神经环路导向的上肢功能康复训练系统及方法转让专利
申请号 : CN202011041249.9
文献号 : CN112206124B
文献日 : 2022-02-15
发明人 : 李增勇 , 徐功铖 , 张腾宇 , 霍聪聪 , 李艳梅 , 张静莎
申请人 : 国家康复辅具研究中心
摘要 :
权利要求 :
1.一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,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,其中手腕关节连接块安装有手腕三维角度传感器,用于监测手腕的空间旋转角度,小臂三维角度传感器固定在小臂总成的小臂后板后端,用于监测小臂的空间旋转角度,第一大臂三维角度传感器固定在大臂总成的大臂后板后端,用于监测肩关节前屈后伸动作的空间旋转角度,并且肩关节连接块后端安装有第二大臂三维角度传感器,用于监测肩关节内收外展动作的空间旋转角度;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,
神经环路导向和脑肢协同康复控制策略包括:根据由用于驱动柔性软体手套的腕关节柔性驱动装置的驱动电机的编码器、用于驱动小臂总成的肘关节柔性驱动装置的驱动电机的编码器、用于驱动大臂总成的第一肩关节柔性驱动装置的驱动电机的编码器、用于驱动肩部总成的第二肩关节柔性驱动装置的驱动电机的编码器、手腕三维角度传感器、小臂三维角度传感器、第一大臂三维角度传感器和第二大臂三维角度传感器提供的角度信息,由分析控制模块对各个驱动电机的输出轴旋转角度和用于连接柔性软体手套和小臂总成的手腕关节连接块、小臂总成、大臂总成、用于连接大臂总成和肩部总成的肩关节连接块的旋转角度进行标定;
根据近红外脑血氧信号确定基线;以及
根据合适的训练模式进行在线训练或离线训练,其中能够将训练过程显示在显示模块上,并且其中在在线和离线训练过程中,能够将训练过程中所采集的近红外脑血氧信号和各个传感器的数据信号存储至存储单元中,以在训练结束之后进行读取评估,根据以下步骤来实现神经环路导向功能:由分析控制模块截取静息状态下的使用者脑部的每一通道在一段时间内的近红外脑血氧信号的数据取均值,作为各通道近红外脑血氧信号基线值;
根据训练模式和训练任务,将获取的各个通道的近红外脑血氧信号减去各个通道的基线值,再进行滤波,得到滤波后的各通道近红外脑血氧信号;
计算滤波后的各个通道的近红外脑血氧信号的时间序列均值,得到每一个通道的活跃程度AD;
计算每两两通道的近红外脑血氧信号的皮尔逊相关系数PCCs,得到功能连接指标;
根据侧偏性指标计算规则,计算基于活跃程度AD的侧偏性系数LAD和基于皮尔逊相关系数PCCs的侧偏性系数LPCCs,其中侧偏性系数LAD表示同侧脑区和对侧脑区之间的激活程度,并且其中皮尔逊相关系数PCCs表示脑区同侧和对侧的连接程度;
在在线训练模式下,根据所计算的活跃程度AD和皮尔逊相关系数PCCs实时显示使用者的脑激活图和脑功能连接图,显示基于活跃程度的所述侧偏性系数LAD和基于皮尔逊相关系数的侧偏性系数LPCCs,并呈现健康使用者在执行训练任务时的平均脑激活图、平均脑功能连接图、基于活跃程度的平均侧偏性系数和基于皮尔逊相关系数的平均侧偏性系数,以向使用者提供实时视觉反馈和训练效果参考;
在在线训练模式和离线训练模式下,若所述脑激活图、所述脑功能连接图、基于活跃程度的所述侧偏性系数和基于皮尔逊相关系数的所述侧偏性系数偏离相差超过一定阈值,则分析控制模块控制由拇指拉线总成、余指拉线总成和四个柔性关节驱动装置提供的助力或阻力,用于促使使用者完成训练任务。
