一种健侧患侧协同的主动下肢训练系统及其操作方法技术方案

本发明专利技术公开了一种健侧患侧协同的主动下肢训练系统及其操作方法，肌电电极分布在患者的健侧腿部以及患侧腿部，传感器和陀螺仪设置在健侧腿部，计算机分别与肌电电极、传感器和陀螺仪连接，外骨骼设置在患侧腿部，外骨骼通过电机与计算机连接，计算机用于接收肌电电极、传感器和陀螺仪输入的信号并根据结果驱动电机带动外骨骼运动并通过人机交互界面产生镜像神经元诱发及视觉反馈。本系统可以以调整健侧运动速度来调整患侧运动，进而实现整体步速的调节，更加逼近健康人行走过程，患者可以根据自己的状态做出实时的调整，更大程度发挥了患者主观能动性，采取压力传感器及先前时间差校准的方式，增加了系统稳定性及安全性。

【技术实现步骤摘要】
一种健侧患侧协同的主动下肢训练系统及其操作方法
本专利技术属于医疗康复设备
，具体涉及一种健侧患侧协同的主动下肢训练系统及其操作方法。
技术介绍
随着生活水平的提高及生育意识的改变，人口老龄化问题越来越严重，许多老人由于中风等原因造成身体瘫痪，使晚年生活造成极大不便。中风瘫痪患者可以通过大量的康复训练激发大脑可塑性，恢复一定的运动能力，实现生活自理，提高生活质量，最大程度的回归社会。但目前下肢康复训练绝大部分需要治疗师实时检测患者，人为纠正康复运动动作，这种康复训练缺少量化指标，在人为纠正过程中会有纠正不准确问题，严重影响康复训练效果。近几年，随着机器人技术的发展，渐渐出现了各式各样的下肢康复外骨骼机器人，有效的量化了各种指标，但是这些康复系统大多以被动康复为主，虽然也存在基于脑机接口或肌电信号的下肢康复外骨骼机器人，但是这些系统均为单一选择动作意图结合的半主动，没有做到瘫软期或严重运动功能损伤病人的完全主动康复，由于现有康复机器人没有实现完整运动区神经激活，导致康复效果较差。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种健侧患侧协同的主动下肢训练系统及其操作方法，能提高患者康复训练的主动性和积极性，提高康复的效果。本专利技术采用以下技术方案：一种健侧患侧协同的主动下肢训练系统，包括肌电电极、外骨骼、传感器、陀螺仪和计算机，肌电电极分布在患者的健侧腿部以及患侧腿部，传感器和陀螺仪设置在健侧腿部，计算机分别与肌电电极、传感器和陀螺仪连接，外骨骼设置在患侧腿部，外骨骼通过电机与计算机连接，计算机用于接收肌电电极、传感器和陀螺仪输入的信号并根据结果驱动电机带动外骨骼运动并通过人机交互界面产生镜像神经元诱发及视觉反馈。具体的，传感器包括角度传感器和压力传感器，角度传感器包括多个，分别设置在健侧腿部的髋关节、膝关节和踝关节处，压力传感器设置在健侧脚底。具体的，陀螺仪包括多个，分别设置在健侧腿部的大腿和小腿处，用于测量健侧腿部的运动速度。一种健侧患侧协同的主动下肢训练系统的操作方法，在患者的健侧腿部以及患侧腿部设置肌电电极用于检测健侧和患侧腿部的EMG信号；在健侧腿部设置多个陀螺仪，在健侧腿部的髋关节、膝关节和踝关节处分别设置角度传感器，在健侧脚底设置压力传感器，用于测量健侧腿部的运动特征；在患侧腿部设置外骨骼，并与电机连接，肌电电极、陀螺仪、角度传感器、压力传感器和电机分别与计算机连接，计算机接收肌电电极、角度传感器、压力传感器和陀螺仪输入的信号并进行分析，采用患侧对健侧的时间差模仿驱动外骨骼运动，将肌电电极的主动性检测反馈到人机交互界面上并产生视觉刺激，患者通过主动调节速度方式自主调节速度。具体的，肌电电极分布在健侧和患侧的大腿、小腿及脚踝上，检测健侧及患侧腿部EMG信号，并传入计算机；计算机以记录的时间差为基准，信号经预处理后，在时域上，同步健侧-患侧所对应的EMG信号点，对健侧及患侧EMG信号进行分析，以患侧及健侧所对应电极信号的相关性代表肌肉参与的主动性及正确性。