專利名稱：肌電假肢控制裝置的制作方法
肌電假肢控制裝置技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及假肢控制，尤其是涉及一種肌電假肢控制裝置。背景技術(shù)：
假肢是為截肢者彌補(bǔ)已失肢體及代償其部分功能而制造裝配的人工肢體。應(yīng)用較 廣泛的人工肢體包括機(jī)械索控假肢、肌電假肢和肌電索控混合假肢。
機(jī)械索控假肢是利用假肢使用者的自身力源，通過殘留肢體的機(jī)械動作拉動繩索 或鏈條來操控假肢的肘關(guān)節(jié)及手部裝置。由于控制方法的固有局限，機(jī)械索控假肢存在著 功能單一、操控緩慢、動作笨拙、維護(hù)困難等問題。
肌電假肢(例如，德國Otto Bock及我國上海科生等)利用一對殘留肌肉(主縮 肌與拮抗肌)控制一個(gè)動作自由度。
肌電索控混合假肢是結(jié)合上述兩種技術(shù)的假肢控制技術(shù)。
上述的基于肌電信號(electromyogram，EMG)的肌電假肢控制具有良好的控制 性。傳統(tǒng)用于采集肌電假肢控制的肌電信號的都是金屬電極。表面金屬電極又分濕電極和 干電極兩種。濕電極在電極與皮膚表面之間加入了導(dǎo)電凝膠(Electrical Gel)或?qū)щ姀?fù)合 薄膜，導(dǎo)電膏中存在導(dǎo)電離子，同時(shí)可以大大改善皮膚的導(dǎo)電性能，因此接觸電阻很小。但 濕電極也存在以下缺點(diǎn)，其中包括膠粘劑將電極粘在皮膚，可引起過敏性皮炎；離子凝膠 (膜)在一定濃度時(shí)存在毒性，會使皮膚造成過敏；經(jīng)過長時(shí)間使用，離子凝膠會變干，離子 活動能力下降，從而使電極不導(dǎo)電。干電極表面與皮膚的電阻比較大，導(dǎo)電性能比濕電極要 差很多。所以干電極很容易受到運(yùn)動偽跡和噪聲的影響，運(yùn)動偽跡是由于電極與皮膚產(chǎn)生 相對位移的變化造成的電壓波動和失真。
發(fā)明內(nèi)容
基于此，有必要提供一種可減少采集運(yùn)動偽跡和保護(hù)皮膚的肌電假肢控制裝置。
一種肌電假肢控制裝置，包括采集模塊、對采集模塊所采集的肌電信號進(jìn)行預(yù)處 理的預(yù)處理模塊以及根據(jù)處理后的肌電信號控制假肢的控制模塊，所述采集模塊包括織物 電極。
優(yōu)選地，所述織物電極的數(shù)量為3 12個(gè)。
優(yōu)選地，多個(gè)織物電極設(shè)于基底布料上。
優(yōu)選地，每個(gè)織物電極襯有聚乙烯泡綿。
優(yōu)選地，所述織物電極是導(dǎo)電纖維織物或納米鍍銀織物。
優(yōu)選地，所述導(dǎo)電纖維織物的材料為銅、銀、鎳、鋁以及碳中的一種。
織物電極具有良好的導(dǎo)電性能，又保持了織物材料透氣、柔韌、可折疊、粘結(jié)等特 性?？椢镫姌O方便舒適，很容易附在衣物和皮膚上，因而不會因相對位移產(chǎn)生運(yùn)動偽跡。

圖1為一實(shí)施例的肌電假肢控制裝置模塊圖2為一實(shí)施例的采集裝置結(jié)構(gòu)俯視圖3為圖2中采集裝置的側(cè)視圖4為從肌電信號處理流程圖。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，是一種肌電假肢控制裝置模塊圖。該肌電假肢控制裝置包括依次連 接的采集模塊10、預(yù)處理模塊20以及控制模塊30。采集模塊10佩戴于人體殘肢處，用于 采集殘肢處的肌電信號。預(yù)處理模塊20對肌電信號進(jìn)行預(yù)處理，使肌電信號的強(qiáng)度等參數(shù) 符合控制假肢的要求?？刂颇K30則根據(jù)處理后的肌電信號控制假肢。
肌電信號是通過將電極與皮膚接觸來采集的，本實(shí)施例中，采集模塊10包括織物 電極。如圖2所示，是一實(shí)施例的采集裝置結(jié)構(gòu)俯視圖。兩個(gè)并排的織物電極120設(shè)于基 底布料110上，并通過引線130接至預(yù)處理模塊20 (參考圖1)。織物電極120是導(dǎo)電纖維 織物，優(yōu)選以銅、銀、鎳、鋁以及碳纖維中的一種制成；或者織物電極120是納米鍍銀織物； 或者織物電極120是導(dǎo)電橡膠。在其他實(shí)施例中，織物電極120的數(shù)量也可以多于兩個(gè)，針 對殘肢的不同情況，織物電極120的數(shù)量可優(yōu)選為3 12個(gè)。
如圖3所示，是圖2中采集裝置的側(cè)視圖?？椢镫姌O120包裹在聚乙烯(PE)泡綿 140上，即織物電極120襯有聚乙烯泡綿140。泡綿需要選用較為致密的，這樣既保證了織 物的柔軟程度，又不會因?yàn)榕菥d過于酥松引起電極間距的變化，從而產(chǎn)生偽跡。
傳統(tǒng)的濕電極膠粘劑將電極粘在皮膚，可引起過敏性皮炎；離子凝膠(膜)在一定 濃度時(shí)存在毒性，也會造成皮膚過敏；經(jīng)過長時(shí)間使用，離子凝膠會變干，離子活動能力下 降，從而使電極不導(dǎo)電。干電很容易受到運(yùn)動偽跡和噪聲的影響，運(yùn)動偽跡是由于電極與皮 膚產(chǎn)生相對位移的變化造成的電壓波動和失真。當(dāng)佩戴者運(yùn)動出汗?fàn)顟B(tài)下，運(yùn)動偽跡會進(jìn) 一步增大。