2.根据权利要求1所述的神经环路导向的上肢功能康复训练系统,其特征在于,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。
3.根据权利要求2所述的神经环路导向的上肢功能康复训练系统,其特征在于,所述拉线总成包括拇指拉线总成和余指拉线总成,分别用于控制拇指和余指的动作,其中所述拇指拉线总成包括拇指拉线电机和拇指拉线齿轮轴,由所述拇指拉线电机驱动所述拇指拉线齿轮轴转动并且所述拇指拉线齿轮轴与所述拇指拉线电机的转动反向,拇指内部拉线和拇指背部拉线分别固定于所述拇指拉线电机和所述拇指拉线齿轮轴,实现驱动拇指内收和外展动作的功能;其中所述余指拉线总成包括余指拉线电机和余指拉线齿轮轴,由所述余指拉线电机驱动所述余指拉线齿轮轴转动并且所述余指拉线齿轮轴与所述余指拉线电机的转动反向,余指内部拉线和余指背部拉线分别固定于所述余指拉线电机和所述余指拉线齿轮轴,实现驱动余指内收和外展动作的功能。
4.根据权利要求1所述的神经环路导向的上肢功能康复训练系统,其特征在于,所述小臂总成包括:小臂前板,该小臂前板的前端用于装配所述腕关节柔性驱动装置;小臂后板;
该小臂后板的后端用于连接所述肘关节柔性驱动装置;以及小臂连接杆,该小臂连接杆用于连接所述小臂前板和所述小臂后板,并且通过该小臂连接杆能够调节所述小臂前板和所述小臂后板之间的相对位置以及调节该小臂总成在使用者的小臂的轴向上的位置。
5.根据权利要求4所述的神经环路导向的上肢功能康复训练系统,其特征在于,所述小臂总成还包括小臂固定块,所述小臂连接杆的一端螺纹连接到所述小臂后板的前端,所述小臂连接杆的另一端穿过位于所述小臂前板上的小臂直线轴承连接到所述小臂固定块,所述小臂固定块能够在所述小臂前板的槽中滑动并且由小臂定位螺钉在所述小臂前板的槽中固定就位。
6.根据权利要求1所述的神经环路导向的上肢功能康复训练系统,其特征在于,所述大臂总成包括:大臂前板,该大臂前板的前端用于装配所述肘关节柔性驱动装置;大臂后板;
该大臂后板的后端用于连接所述第一肩关节柔性驱动装置;以及大臂连接杆,该大臂连接杆用于连接所述大臂前板和所述大臂后板,并且通过该大臂连接杆能够调节所述大臂前板和所述大臂后板之间的相对位置以及调节该大臂总成在使用者的大臂的轴向上的位置。
7.根据权利要求6所述的神经环路导向的上肢功能康复训练系统,其特征在于,所述大臂总成还包括大臂固定块,所述大臂连接杆的一端螺纹连接到所述大臂后板的前端,所述大臂连接杆的另一端穿过位于所述大臂前板上的大臂直线轴承连接到所述大臂固定块,所述大臂固定块能够在所述大臂前板的槽中滑动并且由大臂定位螺钉在所述大臂前板的槽中固定就位。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的神经环路导向的上肢功能康复训练系统,其特征在于,所述分析控制模块位于所述肩部总成上并且包括:无线传输单元,该无线传输单元用于接受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和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,并将所述近红外脑血氧信号和所述上肢外骨骼模块的各个位移或角度传感器的信号传输至分析控制单元和所述显示模块;
所述分析控制单元,该分析控制单元用于分析所述近红外脑血氧信号和所述上肢外骨骼模块的各个位移或角度传感器的信号,控制所述上肢外骨骼模块完成一系列康复动作训练,并将这些数据存储至存储单元中;以及所述存储单元,该存储单元用于存储监测采集的近红外脑血氧信号和所述上肢外骨骼模块的各个位移或角度传感器的信号。
