[发明专利]基于超声检测控制的人工肌肉协同镜像康复系统及控制方法

说明书

本发明公开了基于超声检测控制的人工肌肉协同镜像康复系统及控制方法，康复系统包括超声检测组，气动肌肉组，电控组，所述超声检测组对用户的健侧肢体肌肉进行高密度阵列超声检测，获取健侧肢体的肌肉状态，并通过所述电控组分析肌肉状态信息解析肢体协同运动信息，气动肌肉组模拟人类肢体骨骼肌在骨骼上的布置和附着方式，由电控组控制进行协同驱动，实现健侧肢体的镜像动作，本发明采用超声检测与气动肌肉模拟镜像运动的方式，可以在肌肉层面检测健侧肢体运动模式(包括运动幅度、运动角度、运动速度和力度等)，实时协同控制患侧肢体完全模仿健侧肢体的运动，使得康复设备可以辅助患者达到镜像运动效果，提高康复效率。

技术领域

本发明涉及基于超声检测控制的人工肌肉协同镜像康复系统及控制方法，属于可穿戴康复器械领域。

背景技术

运动功能障碍俗称“偏瘫”，对人的工作和生活具有严重的影响。当前我国有相当数量的运动功能障碍者，引起运动功能障碍的主要原因有：脑卒中等疾病和意外事故。无论是疾病或者肢体损伤造成的运动功能障碍，良好的肢体康复训练都可以提高肢体活动能力和促进神经功能重塑。

针对运动功能障碍的康复训练方法，骨科医生罗伯特在1960年提出了连续被动活动康复疗法(continuous passivemotion,CPM)。通过外力带动患肢做长时间全范围的被动活动，以此防止病患关节的僵硬，并促进患肢血液循环达到加速康复的目的。CPM疗法已被证实效果明显，但由于高强度和高重复性的特点，对理疗师的劳动强度提出了很高要求。为解决上述问题，可穿戴康复装置及其相关技术被应用到肢体康复中，利用肢体康复系统代替理疗师，驱动患肢进行被动运动，促进肢体功能恢复。

另外，在运动康复方法中，镜像疗法(mirror therapy,MT)被广泛应用并取得了良好的康复效果。镜像疗法又称镜像视觉反馈疗法(mirror visual feedback，MVF)，利用平面镜成像原理，将健侧活动的画面复制到患侧，让患者想象患侧运动，通过视错觉、视觉反馈以及虚拟现实，结合康复训练项目而成的治疗手段，根据镜像疗法可以延伸出健侧肢体控制患侧肢体的外骨骼辅助疗法，将虚拟的镜像疗法升级为真实的肢体镜像运动疗法。

但是当前通过单纯康复训练器械进行镜像式被动康复训练的方法存在诸多弊端，如：在驱动患侧肢体运动时，无法捕捉健侧肢体运动模式(包括运动幅度、运动角度、运动速度和力度等)，导致患侧肢体无法完全模仿健侧肢体的运动，使得康复设备无法辅助患者达到镜像运动效果，降低康复效率。

针对上述问题，设计一种能够实时检测健侧肢体运动信息(包括运动幅度、运动角度、运动速度和力度等)，并根据上述信息实时地驱动患侧肢体以同样的运动模式完成镜像动作的康复装置变得十分必要。

发明内容

本发明为解决上述技术问题，提供基于超声检测控制的人工肌肉协同镜像康复系统及控制方法，能够实时检测健侧肢体运动信息(包括运动幅度、运动角度、运动速度和力度等)，并根据上述信息实时地驱动患侧肢体以同样的运动模式完成镜像动作。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案一是：

基于超声检测控制的人工肌肉协同镜像康复系统，包括电控组、穿戴于用户的健侧肢体上用于获取健侧肢体肌肉状态的超声检测组和穿戴于用户的患侧肢体上用于驱动患侧肢体进行镜像康复动作的气动肌肉组；

所述电控组包括微控制器、用于实时检测健侧的肢体位姿及患侧肢体在气动肌肉组驱动下的肢体位姿的位姿传感器和驱动气动肌肉组进行运动的气泵驱动板；

所述微控制器接收超声检测组传递的健侧肢体的肌肉状态信号，并将控制信号输出到气泵驱动板，气泵驱动板驱动气动肌肉组来控制患侧肢体进行镜像康复动作；同时微控制器接收位姿传感器检测的健侧肢体与患侧肢体的位姿信息，并将患侧肢体的位姿信息与健侧肢体的位姿信息进行比对，通过算法进行控制矫正，将矫正后的信息输出到气泵驱动板，来矫正气动肌肉组控制患侧肢体的动作。