进一步的，当压力传感器开始记录压力时，健侧开始运动；当压力传感器的数值达到阈值时，健侧运动完成，由压力传感器采集数值确定外骨骼运动起止时间，确定健侧及患侧的运动时间差，电机驱动患侧外骨骼模仿协同健侧。具体的，患侧对健侧的时间差模仿驱动具体为：计算机通过对健侧腿部的角度传感器、压力传感器、陀螺仪和肌电电极的检测信号的整合，通过电机控制外骨骼带动患侧腿部运动，使患侧腿进行主动运动。具体的，主动性检测反馈具体为：计算机将肌电电极主动性检测的分析结果分配到患侧每块肌肉，并在人机交互界面上以肌肉颜色变化的方式反馈给患者，同时将实际中角度传感器、压力传感器、陀螺仪和肌电电极检测到的运动姿态信息同步反馈到人机交互界面，将患者同步反馈的位置姿态信息以及肌肉颜色变化信息呈现给患者，形成视觉刺激，激发镜像神经元。具体的，健侧腿部的角度传感器和陀螺仪检测健侧运动角度和速度特征信号，将采集信号输入计算机获得健侧运动速度及每个关节的驱动角度，健侧信息经计算机转化后发给患侧的电机，使患侧运动与健侧运动一致。具体的，主动调节速度具体为：计算机通过健侧输入信号模仿健侧运动，控制患侧的电机驱动外骨骼带动患侧运动，患侧运动完全模仿健侧，患者通过自主调节健侧腿部的速度调整患侧运动，进而调整整体步速。与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果：本专利技术一种健侧患侧协同的主动下肢训练系统，肌电电极分布在患者的健侧腿部以及患侧腿部，传感器和陀螺仪设置在健侧腿部，计算机分别与肌电电极、传感器和陀螺仪连接，外骨骼设置在患侧腿部，外骨骼通过电机与计算机连接，计算机用于接收肌电电极、传感器和陀螺仪输入的信号并根据结果驱动电机带动外骨骼运动并通过人机交互界面产生镜像神经元诱发及视觉反馈，健侧设置的传感器及陀螺仪获取患者健侧运动信息，计算机将所获得信息转码为机械外骨骼电机驱动信息，在到达时间差后，驱动机械外骨骼，带动患侧执行与健侧时间差之前相同的运动。同时，肌电电极分别获得患侧腿部和健侧腿部的肌肉调动信息，进行相关分析，计算出每块肌肉在时间和空间上正确调动情况，给于患者实时反馈。同时人机交互界面的动作及主动参与情况反馈不仅激发镜像神经元更增加了患者主动参与度。进一步的，角度传感器设置在健侧腿部的髋关节、膝关节和踝关节处，分别检测健侧腿部髋关节、膝关节和踝关节在时间及空间上的调动时刻及调动角度，获得运动信息；压力传感器设置在健侧脚底处，检测健侧腿部落地的时刻，从而在确保身体平衡的同时驱动机械外骨骼带动患侧。进一步的，陀螺仪设置在健侧腿部的大腿和小腿处检测患者健侧运动的速度信息，之后用于人机交互界面的同步及外骨骼驱动的速度校对。本专利技术一种健侧患侧协同的主动下肢训练系统的操作方法，在患者的健侧腿部以及患侧腿部设置肌电电极检测健侧和患侧腿部的EMG信号；分别在健侧腿部设置陀螺仪，在健侧腿部的髋关节、膝关节和踝关节处设置角度传感器，在健侧脚底设置压力传感器，用于测量健侧腿部的运动特征；在患侧腿部设置外骨骼，并与电机连接，肌电电极、陀螺仪、角度传感器、压力传感器和电机分别与计算机连接，计算机接收肌电电极、角度传感器、压力传感器和陀螺仪输入的信号并进行分析，采用患侧对健侧的时间差模仿驱动外骨骼运动，将肌电电极的主动性检测反馈到人机交互界面上并产生视觉刺激，患者通过主动调节速度方式自主调节健侧腿部的速度，能提高患者康复训练的主动性和积极性，提高康复的效果，检测患者健侧运动信息，延迟后，用于驱动患侧，并且患者可以通过改变健侧的速度，调节整体步速，极自然地逼近了正常行走过程中的肌肉调动及运动情况，确定了中风康复后神经重塑引导的方向，同时，双侧腿部的肌电电极在时间上和空间上都校准了相应运动时肌肉调动状态，增加了健侧主动参与的反馈，人机交互界面中有患者运动状态及肌肉调动情况的实时反馈，极大的激发了镜像神经元，增加了患者主动参与度。