9.根据权利要求1至7中任一项所述的神经环路导向的上肢功能康复训练系统,其特征在于,所述腕关节柔性驱动装置、所述肘关节柔性驱动装置、所述第一肩关节柔性驱动装置和所述第二肩关节柔性驱动装置均由驱动电机和弹性元件组成,所述驱动电机的输出轴与所述弹性元件相连,所述弹性元件的输出轴即为这些柔性关节驱动装置的输出轴。
10.根据权利要求1所述的神经环路导向的上肢功能康复训练系统,其特征在于,所述训练模式主要包括以下模式:
主动训练模式,在该模式下,由使用者自行在虚拟现实交互场景中完成训练任务;
被动训练模式,在该模式下,由分析控制模块控制拇指拉线总成、余指拉线总成和各个柔性关节驱动装置,以带动使用者上肢完成虚拟场景中的训练任务;
助动训练模式,在该模式下,根据所要完成任务要求的上肢运动位置和实际上肢运动位置差反馈信息,分析控制模块控制拇指拉线总成、余指拉线总成和各个柔性关节驱动装置为上肢运动提供辅助动力,帮助完成训练任务;
阻尼训练模式,在该模式下,由使用者自行在虚拟现实交互场景中完成训练任务,分析控制模块控制拇指拉线总成、余指拉线总成和各个柔性关节驱动装置为上肢运动提供分级的运动阻力,以锻炼使用者的上肢运动能力;
虚拟镜像训练模式,在该模式下,在显示模块的3D虚拟现实场景中显示虚拟的对侧肢体运动图像,由分析控制模块控制拇指拉线总成、余指拉线总成和各个柔性关节驱动装置,以帮助使用者上肢完成相应的被动、助动、主动、阻尼训练;
实际镜像训练模式,在该模式下,使用者需要佩戴双侧对称的上肢外骨骼模块,其中,主动上肢外骨骼模块为佩戴至健侧的上肢外骨骼模块,被动上肢外骨骼模块为佩戴至患侧的上肢外骨骼模块,在完成双侧对称的主动上肢外骨骼模块和被动上肢外骨骼模块的标定步骤和静息步骤之后,将主动上肢外骨骼模块的各个传感器的数据信号传输至被动上肢外骨骼模块,由被动上肢外骨骼模块的分析控制模块控制该被动上肢外骨骼模块的拇指拉线总成、余指拉线总成和各个柔性关节驱动装置带动使用者患侧上肢完成与健侧上肢对称的训练任务;
治疗师带动训练模式,在该模式下,治疗师需要佩戴主动上肢外骨骼模块,使用者需要佩戴被动上肢外骨骼模块,在完成主动上肢外骨骼模块和被动上肢外骨骼模块的标定步骤和静息步骤之后,将主动上肢外骨骼模块的各个传感器数据信号实时地传输至被动上肢外骨骼模块,由被动上肢外骨骼模块的分析控制模块控制该被动上肢外骨骼模块的拇指拉线总成、余指拉线总成和各个柔性关节驱动主装置,以带动使用者患侧上肢完成与治疗师上肢相同的训练任务。
11.根据权利要求1所述的神经环路导向的上肢功能康复训练系统,其特征在于,根据以下公式计算基于活跃程度AD的侧偏性系数LAD: ,其中,AD同侧为同侧脑区所有通道的平均激活程度,AD对侧为对侧脑区所有通道的平均激活程度;LAD值为1代表完全的同侧激活,‑1代表完全的对侧激活,接近0的LAD值代表较为平衡的激活模式,
并且根据以下公式计算基于皮尔逊相关系数PCCs的侧偏性系数LPCCs,,
其中,C同侧为同侧脑区存在功能连接的体素数量,T同侧为同侧脑区总体素数量,C对侧为对侧脑区存在功能连接的体素数量,T对侧为对侧脑区总体素数量;LPCCs值范围同样介于1到‑1之间,其中‑1代表仅存在对侧连接,1代表仅存在同侧连接,接近0的值表示对称连接。
说明书 :
神经环路导向的上肢功能康复训练系统及方法
技术领域
背景技术
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。
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
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。
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。
