[发明专利]一种结合感知功能与机械辅助的康复系统

说明书

技术领域

本发明涉及辅助医疗康复训练设备领域，尤其涉及一种结合感知功能与机械辅助的康复系统。

背景技术

瘫痪肢体功能的恢复有赖于长期的物理康复治疗。例如，对于中风患者而言，要想恢复偏瘫侧肢的功能，就要重复性地让患侧肢体练习所想获得的功能或动作，即所谓的功能再学习。在此过程中，患者往往需要在外力的协助下学会使用指定肌肉群来完成要求的训练任务。同时要尽量纠正身体其他部位不必要的代偿性动作，从而使受训肢体的运动更接近正常人。机器人辅助康复训练主要是通过机电结合的机器人对相应的关节或肢体提供外源性的机械支持，帮助患者的瘫痪肢体体验指定动作以及相应的运动轨迹。在训练时，机器人虽然可以从运动轨迹上纠正患者动作的偏差，但是无法提示患者在过程中应使用哪些肌肉来完成标准动作。这样的训练结果往往是当有机器人辅助时，患者可以完成动作，而没有帮助时患者就无法实现，或使用其他代偿肌肉群。在物理康复治疗中引入感知刺激，例如振动、电刺激、温度等可以增强患者对患侧肌肉位置的本体感受，并有利于受损神经系统的重建以提高康复训练效果。感知刺激一般不直接引起肌肉收缩，只是让患侧肢体产生感觉，从而使患者在运动中可意识到所应使用的肌肉部位。

目前，感知刺激设备与康复机器人还是分别独立的系统，还没有结合两种功能的技术对患者肢体进行协同康复训练的装置。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对上述感知刺激设备与康复机器人分别为独立系统的问题，提供一种结合感知功能与机械辅助的康复系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种结合感知功能与机械辅助的康复系统，所述系统包括感知功能部件、机械辅助部件、用于测量主观运动意向强度的测量部件、以及控制单元；所述控制单元与所述感知功能部件、所述机械辅助部件、所述测量部件连接；

所述感知功能部件，设有用于对肌群产生感知刺激的刺激部件、以及连接于所述刺激部件与所述控制单元之间的刺激发生器；

所述机械辅助部件，设有用于为患者提供辅助机械式支持的传动部件、以及带动所述传动部件工作的电动机；

所述控制单元，接收所述测量部件所测量到的主观运动意向强度，按照所述刺激发生器所产生的感知刺激强度与所述主观运动意向强度的第一关系模式，实时控制所述感知功能部件以使所述刺激部件刺激患者的相应肌群，以及按照所述电动机预设的关节最大输出扭矩与所述主观运动意向强度的第二关系模式，实时控制所述机械辅助部件以使所述传动部件为患者的相应关节提供辅助机械式支持。

在本发明所述的康复系统中，所述刺激发生器所产生的感知刺激强度与所述主观运动意向强度的第一关系模式定义为：

其中，S_i(t)为所述刺激发生器在肌肉i上所产生的实时感知刺激强度，以通过所述刺激部件刺激所述肌肉i；当控制单元未接收到所述刺激部件检测的主观运动意向强度时，刺激发生器的输出强度为0；S_iMax为所述刺激发生器在所述肌肉i上所产生的最大感知刺激强度，所述最大感知刺激强度不引起肌肉主动收缩，S_iMin为所述刺激发生器在所述肌肉i上所产生的最小感知刺激强度；M_i(t)定义为：

其中，y_i(t)为所述测量部件在所述肌肉i上实时测量到的主观运动意向强度，y_iMax为所述测量部件在所述肌肉i上所测量到的主观运动意向强度的最大值。

在本发明所述的康复系统中，所述电动机的预设的关节最大输出扭矩与所述主观运动意向强度的第二关系模式定义为：

T_j(t)＝T_jMax*M_i(t)

其中，T_j(t)为实时控制所述机械辅助部件中的所述传动部件对关节j提供所述辅助机械式支持时的输出扭矩，T_jMax为预设的机械辅助部件中的传动部件对所述关节j的关节最大输出扭矩。

在本发明所述的康复系统中，所述传动部件对关节j提供所述辅助机械式支持时的输出扭矩是与患者想要运动方向一致的辅助力矩，或者是与患者想要运动方向相反的阻力力矩。

在本发明所述的康复系统中，所述机械辅助部件还包括连接于所述传动部件及所述控制单元之间的位移传感器和角度传感器，分别用于测量关节所产生的扭矩和根据所述扭矩而产生的角度信号。