區(qū)別于傳統(tǒng)的金屬電極，織物電極具有良好的導(dǎo)電性能，又保持了織物材料透氣、 柔韌、可折疊、粘結(jié)等特性。織物電極方便舒適，很容易附在衣物和皮膚上，因而不會因相對 位移產(chǎn)生運(yùn)動偽跡。此外還可以清洗及重復(fù)使用，長期使用無不良反應(yīng)。
采集裝置10采集的肌電信號經(jīng)過預(yù)處理模塊20的預(yù)處理，包括放大、濾波(帶寬 為5-450赫茲)、模-數(shù)轉(zhuǎn)換(采樣頻率設(shè)置為500-1000赫茲)量化為數(shù)字信號。
數(shù)字化的肌電信號輸入控制模塊30，由控制模塊30生成控制假肢的信號，并通過 機(jī)電裝置驅(qū)動假肢活動。肌電信號處理與分析分為兩大步驟
首先對肌電信號進(jìn)行特征抽取，即采用移動窗的辦法抽取其時(shí)域特征(如平均絕 對值、平均斜率絕對值、樣點(diǎn)幅值差、過零率)與/或頻域特征(如平均功率頻率、中值頻 率、峰值頻率)信息來描述肌電模式，并組合在一起形成該通道肌電數(shù)據(jù)的特征向量，所有 通道肌電特征向量組合為肌電特征矩陣。
然后，并行模式識別算法對使用者主動要執(zhí)行的上肢運(yùn)動類型進(jìn)行模式識別。本 技術(shù)采用線性判別分析法(Linear Discriminant Analysis, LDA)進(jìn)行多功能假肢的肌電 模式識別控制。該步驟又分為三個(gè)過程，首先將信號特征輸入單個(gè)LDA數(shù)據(jù)訓(xùn)練分類器進(jìn)行訓(xùn)練，使其“記住”所包含的單關(guān)節(jié)動作類型，再用LDA模式分類器對使用者想要執(zhí)行的 肢體動作的單關(guān)節(jié)動作信息進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)測，最后根據(jù)單關(guān)節(jié)動作預(yù)測結(jié)果得出患者要執(zhí)行 的動作類型。分類器的輸出可實(shí)時(shí)選擇出患者希望肢體運(yùn)動的類型，多功能肌電假肢以執(zhí) 行該動作。
上述的肌電信號處理流程如圖4所示。
在以正常人為實(shí)驗(yàn)對象的研究實(shí)驗(yàn)中，利用八個(gè)織物電極采集人體表面電信號， 對于七個(gè)常用的手部和腕部動作，肌電模式的分類精度高達(dá)95%以上，這說明基于織物電 極肌電信號采集的多功能肌電假肢控制方法能夠?qū)崿F(xiàn)肌電假肢的控制。
以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并 不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員 來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保 護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種肌電假肢控制裝置，包括采集模塊、對采集模塊所采集的肌電信號進(jìn)行預(yù)處理 的預(yù)處理模塊以及根據(jù)處理后的肌電信號控制假肢的控制模塊，其特征在于，所述采集模 塊包括織物電極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的肌電假肢控制裝置，所述織物電極的數(shù)量為3 12個(gè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的肌電假肢控制裝置，多個(gè)織物電極設(shè)于基底布料上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的肌電假肢控制裝置，每個(gè)織物電極襯有聚乙烯泡綿。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的肌電假肢控制裝置，所述織物電極是導(dǎo)電纖維織物或納米鍍 銀織物。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的肌電假肢控制裝置，所述導(dǎo)電纖維織物的材料為銅、銀、鎳、 鋁以及碳中的一種。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種肌電假肢控制裝置，包括采集模塊、對采集模塊所采集的肌電信號進(jìn)行預(yù)處理的預(yù)處理模塊以及根據(jù)處理后的肌電信號控制假肢的控制模塊，所述采集模塊包括織物電極?？椢镫姌O具有良好的導(dǎo)電性能，又保持了織物材料透氣、柔韌、可折疊、粘結(jié)等特性。織物電極方便舒適，很容易附在衣物和皮膚上，因而不會因相對位移產(chǎn)生運(yùn)動偽跡。
文檔編號A61F2/72GK102028568SQ201010604079
公開日2011年4月27日 申請日期2010年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月22日
發(fā)明者張志勇, 李光林, 耿艷娟, 陶丹丹 申請人:中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院