TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議將神經(jīng)反饋策略傳遞至以綁帶形式穿戴于患者身上的神經(jīng)反饋干預模塊，將患者不易直接感知的肌肉活動轉(zhuǎn)化為體表電刺激或體表震動，在神經(jīng)反饋的過程中，反饋參數(shù)例如電刺激幅度、電刺激頻率、電刺激脈沖寬度、體表震動強度、體表震動頻率、體表震動位置等將隨著表面肌電的讀數(shù)變化而實時變化，從而做出精確到某一塊肌肉的康復指導。神經(jīng)反饋策略包含“感知增強”和“感知抑制”兩種模式，既可以將正確的肌肉運動模式進行增強放大，又可以將不符合康復要求的錯誤肌肉激發(fā)模式進行削弱抑制，大大提高了康復指導的精確性。

實施例2

在腦卒中患者的一次康復訓練過程中，當醫(yī)師發(fā)出指令后，以袖套形式穿戴于患者身上的表面肌電信號采集器模塊對患者的肌肉激發(fā)神經(jīng)信號進行采集。采集到的肌肉激發(fā)神經(jīng)信號通過WiFi無線網(wǎng)絡(luò)與肌電信號處理模塊進行通信，這樣可在滿足延時要求的情況下確保高數(shù)據(jù)通量。肌電信號處理模塊采用Python及C++開發(fā)環(huán)境完成，基于該環(huán)境所提供的浮點科學運算功能實現(xiàn)表面肌電的信號濾波功能，以及聲光電轉(zhuǎn)換時的信號處理功能。肌電信號處理模塊實時進行濾波與神經(jīng)反饋信號轉(zhuǎn)換，根據(jù)使用者肌電信號模式與預期模式的差異，生成神經(jīng)反饋策略，并交由主控制器模塊執(zhí)行。主控制器模塊通過TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議將神經(jīng)反饋策略傳遞至以袖套形式穿戴于患者身上的神經(jīng)反饋干預模塊，將患者不易直接感知的肌肉活動轉(zhuǎn)化為頻率、強度、音色可變的聲音，在神經(jīng)反饋的過程中，聲音反饋參數(shù)例如頻率、強度、音色等將隨著表面肌電的讀數(shù)變化而實時變化，從而做出精確到某一塊肌肉的康復指導。神經(jīng)反饋策略包含“感知增強”和“感知抑制”兩種模式，既可以將正確的肌肉運動模式進行增強放大，又可以將不符合康復要求的錯誤肌肉激發(fā)模式進行削弱抑制，大大提高了康復指導的精確性。

實施例3

在腦卒中患者的一次康復訓練過程中，當醫(yī)師發(fā)出指令后，以袖套形式穿戴于患者身上的表面肌電信號采集器模塊對患者的肌肉激發(fā)神經(jīng)信號進行采集。采集到的肌肉激發(fā)神經(jīng)信號通過WiFi無線網(wǎng)絡(luò)與肌電信號處理模塊進行通信，這樣可在滿足延時要求的情況下確保高數(shù)據(jù)通量。肌電信號處理模塊采用Python及C++開發(fā)環(huán)境完成，基于該環(huán)境所提供的浮點科學運算功能實現(xiàn)表面肌電的信號濾波功能，以及聲光電轉(zhuǎn)換時的信號處理功能。肌電信號處理模塊實時進行濾波與神經(jīng)反饋信號轉(zhuǎn)換，根據(jù)使用者肌電信號模式與預期模式的差異，生成神經(jīng)反饋策略，并交由主控制器模塊執(zhí)行。主控制器模塊通過TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議將神經(jīng)反饋策略傳遞至以袖套形式穿戴于患者身上的神經(jīng)反饋干預模塊，將患者不易直接感知的肌肉活動轉(zhuǎn)化為閃動頻率、顏色、呈現(xiàn)形態(tài)可變的光學顯示，在神經(jīng)反饋的過程中，光學顯示的反饋參數(shù)例如閃動頻率、顏色、呈現(xiàn)形態(tài)等將隨著表面肌電的讀數(shù)變化而實時變化，從而做出精確到某一塊肌肉的康復指導。神經(jīng)反饋策略包含“感知增強”和“感知抑制”兩種模式，既可以將正確的肌肉運動模式進行增強放大，又可以將不符合康復要求的錯誤肌肉激發(fā)模式進行削弱抑制，大大提高了康復指導的精確性。

實施例4

在上述實施例中，肌電信號采集器模塊與后端的神經(jīng)反饋干預模塊是分離使用的。為了進一步提高患者使用的方便性，可以將這兩個模塊拼接成一個部件，在本實施例中，患者只需要佩戴一個集合了上述兩個模塊的綁帶或袖套，即可實現(xiàn)神經(jīng)反饋干預系統(tǒng)的功能。

實施例5

在上述實施例中提到的聲、光、電刺激、體表震動等反饋方式既可以單獨應用，又可以根據(jù)需要靈活組合在一起應用。例如對于一個聽力不好的老年腦卒中患者，可以同時選擇光和電刺激這兩種反饋方式，通過例如光顏色和電刺激幅度參數(shù)的變化對其進行康復指導。各種反饋方式及反饋參數(shù)的組合，均在本發(fā)明的保護范圍以內(nèi)。

由于本發(fā)明采用的神經(jīng)反饋干預系統(tǒng)和其控制方法能將患者錯誤的肌肉激發(fā)模式實時告知患者，所以能夠引導患者的肌肉控制模式朝向正確的康復方向而改進。

以上詳細描述了本發(fā)明的較佳具體實施例。應當理解，本領(lǐng)域的普通技術(shù)無需創(chuàng)造性勞動就可以根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)思做出諸多修改和變化。因此，凡本技術(shù)領(lǐng)域中技術(shù)人員依本發(fā)明的構(gòu)思在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上通過邏輯分析、推理或者有限的實驗可以得到的技術(shù)方案，皆應在由權(quán)利要求書所確定的保護范圍內(nèi)。