[发明专利]交互式骑行系统和使用肌肉信号控制骑行模式及刺激强度的方法

说明书

本发明公开了一种针对下肢残障人士的以肌肉信号驱动的康复训练交互式骑行系统和方法。旨在增强患者的肌肉、骨骼以及肌肉协调性。本系统整合电机动力与肌肉力量，使得康复训练更加便利有效，并以患者实时肌肉信号的强度作为参考量，实时调节电机转速以施加辅助力或阻力。同时，本系统在患者下肢肌肉施加电脉冲使之产生收缩从而维持连续的骑行动作。

技术领域

本申请涉及一种交互式骑行系统。

背景技术

固定式自行车可用作中风或下肢残疾患者的康复工具。在治疗期间,患者可通过电脉冲刺激来增强恢复已损伤肌肉。本文中所描述的系统可增强肌肉、骨骼与肌肉协调性。

发明内容

本发明的实施方式提供了用于残障人士康复训练的以肌肉信号驱动的交互式骑行系统。在基于家庭和临床设置中，患有中风或下肢残疾患者可使用自行车来进行康复训练。该系统旨在加强患者的肌肉、骨骼与肌肉协调性。

该系统整合电机动力与肌肉力量，以便于康复锻炼。本系统使用肌肉信号的强度作为自主意图的输入(来自表面电极的肌肉活动)，可驱动电机以不同的速度旋转，从而促进骑行运动。由刺激器输出的电脉冲信号可刺激目标肌肉以产生肌肉收缩，从而使患者保持连续的骑行运动。交互式骑行系统也可充分利用外部力量来促进单侧腿部训练，而无需涉及未受影响的腿部。

附图说明

图1a是包含刺激伪信号的经处理的肌电图(EMG)。图1b是不包含刺激伪信号的经处理的肌电图。图1c是经处理的肌电与刺激伪信号的放大图。

图2是腿部肌肉系统的示意图，其中刺激电极和EMG电极放置在腿后肌、股四头肌、腓肠肌和胫骨前肌上。

图3是与腿后肌、股四头肌、腓肠肌和胫骨前肌相关的骑行模式的示意图。

图4是L形踝部矫形器的正视图(左)和侧视图(右)。

图5a是45°视角的交互式骑行系统的示意图。图5b是45°视角的交互式骑行系统的实物图。

图6a是90°视角的交互式骑行系统的示意图。图6b是90°视角的交互式骑行系统的实物图。

图7是交互式骑行系统的后视图。

图8是交互式骑行系统的电机与扭矩传感器的实物图。

图9是交互式骑行系统的链传动的实物图。

图10是交互式骑行系统的链传动系统、控制箱和电极的配置方式的示意图。

图11是放置在腿后肌、股四头肌、腓肠肌和胫骨前肌上的刺激电极和EMG电极的位置示意图。

图12a是进行单侧训练的交互式骑行系统的图像。图12b是进行双侧腿部训练的交互式骑行系统的图像。

图13是确定电刺激强度的过程的流程图。

图14是确定电机速度的过程的流程图。

图15a是基于卧式姿势设计的交互式骑行系统的视图。图15b是基于直立姿势设计的交互式骑行系统的示意图。

图16是与激活时间窗100％重叠的经处理的肌肉信号的示意图。

具体实施方式

以肌肉信号驱动的骑行康复系统可用作中风或下肢残疾患者的康复训练工具。