[发明专利]功能性电刺激和外骨骼设备的协调控制方法、装置、存储介质及系统

说明书

本发明涉及一种功能性电刺激和外骨骼设备的协调控制方法、装置、存储介质及系统。本发明的技术方案是：获取针对某位患者用户设置的人体肌肉模型参数、功能性电刺激的控制参数和外骨骼设备的控制参数，以及功能性电刺激和外骨骼设备的分配比；将所设置的人体肌肉模型参数、功能性电刺激的控制参数、外骨骼设备的控制参数及分配比输入患者用户模型获取预设关节运动轨迹；所述患者用户模型根据多名已知人体肌肉模型参数的健康用户在不同分配比的功能性电刺激和外骨骼设备作用下产生的相应关节运动轨迹构建而成；获取该某位患者用户在相应分配比的功能性电刺激及外骨骼设备作用下的实际关节运动轨迹信息。本发明适用于康复训练领域。

技术领域

本发明涉及一种功能性电刺激和外骨骼设备的协调控制方法、装置、存储介质及系统，适用于康复训练领域。

背景技术

我国残疾人人口基数庞大，并且随着社会老龄化的进一步加剧，我国肢体残疾患者的数量进一步增加。在肢体残疾人中，仅有部分为截肢者，其余大部分为后天性身体运动功能障碍者，如因脑卒中导致的偏瘫、因脊髓损伤导致的截瘫等，而这些患者通过适当有效的康复训练极有可能恢复肢体运动功能。

传统的康复训练多为由康复医师辅助进行被动训练，费时费力且疗效不显著。目前，我国的康复医疗资源十分紧缺，专业的康复机构、设备和康复医师的数量远远无法满足日益增长的康复需求。随着人工智能的快速发展，机器人辅助康复的医疗技术正在逐渐普及。

外骨骼设备可以为瘫痪病人提供较大的力矩辅助，并对一些不易实现的运动，如髋关节的屈曲等有很好的帮助作用，能够在一定程度上减轻医护人员的压力，但是通过机器人被动地带动患肢训练，训练模式单一，患者参与意识低，恢复效果有限。

功能性电刺激是一种利用人工弱电流脉冲信号刺激患者肌肉收缩，重建肢体运动功能的神经康复技术，有助于促进血液循环，防止肌肉废用性萎缩，提高肌肉活力。但是使用功能性电刺激会带来肌肉疲劳，这限制了患者站立和行走活动的持续时间；并且对于一些长期瘫痪的病人而言，功能性电刺激产生的转矩不足，控制困难。

将外骨骼设备和功能性电刺激(FES)相结合可改善两者单一辅助的缺陷，增强患者对患侧肌肉的感受，增加患者的参与度，有利于受损神经系统的重建，提高康复训练效果。两者协同工作可以减少功能性电刺激引起的疲劳效应，此外电刺激诱发的生理肌力可以潜在地减少外骨骼中的执行器尺寸和功耗，使得设备更加轻便。

混合功能性电刺激的外骨骼设备具有高度非线性和时变性，因此会造成控制困难。并且，人的肌肉骨骼模型存在个体差异，使得系统识别模型需要繁琐的过程，增加医师控制的难度。此外，混合外骨骼协同控制中还存在轨迹跟踪误差较大，人机系统随动性能差，模型系统鲁棒性不足等问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供一种功能性电刺激和外骨骼设备的协调控制方法、装置、存储介质及系统。

本发明所采用的技术方案是：一种功能性电刺激和外骨骼设备的协调控制方法，其特征在于：

获取针对某位患者用户设置的人体肌肉模型参数、功能性电刺激的控制参数和外骨骼设备的控制参数，以及功能性电刺激和外骨骼设备的分配比；

将所设置的人体肌肉模型参数、功能性电刺激的控制参数、外骨骼设备的控制参数及分配比输入患者用户模型获取预设关节运动轨迹；所述患者用户模型根据多名已知人体肌肉模型参数的健康用户在不同分配比的功能性电刺激和外骨骼设备作用下产生的相应关节运动轨迹构建而成；

获取该某位患者用户在相应分配比的功能性电刺激及外骨骼设备作用下的实际关节运动轨迹信息；