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領域：
本發明涉及假肢控制，尤其是涉及一種肌電假肢控制裝置。背景技術：
假肢是為截肢者彌補已失肢體及代償其部分功能而制造裝配的人工肢體。應用較 廣泛的人工肢體包括機械索控假肢、肌電假肢和肌電索控混合假肢。
機械索控假肢是利用假肢使用者的自身力源，通過殘留肢體的機械動作拉動繩索 或鏈條來操控假肢的肘關節及手部裝置。由于控制方法的固有局限，機械索控假肢存在著 功能單一、操控緩慢、動作笨拙、維護困難等問題。
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)控制一個動作自由度。
肌電索控混合假肢是結合上述兩種技術的假肢控制技術。
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電凝膠(Electrical Gel)或導電復合 薄膜，導電膏中存在導電離子，同時可以大大改善皮膚的導電性能，因此接觸電阻很小。但 濕電極也存在以下缺點，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)在一定濃度時存在毒性，會使皮膚造成過敏；經過長時間使用，離子凝膠會變干，離子 活動能力下降，從而使電極不導電。干電極表面與皮膚的電阻比較大，導電性能比濕電極要 差很多。所以干電極很容易受到運動偽跡和噪聲的影響，運動偽跡是由于電極與皮膚產生 相對位移的變化造成的電壓波動和失真。
發明內容
基于此，有必要提供一種可減少采集運動偽跡和保護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行預處 理的預處理模塊以及根據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。
優選地，所述織物電極的數量為3 12個。
優選地，多個織物電極設于基底布料上。
優選地，每個織物電極襯有聚乙烯泡綿。
優選地，所述織物電極是導電纖維織物或納米鍍銀織物。
優選地，所述導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電性能，又保持了織物材料透氣、柔韌、可折疊、粘結等特 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生運動偽跡。
圖1為一實施例的肌電假肢控制裝置模塊圖2為一實施例的采集裝置結構俯視圖3為圖2中采集裝置的側視圖4為從肌電信號處理流程圖。
具體實施方式
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。預處理模塊20對肌電信號進行預處理，使肌電信號的強度等參數 符合控制假肢的要求。控制模塊30則根據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，本實施例中，采集模塊10包括織物 電極。如圖2所示，是一實施例的采集裝置結構俯視圖。兩個并排的織物電極120設于基 底布料110上，并通過引線130接至預處理模塊20 (參考圖1)。織物電極120是導電纖維 織物，優選以銅、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是導電橡膠。在其他實施例中，織物電極120的數量也可以多于兩個，針 對殘肢的不同情況，織物電極120的數量可優選為3 12個。
如圖3所示，是圖2中采集裝置的側視圖。織物電極120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，又不會因為泡綿過于酥松引起電極間距的變化，從而產生偽跡。
傳統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 濃度時存在毒性，也會造成皮膚過敏；經過長時間使用，離子凝膠會變干，離子活動能力下 降，從而使電極不導電。干電很容易受到運動偽跡和噪聲的影響，運動偽跡是由于電極與皮 膚產生相對位移的變化造成的電壓波動和失真。當佩戴者運動出汗狀態下，運動偽跡會進 一步增大。
區別于傳統的金屬電極，織物電極具有良好的導電性能，又保持了織物材料透氣、 柔韌、可折疊、粘結等特性。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 位移產生運動偽跡。此外還可以清洗及重復使用，長期使用無不良反應。
采集裝置10采集的肌電信號經過預處理模塊20的預處理，包括放大、濾波(帶寬 為5-450赫茲)、模-數轉換(采樣頻率設置為500-1000赫茲)量化為數字信號。
數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 機電裝置驅動假肢活動。肌電信號處理與分析分為兩大步驟
首先對肌電信號進行特征抽取，即采用移動窗的辦法抽取其時域特征(如平均絕 對值、平均斜率絕對值、樣點幅值差、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據的特征向量，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行的上肢運動類型進行模式識別。本 技術采用線性判別分析法(Linear Discriminant Analysis, LDA)進行多功能假肢的肌電 模式識別控制。該步驟又分為三個過程，首先將信號特征輸入單個LDA數據訓練分類器進行訓練，使其“記住”所包含的單關節動作類型，再用LDA模式分類器對使用者想要執行的 肢體動作的單關節動作信息進行實時預測，最后根據單關節動作預測結果得出患者要執行 的動作類型。分類器的輸出可實時選擇出患者希望肢體運動的類型，多功能肌電假肢以執 行該動作。
上述的肌電信號處理流程如圖4所示。
在以正常人為實驗對象的研究實驗中，利用八個織物電極采集人體表面電信號， 對于七個常用的手部和腕部動作，肌電模式的分類精度高達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實現肌電假肢的控制。
以上所述實施例僅表達了本發明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并 不能因此而理解為對本發明專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員 來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發明的保 護范圍。因此，本發明專利的保護范圍應以所附權利要求為準。
權利要求
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行預處理 的預處理模塊以及根據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.根據權利要求1所述的肌電假肢控制裝置，所述織物電極的數量為3 12個。
3.根據權利要求2所述的肌電假肢控制裝置，多個織物電極設于基底布料上。
4.根據權利要求3所述的肌電假肢控制裝置，每個織物電極襯有聚乙烯泡綿。
5.根據權利要求1所述的肌電假肢控制裝置，所述織物電極是導電纖維織物或納米鍍 銀織物。
6.根據權利要求5所述的肌電假肢控制裝置，所述導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行預處理的預處理模塊以及根據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。織物電極具有良好的導電性能，又保持了織物材料透氣、柔韌、可折疊、粘結等特性。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生運動偽跡。
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 優先權日2010年12月22日
發明者張志勇, 李光林, 耿艷娟, 陶丹丹 申請人:中國科學院深圳先進技術研究院