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。
软体手套的抓握和伸展动作。
拉线电机驱动所述拉线齿轮轴转动并且所述拉线齿轮轴与所述拇指拉线电机的转动反向,
拇指内部拉线和拇指背部拉线分别固定于所述拇指拉线电机和所述拇指拉线齿轮轴,实现
驱动拇指内收和外展动作的功能;其中所述余指拉线总成包括余指拉线电机和余指拉线齿
轮轴,由所述余指拉线电机驱动所述余指拉线齿轮轴转动并且所述余指拉线齿轮轴与所述
余指拉线电机的转动反向,余指内部拉线和余指背部拉线分别固定于所述余指拉线电机和
所述余指拉线齿轮轴,实现驱动余指内收和外展动作的功能。
置;以及小臂连接杆,该小臂连接杆用于连接所述小臂前板和所述小臂后板,并且通过该小
臂连接杆能够调节所述小臂前板和所述小臂后板之间的相对位置以及调节该小臂总成在
使用者的小臂的轴向上的位置。
连接到所述小臂固定块,所述小臂固定块能够在所述小臂前板的槽中滑动并且由小臂定位
螺钉在所述小臂前板的槽中固定就位。
动装置;以及大臂连接杆,该大臂连接杆用于连接所述大臂前板和所述大臂后板,并且通过
该大臂连接杆能够调节所述大臂前板和所述大臂后板之间的相对位置以及调节该大臂总
成在使用者的大臂的轴向上的位置。
连接到所述大臂固定块,所述大臂固定块能够在所述大臂前板的槽中滑动并且由大臂定位
螺钉在所述大臂前板的槽中固定就位。
信号和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,并将所述近红外脑血
氧信号和所述上肢外骨骼模块的各个位移或角度传感器的信号传输至分析控制单元和所
述显示模块;所述分析控制单元,该分析控制单元用于分析所述近红外脑血氧信号和所述
上肢外骨骼模块的各个位移或角度传感器的信号,控制所述上肢外骨骼模块完成一系列康
复动作训练,并将这些数据存储至存储单元中;以及所述存储单元,该存储单元用于存储监
测采集的近红外脑血氧信号和所述上肢外骨骼模块的各个位移或角度传感器的信号。
所述驱动电机的输出轴与所述弹性元件相连,所述弹性元件的输出轴即为这些柔性关节驱
动装置的输出轴。
机的编码器、用于驱动大臂总成的第一肩关节柔性驱动装置的驱动电机的编码器、用于驱
动肩部总成的第二肩关节柔性驱动装置的驱动电机的编码器、手腕三维角度传感器、小臂
三维角度传感器、第一大臂三维角度传感器和第二大臂三维角度传感器的角度信息,对各
个驱动电机的输出轴旋转角度和用于连接柔性软体手套和小臂总成的手腕关节连接块、所
述小臂总成、大臂总成、用于连接所述大臂总成和肩部总成的肩关节连接块的旋转角度进
行标定;
所采集的近红外脑血氧信号和各个传感器的数据信号存储至存储单元中,以在训练结束之
后进行读取评估。
动为上肢运动提供辅助动力,帮助完成训练任务;
分级的运动阻力,以锻炼使用者的上肢运动能力;
装置,以帮助使用者上肢完成相应的被动、助动、主动、阻尼训练;
患侧的上肢外骨骼模块,在完成双侧对称的主动上肢外骨骼模块和被动上肢外骨骼模块的
标定步骤和静息步骤之后,将主动上肢外骨骼模块的各个传感器的数据信号传输至被动上
肢外骨骼模块,由被动上肢外骨骼模块的分析控制模块控制该被动上肢外骨骼模块的拇指
拉线总成、余指拉线总成和各个柔性关节驱动装置带动使用者患侧上肢完成与健侧上肢对
称的训练任务;
步骤和静息步骤之后,将主动上肢外骨骼模块的各个传感器数据信号实时地传输至被动上
肢外骨骼模块,由被动上肢外骨骼模块的分析控制模块控制该被动上肢外骨骼模块的拇指
拉线总成、余指拉线总成和各个柔性关节驱动主装置,以带动使用者患侧上肢完成与治疗
师上肢相同的训练任务。
活程度,并且其中皮尔逊相关系数PCCs表示脑区同侧和对侧的连接程度;