进一步的，肌电电极分布在健侧和患侧的大腿、小腿及脚踝上，对健侧-患侧EMG信号进行分析，以患侧-健侧所对应电极信号的相关性代表肌肉参与的主动性及正确性，细化到每块肌肉，在时间及空间上获取了患者健侧及患侧的信息，以健侧为标准，对患侧肌肉调动情况进行了校对，实时反本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种健侧患侧协同的主动下肢训练系统，其特征在于，包括肌电电极(2)、外骨骼(6)、传感器、陀螺仪(3)和计算机，肌电电极(2)分布在患者(1)的健侧腿部以及患侧腿部，传感器和陀螺仪(3)设置在健侧腿部，计算机分别与肌电电极(2)、传感器和陀螺仪(3)连接，外骨骼(6)设置在患侧腿部，外骨骼(6)通过电机(5)与计算机连接，计算机用于接收肌电电极(2)、传感器和陀螺仪(3)输入的信号并根据结果驱动电机(5)带动外骨骼(6)运动并通过人机交互界面产生镜像神经元诱发及视觉反馈。

【技术特征摘要】
1.一种健侧患侧协同的主动下肢训练系统，其特征在于，包括肌电电极(2)、外骨骼(6)、传感器、陀螺仪(3)和计算机，肌电电极(2)分布在患者(1)的健侧腿部以及患侧腿部，传感器和陀螺仪(3)设置在健侧腿部，计算机分别与肌电电极(2)、传感器和陀螺仪(3)连接，外骨骼(6)设置在患侧腿部，外骨骼(6)通过电机(5)与计算机连接，计算机用于接收肌电电极(2)、传感器和陀螺仪(3)输入的信号并根据结果驱动电机(5)带动外骨骼(6)运动并通过人机交互界面产生镜像神经元诱发及视觉反馈。2.根据权利要求1所述的一种健侧患侧协同的主动下肢训练系统，其特征在于，传感器包括角度传感器(4)和压力传感器(10)，角度传感器(4)包括多个，分别设置在健侧腿部的髋关节、膝关节和踝关节处，压力传感器(10)设置在健侧脚底。3.根据权利要求1所述的一种健侧患侧协同的主动下肢训练系统，其特征在于，陀螺仪(3)包括多个，分别设置在健侧腿部的大腿和小腿处，用于测量健侧腿部的运动速度。4.一种健侧患侧协同的主动下肢训练系统的操作方法，其特征在于，在患者(1)的健侧腿部以及患侧腿部设置肌电电极(2)用于检测健侧和患侧腿部的EMG信号；在健侧腿部设置多个陀螺仪(3)，在健侧腿部的髋关节、膝关节和踝关节处分别设置角度传感器(4)，在健侧脚底设置压力传感器(10)，用于测量健侧腿部的运动特征；在患侧腿部设置外骨骼(6)，并与电机(5)连接，肌电电极(2)、陀螺仪(3)、角度传感器(4)、压力传感器(10)和电机(5)分别与计算机连接，计算机接收肌电电极(2)、角度传感器(4)、压力传感器(10)和陀螺仪(3)输入的信号并进行分析，采用患侧对健侧的时间差模仿驱动外骨骼(6)运动，将肌电电极(2)的主动性检测反馈到人机交互界面上并产生视觉刺激，患者(1)通过主动调节速度方式自主调节速度。5.根据权利要求4所述的一种健侧患侧协同的主动下肢训练系统的操作方法，其特征在于，肌电电极(2)分布在健侧和患侧的大腿、小腿及脚踝上，检测健侧及患侧腿部EMG信号，并传入计算机；计算机以记录的时间差为基...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晶，刘刚，王璐，郭晓辉，张雪，
申请(专利权)人：龚映清，
类型：发明
国别省市：广东,44