[发明专利]神经环路导向的上肢功能康复训练系统及方法

说明书

提供一种神经环路导向的上肢功能康复训练系统及方法。该系统包括：近红外神经环路信息采集模块，用于采集相应脑区的近红外脑血氧信号；分析控制模块，接收和分析近红外脑血氧信号和各个位移或角度传感器信号，以形成神经环路导向和脑肢协同康复控制策略；上肢外骨骼模块，佩戴至使用者的腰部、肩部、上肢和手部；显示模块，用于在所述上肢功能康复训练系统使用过程中搭建虚拟现实环境，实现与使用者的拟实环境交互和视觉反馈。该系统以近红外脑血氧信号参数监测、上肢外骨骼多自由度运动参数监测为基础，融合近红外脑血氧信号参数、上肢多自由度运动参数数据信息，实现上肢运动能力的综合评估，提供多种训练模式，满足多样训练需求。

技术领域

本发明涉及一种神经环路导向的上肢功能康复训练系统及方法，用于上肢运动能力评价和康复训练。

背景技术

上肢运动障碍的中枢病因多为脑卒中和脑外伤，病理过程主要涉及皮层或皮质脊髓束的完全或不完全损伤破坏，阻断或干扰感觉运动神经传导通路的功能，导致肢体运动障碍，尤以单侧肢体运动障碍症状最为常见。神经环路是脑内不同性质和功能的神经元通过各种形式的复杂连接。上肢运动功能障碍对应的康复训练手段和设备需要基于大脑网络特性，通过脑肢协同训练促进神经环路重建、功能网络重组和运动能力提升。

但是目前的上肢运动功能康复领域缺乏交互与反馈、评估训练一体化的评估和训练系统；现有上肢外骨骼设备和产品往往不能适应使用者的不同身材尺寸要求，外骨骼的控制方式缺乏神经环路导向和脑肢协同康复策略，康复效率低下。

发明内容

基于上述问题和技术手段，本发明的目的是提供一种神经环路导向的上肢功能康复训练系统及方法。该上肢功能康复训练系统能够融合近红外脑血氧信号参数、上肢多自由度运动参数，实现上肢运动能力综合评估；能够以神经环路为导向，以外骨骼形式驱动和调整主动、被动、阻尼、镜像等多种训练模式，提高上肢康复效率。

本发明的一方面提供一种神经环路导向的上肢功能康复训练系统，包括近红外神经环路信息采集模块、上肢外骨骼模块、分析控制模块和显示模块，其特征在于：所述近红外神经环路信息采集模块用于采集相应脑区的近红外脑血氧信号，并将采集到的近红外脑血氧信号传输至所述分析控制模块；所述分析控制模块用于接收和分析从所述近红外神经环路信息采集模块传输的近红外脑血氧信号以及接收来自所述上肢外骨骼模块上的各个位移或角度传感器的信号，以形成神经环路导向和脑肢协同康复控制策略；所述上肢外骨骼模块用于佩戴至使用者的腰部、肩部、上肢和手部，并且根据所述分析控制模块形成的康复控制策略辅助上肢完成肩关节前屈后伸和内收外展运动训练、肘关节屈伸运动训练、腕关节屈伸运动训练和手部抓握伸展运动训练；并且所述显示模块用于在所述上肢功能康复训练系统使用过程中搭建虚拟现实环境，实现与使用者的拟实环境交互和视觉反馈。

在一个有利的示例中，所述上肢外骨骼模块包括：柔性软体手套，用于佩戴至使用者的手部上；手腕关节连接块，该手腕关节连接块用于将腕关节柔性驱动装置连接到所述柔性软体手套以驱动所述柔性软体手套；小臂总成，该小臂总成的一端通过所述腕关节柔性驱动装置连接到所述手腕关节连接块；大臂总成，该大臂总成的一端通过肘关节柔性驱动装置连接到所述小臂总成的另一端，所述肘关节柔性驱动装置用于驱动所述小臂总成；肩关节连接块，该肩关节连接块的一端通过第一肩关节柔性驱动装置连接到所述大臂总成的另一端，所述第一肩关节柔性驱动装置用于驱动所述大臂总成；肩部总成，所述肩关节连接块的另一端通过第二肩关节柔性驱动装置连接到该肩部总成，所述第二肩关节柔性驱动装置用于驱动所述肩部总成；以及腰肩固定总成，该腰肩固定总成用于将所述肩部总成固定在使用者肩部并将所述上肢外骨骼模块的质量分布至腰部。

在一个有利的示例中，所述柔性软体手套由柔软材料制造，与每个手指对应的手指套通过拉线连接到拉线总成，拉线总成位于所述肩部总成上并且借助于拉线控制该柔性软体手套的抓握和伸展动作。