相关系数的侧偏性系数LPCCs,并呈现健康使用者在执行训练任务时的平均脑激活图、平均
脑功能连接图、基于活跃程度的平均侧偏性系数和基于皮尔逊相关系数的平均侧偏性系
数,以向使用者提供实时视觉反馈和训练效果参考;
值,则分析控制模块控制由拇指拉线总成、余指拉线总成和四个柔性关节驱动装置提供的
助力或阻力,用于促使使用者完成训练任务。
为平衡的激活模式
到‑1之间,其中‑1代表仅存在对侧连接,1代表仅存在同侧连接,接近0的值表示对称连接。
的近红外脑血氧信号传输至位于所述上肢外骨骼模块的分析控制模块的分析控制单元;
伸展运动训练。分析控制模块接收和分析所述近红外神经环路信息采集模块传输的所述近
红外脑血氧信号,形成神经环路导向和脑肢协同康复控制策略,提供主动、被动、阻尼、镜像
等多种训练模式;
镜像训练模式。
述通道排布模板用于设定具体需要探测的脑功能区皮层位置。
(腕关节柔性驱动、肘关节柔性驱动、第一肩关节柔性驱动和第二肩关节柔性驱动)。
式控制软体手套的抓握和伸展动作;
向相反,实现驱动手指内收和外展动作功能。具体地,拇指内部拉线和拇指背部拉线经过所
述肩部总成的拇指拉线传感器连接至位于所述肩部总成的拇指拉线总成;余指的四条内部
拉线在手心处汇聚成一条余指内部拉线,余指的四条背部拉线在手背处汇聚成一条余指背
部拉线,所述余指内部拉线和余指背部拉线经过所述肩部总成的余指拉线传感器连接至位
于所述肩部总成的余指拉线总成。
定于所述拇指拉线电机和所述拇指拉线齿轮轴,实现驱动拇指内收和外展动作的功能;所
述余指拉线总成包括余指拉线电机和余指拉线齿轮轴,由所述余指拉线电机驱动所述余指
拉线齿轮轴反向转动,所述余指内部拉线和所述余指背部拉线分别固定于所述余指拉线电
机和所述余指拉线齿轮轴,实现驱动余指内收和外展动作的功能;
小臂盖板、小臂固定块、小臂定位螺钉、小臂三维角度传感器、小臂软性支撑层和小臂绑带。
小臂前板的滑动槽中滑动,所述小臂盖板覆盖在小臂前板的滑动槽上。
总体长度。
大臂盖板、大臂固定块、大臂定位螺钉和第一大臂三维角度传感器、大臂软性支撑层和大臂
绑带。
前板的滑动槽中滑动,所述大臂盖板覆盖在大臂前板的滑动槽上。
成的总体长度。
动装置的输出轴。
部总成上。
的信号传输至所述分析控制单元和所述显示模块。
完成标定功能和一系列康复动作训练,并将数据存储至所述存储单元中。
元件相连,所述弹性元件输出轴即为所述柔性关节驱动输出轴。
轴向固定。
活动状态和复现使用者上肢活动至虚拟场景中,与使用者产生视觉反馈和拟实交互。
块至腰部、患侧上肢和患侧手部,所属显示模块显示脑部功能活动图像、预设的虚拟现实场
景和复现的3D上肢图像;
感器、小臂三维角度传感器、第一大臂三维角度传感器和第二大臂三维角度传感器的角度
信息作出所述驱动电机和所述手腕关节连接块、所述小臂总成、所述大臂总成和所述肩关
节连接块的相对旋转角度标定;
个柔性关节驱动为上肢运动提供辅助动力,帮助完成训练任务;
肢运动提供分级的运动阻力,锻炼使用者的上肢运动能力;
总成和所述四个柔性关节驱动帮助使用者上肢完成被动、助动、主动、阻尼训练;
所述上肢外骨骼模块,被动上肢外骨骼模块为佩戴至患侧的所述上肢外骨骼模块;在完成
双侧对称的所述上肢外骨骼模块标定步骤和静息步骤后,所述主动上肢外骨骼模块的所述
无线传输单元实时将所述主动上肢外骨骼模块的各传感器数据传输至所述被动上肢外骨
骼模块的所述无线传输单元,由所述被动上肢外骨骼模块的所述分析控制单元控制所述被
动上肢外骨骼模块的所述拇指拉线总成、所述余指拉线总成和所述四个柔性关节驱动带动
使用者患侧上肢完成与健侧上肢对称的训练任务。
模块的标定步骤和静息步骤后,所述主动上肢外骨骼模块的所述无线传输单元实时将所述
