[发明专利]假肢控制方法和系统

说明书

【技术领域】

本发明涉及假肢技术，尤其是涉及一种假肢控制方法和系统。

【背景技术】

据国家统计局2006年对我国残疾人口抽样调查数据推算，在全国各类残疾人中，肢体残疾人口最多，为2412万人，占总残疾人口的29.07％。由于意外事故、先天缺陷、疾病、自然灾害等原因，肢体残疾人口还在不断增加。仅在2008年5月的四川汶川大地震中，就有2万多人失去了肢体。这些截肢人士，需要穿戴人工肢体以辅助其日常生活和工作。

根据假肢的控制方式，目前的国内外商业化人工肢体可分为：机械索控假肢、肌电假肢和肌电索控混合假肢。

传统的机械索控假肢是利用假肢使用者的自身力源，通过残留肢体的机械动作拉动绳索或链条来操控假肢的肘关节及手部装置。由于控制方法的固有局限，机械索控假肢存在着功能单一、操控缓慢、动作笨拙、维护困难等问题。

近几十年以来，从残留肢体表面记录的肌电信号被广泛用于人工上肢的控制中。截肢者残留肌肉收缩时，会发生复杂的生化反应，产生微弱的电信号。用置于残留肢体表面的肌电电极可以获取肌肉产生的电信号，这种电信号被称为：肌电信号。肌电信号经放大器进行放大和处理，作为假肢的控制信号。假肢控制器通过微型马达等驱动系统带动假肢关节张合。

目前的肌电假肢利用一对残留肌肉(主缩肌与拮抗肌)控制一个动作自由度。肢体截肢后，肌电信息源是有限的，截肢的程度越高，残留的肢体肌肉越少，而需要恢复的肢体动作越多。因此，这种肌电控制方式不能直接实现假肢的多自由度控制，假肢的使用非常困难。为了用一对肌肉控制多个自由度，肌电假肢增加了动作“模式”切换功能。“模式”的切换是利用同时使一对肌肉“收缩”或附加开关来实现的。假设当前假肢的“模式”是手部动作，而假肢使用者下一步想做肘部的动作，他们需要使一对肌肉同时“收缩”产生肌电。当两个电极的肌电信号幅值都大于给定的“阈值”时，假肢的肢体动作“模式”从手部切换到肘部。然后，可以利两个肌电电极分别控制假肢的两个不同的肘部动作，例如前臂的抬起与放下。这种肌电假肢操控方法不符合人们“自然”使用肢体的方式，导致使用不便。例如，对于肘部以上截肢者，需要用残留的二头肌和三头肌控制腕部动作或手部动作，但在截肢前，二头肌和三头肌是与肘部动作有关的肌肉。这造成假肢使用中的动作笨拙，假肢使用者的精神负担大等不足。据统计，即使在拥有肌电假肢的残疾人中，大约不到50％的人经常使用他们的假肢。

【发明内容】

有鉴于此，有必要提供一种提高使用便利性的假肢控制方法。

另外，还有必要提供一种提高使用便利性的假肢控制系统。

一种假肢控制方法，包括如下步骤：采集生物电信号；提取生物电信号的特征信息；根据特征信息识别动作类型；根据动作类型控制假肢完成相应的动作。

优选地，所述生物电信号为肌电信号，所述肌电信号包括两个以上的通道。

优选地，所述采集生物电信号的步骤包括：将肌电电极记录的电信号进行放大和滤波处理后经模/数转换为数字信号，所述滤波处理带宽为5-450赫兹或所述模/数转换的采样频率为500-1000赫兹。

优选地，所述提取生物电信号的特征信息的步骤包括从所述肌电信号中抽取时域特征参数与/或频域特征参数作为所述肌电信号的特征信息。

优选地，所述时域特征参数为平均绝对值、平均斜率绝对值、样点幅值差、过零率中的一种或两种以上。

优选地，所述抽取频域特征参数为对所述肌电信号进行傅立叶变换，提取以下频域特征参数中的一种或两种：功率谱的平均功率、中值频率。

优选地，所述提取生物电信号的特征信息的步骤包括将所述肌电信号分割为预定时间长度的数据分析窗口，从所述数据分析窗口中抽取所述时域特征参数与/或频域特征参数，并组合在一起形成所述肌电信号的特征信息的特征向量，所述两个以上通道的肌电信号的特征向量组合为肌电特征矩阵。

优选地，所述根据特征信息识别动作类型的步骤包括：采用线性判别分析法分析所述特征信息并根据预先存储的训练结果识别动作类型。

一种假肢控制系统，包括：信号采集模块，用于采集生物电信号；特征提取模块，与所述信号采集模块相连提取所述生物电信号的特征信息；模式识别模块，根据所述特征提取模块获得的所述特征信息识别动作类型；驱动模块，根据所述模式识别模块识别的动作类型控制假肢完成相应的动作。

优选地，所述信号采集模块采集的所述生物电信号为肌电信号，所述特征提取模块提取的所述生物电信号的特征信息为时域特征参数与/或频域特征参数。