[发明专利]一种用于上肢功能恢复的闭环硬脊膜外电刺激系统

权利要求书

1.一种用于上肢功能恢复的闭环硬脊膜外电刺激系统，其特征在于：

所述闭环硬脊膜外电刺激系统包括动作捕捉装置、脑电采集装置、控制装置、脊髓电刺激装置，其中：

所述动作捕捉装置，用于实时获取多角度的人体姿态图像，并将所述人体姿态图像发送给所述控制装置；

所述脑电采集装置，用于实时获取人体的脑电信号，脑电信号经过放大和滤波后发送给所述控制装置；

所述控制装置，接收来自动作捕捉装置的人体姿态图像和来自脑电采集装置的脑电信号，进而实时处理和分析人体姿态图像中的上肢姿态数据(4)和脑电信号中的脑电信号特征(5)，生成包含电刺激参数的指令并发送给所述脊髓电刺激装置；

所述脊髓电刺激装置(7)，接收所述控制装置发来的包含电刺激参数的指令，向人体脊髓发送电刺激脉冲。

2.根据权利要求1所述的一种用于上肢功能恢复的闭环硬脊膜外电刺激系统，其特征在于：所述动作捕捉装置主要由至少两台摄像头(1)组成，摄像头(1)从多视角采集人体上肢的图像作为人体姿态图像。

3.根据权利要求1所述的一种用于上肢功能恢复的闭环硬脊膜外电刺激系统，其特征在于：所述脑电采集装置至少包括多个采集通道、一个参考通道和脑电电极阵列(2)，脑电电极阵列(2)包含了多个布置在人体头部大脑的电极，每个采集通道分别连接各自的一个电极，参考通道连接一个电极并接地，采集通道的各个电极布置在不同的脑区上，采集脑区的脑电变化。

4.根据权利要求3所述的一种用于上肢功能恢复的闭环硬脊膜外电刺激系统，其特征在于：所述脑电采集装置包含用于对各个通道所采集的原始电信号进行处理的前置放大器、差分放大器和模拟滤波器，各个通道所采集的原始电信号依次经前置放大、差分放大和滤波处理后输出到控制装置。

5.根据权利要求1所述的一种用于上肢功能恢复的闭环硬脊膜外电刺激系统，其特征在于：所述控制装置接收人体实时的姿态数据和原始脑电信号并进行预处理，生成处理后的上肢姿态数据(4)和脑电信号特征(5)，再根据上肢姿态数据(4)和脑电信号特征(5)获得人体的当前运动状态和目标状态的差异，生成电刺激指令，发送给所述脊髓电刺激装置(7)。

6.根据权利要求5所述的一种用于上肢功能恢复的闭环硬脊膜外电刺激系统，其特征在于：所述控制装置存储有基于深度学习的人体姿态估计程序，能够通过深度学习模型根据所述动作捕捉装置传输的多视角的人体姿态图像标注出人体上肢的关键点，并三维重建出各个关键点的空间坐标，生成人体上肢的运动学数据作为上肢姿态数据(4)；

所述控制装置存储有脑电信号处理程序，脑电信号处理程序对所述脑电采集装置传输的原始脑电信号进行带通滤波和空间滤波后，获得脑电信号特征(5)；

所述控制装置存储有基于神经网络(6)构造的运动状态分类程序，所述运动状态分类程序根据运动学数据和脑电信号特征(5)判定人体当前的运动状态，进而获得运动状态和目标状态之间的差异；

所述控制装置存储有电刺激控制程序，电刺激控制程序内置了根据人上肢各肌肉的运动学功能和支配上肢各肌肉的运动神经元在脊髓第二颈段到第一胸段之间的分布情况所预定义解剖学映射，电刺激控制程序首先根据所述预定义的解剖学映射确定电刺激位点，然后根据当前运动状态和目标状态之间的差异处理获得具体的电刺激参数，包括电刺激脉冲的频率、幅度、宽度和个数等参数，最后将所述电刺激位点和电刺激参数共同编码为电刺激指令发送给所述脊髓电刺激装置。

7.根据权利要求1所述的一种用于上肢功能恢复的闭环硬脊膜外电刺激系统，其特征在于：所述脊髓电刺激装置(7)接收来自所述控制装置的电刺激指令，对电刺激指令中脊髓的硬脊膜上电刺激位点施加对应参数的电刺激脉冲序列，位于所述电刺激位点的运动神经元被激活，进而支配肌肉进行收缩，使上肢做出对应动作，再被动作捕捉装置和动作捕捉装置采集反馈到控制装置，不断循环往复闭环控制进行电刺激。