主动上肢外骨骼模块的各传感器数据传输至所述被动上肢外骨骼模块的所述无线传输单
元,由所述被动上肢外骨骼模块的所述分析控制单元控制所述被动上肢外骨骼模块的所述
拇指拉线总成、所述余指拉线总成和所述四个柔性关节驱动带动使用者患侧上肢完成与治
疗师相同的训练任务。
练模式训练;训练过程中实时采集近红外脑血氧信号和各传感器数据存储至所述存储单元
中,在训练结束后可读取评估。
述侧偏性系数LAD和侧偏性系数LPCCs,并呈现健康使用者在执行训练任务时的平均脑激活
图、平均脑功能连接图、平均侧偏性系数LAD和平均侧偏性系数LPCCs,为使用者提供实时视
觉反馈和训练效果参考;
析控制单元控制减小所述拇指拉线总成、余指拉线总成和四个柔性关节驱动提供的助力大
小,以让使用者主动做出更大努力完成训练任务;
析控制单元控制增大所述拇指拉线总成、余指拉线总成和四个柔性关节驱动提供的阻力大
小,以让使用者主动做出更大努力完成训练任务;
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;通过虚拟现实交互技术手
段,提供训练过程中的视觉反馈,提高脑肢协同康复效率。
方面、实施方式和特征将会是容易明白的。
附图说明
公开的一些实施方式,而不应将其视为是对本发明范围的限制。
具体实施方式
其做出任何限制。
红外脑血氧信号传输至上肢外骨骼模块上的分析控制模块的分析控制单元。
握伸展运动训练。
式。
练模式。
排布模板用于设定具体需要探测的脑功能区皮层位置。
驱动11、肘关节柔性驱动12、第一肩关节柔性驱动13和第二肩关节柔性驱动14)。
图;图6为本发明实施例的大臂总成和肩关节连接块示意图;图7为本发明实施例的肩部总
成和腰肩固定总成示意图;以及图8为本发明实施例的腕关节柔性驱动示意图。
403,由拉线形式控制软体手套的抓握和伸展动作。
线总成906;余指的四条内部拉线在手心处汇聚成一条余指内部拉线,余指的四条背部拉线
在手背处汇聚成一条余指背部拉线,余指内部拉线和余指背部拉线经过肩部总成9的余指
拉线传感器909连接至位于肩部总成的余指拉线总成907。
线齿轮轴,实现驱动拇指内收和外展动作的功能;余指拉线总成907包括余指拉线电机和余
指拉线齿轮轴,由余指拉线电机驱动余指拉线齿轮轴反向转动,余指内部拉线和余指背部
拉线分别固定于余指拉线电机和余指拉线齿轮轴,实现驱动余指内收和外展动作的功能。
如下实现拇指和余指的内收和外展动作的功能:柔性软体手套上的每根手指都布置有内部
拉线和背部拉线,内部拉线拉紧则实现弯屈动作,背部拉线拉紧则实现伸张动作;当一侧拉
线拉紧时,另一侧拉线需要舒张,因此内部和背部拉线的运动方向需要反向。将内部拉线布
置在拉线电机上,背部拉线布置在拉线齿轮轴上,拉线电机和拉线齿轮轴由一对齿轮啮合
传动,来实现内侧拉线和外侧拉线的反向。
承604、小臂盖板605、小臂固定块606、小臂定位螺钉607、小臂三维角度传感器608、小臂软
性支撑层609和小臂绑带610。
槽内滑动,小臂盖板605覆盖在小臂前板601的滑动槽上。
总体长度。
承704、大臂盖板705、大臂固定块706、大臂定位螺钉707和第一大臂三维角度传感器708、大
臂软性支撑层709和大臂绑带710。
滑动,大臂盖板705覆盖在大臂前板701的滑动槽上。
总体长度。
轴。肩关节连接块8后端安装有第二大臂三维角度传感器803,用于监测肩关节内收外展动
作的空间旋转角度。
线传感器908、余指拉线传感器909和肩部软性支撑层910。
度传感器的信号传输至分析控制单元904和显示模块3。
使用者完成标定功能和一系列康复动作训练,并将数据存储至存储单元905中。
说明)均由驱动电机1101和弹性元件1102组成,驱动电机输出轴1103与弹性元件1102相连,
弹性元件输出轴1104即为柔性关节驱动输出轴1104,其中:驱动电机1101内置编码器和限
位开关,用于采集电机旋转角度和限定电机极限转角,保障使用者使用安全;四个柔性关节
驱动输出轴1104分别与手腕关节连接块5、小臂后板602、大臂后板702和肩关节连接块8后
端采用键连接方式连接,采用轴端挡圈1105方式进行轴向固定;弹性元件1102采用弹簧、乳
胶管或复合弹性体构成。
态和复现使用者上肢活动至虚拟场景中,与使用者产生视觉反馈和拟实交互。
腰部、患侧上肢和患侧手部,所属显示模块3显示脑部功能活动图像、预设的虚拟现实场景
和复现的3D上肢图像;
位置范围内完成电机输出轴角度和柔性关节输出轴角度的对应关系,从而能保证控制的精
准性。由使用者或他人辅助使用者完成肩关节前屈后伸和内收外展、肘关节屈伸和腕关节
屈伸极限位置动作。分析控制单元904根据驱动电机内置编码器、手腕三维角度传感器502、
小臂三维角度传感器608、第一大臂三维角度传感器708和第二大臂三维角度传感器803的
角度信息,对驱动电机和手腕关节连接块5、小臂总成6、大臂总成7和肩关节连接块8的相对
旋转角度进行标定;
节驱动装置为上肢运动提供辅助动力,帮助完成训练任务;
提供分级的运动阻力,锻炼使用者的上肢运动能力;
性关节驱动帮助使用者上肢完成相应的被动、助动、主动、阻尼训练;
肢外骨骼模块2,被动上肢外骨骼模块2’为佩戴至患侧的上肢外骨骼模块2’;在完成双侧对
称的上肢外骨骼模块2和2’标定步骤和静息步骤后,主动上肢外骨骼模块2的无线传输单元
903实时将主动上肢外骨骼模块2的各传感器数据传输至被动上肢外骨骼模块2’的无线传
输单元903’,由被动上肢外骨骼模块2’的分析控制单元904’控制被动上肢外骨骼模块2’的
拇指拉线总成906’、余指拉线总成907’和四个柔性关节驱动带动使用者患侧上肢完成与健
侧上肢对称的训练任务;
步骤和静息步骤后,主动上肢外骨骼模块2的无线传输单元903实时将主动上肢外骨骼模块
2的各传感器数据传输至被动上肢外骨骼模块2’的无线传输单元903’,由被动上肢外骨骼
模块2’的分析控制单元904’控制被动上肢外骨骼模块的拇指拉线总成906’、余指拉线总成
907’和四个柔性关节驱动装置带动使用者患侧上肢完成与治疗师上肢相同的训练任务。
训练模式训练;训练过程中实时采集近红外脑血氧信号和各传感器数据存储至存储单元
905中,在训练结束后可读取评估。
幅频特性函数为:
为保证巴特沃斯滤波器的稳定性,本实施例选用0.01‑0.08Hz的三阶巴特沃斯滤波器;
为平衡的激活模式;
间,其中‑1代表仅存在对侧连接,1代表仅存在同侧连接,接近0的值表示对称连接;
数LAD和侧偏性系数LPCCs,并呈现健康使用者在执行训练任务时的平均脑激活图、平均脑
功能连接图、平均侧偏性系数LAD和平均侧偏性系数LPCCs,为使用者提供实时视觉反馈和
训练效果参考;
成906、余指拉线总成907和四个柔性关节驱动提供的助力大小,以让使用者主动做出更大
努力完成训练任务;
成906、余指拉线总成907和四个柔性关节驱动提供的阻力大小,以让使用者主动做出更大
努力完成训练任务;
人员在本发明揭露的技术范围内,其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或
可轻易想到变化,或者对其中部分技术特征进行等同替换,而这些修改、变化或者替换,并
不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围,都应涵盖在本发明的
保护范围之内。因此,本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。