本发明涉及一种电刺激装置， 特别是涉及一种用于人体上肢且具有回 馈控制功能的穿戴式电刺激装置。 背景技术

中风或因某些疾病、 创伤等，常导致人体对其月支体控制能力局部 丧失， 为了避免患者肢体的萎缩以及使患者能够重新 找回对其瘫痪或局部失能的 控制能力， 需对患者在创伤后施予必须的物理治疗与复健 工作。

以中风患者为例， 中风常导致患者有不同程度的偏瘫， 使患者部分运 动单元失调、 对局部神经肌肉系统失去控制， 造成肌肉无力。 目前对于中 风患者的复健工作， 通常依据不同程度偏瘫而施予适当的复健， 例如要求 患者使用偏瘫侧的肢体握取一训练罐并交替变 更该训练罐的位置， 藉以训 练偏瘫侧的肢体。 对于严重偏瘫的患者， 可使用牵张训练或者或通过一电 刺激方式对偏瘫侧肢体的神经肌肉系统施予刺 激， 辅助患者的偏瘫侧肢体 进行伸出、 收回、 手掌张开及收握等动作。

然而，目前的电刺激均是通过患者或一第三人 （例如复健师）通过一控 制器对偏瘫侧肢体有关的神经肌肉施予电刺激 ， 藉以达成某些指定动作，其 虽然能够让偏瘫侧肢体进行肢体活动与复健， 但是这对患者而言并无法自 主控制其肢体， 使该些电刺激方法仅能达到某种程度的训练， 无法训练患 者能自主控制偏瘫侧肢体的种种动作。

由此可见， 上述现有的电刺激辅助复健方式在使用上， 显然仍存在有 不便与缺陷， 而亟待加以进一步改进。 为了解决上述存在的问题， 相关厂 商莫不费尽心思来谋求解决之道， 但长久以来一直未见适用的设计被发展 完成， 而一般产品又没有适切的结构能够解决上述问 题， 此显然是相关业 者急欲解决的问题。 因此如何能创设一种新型结构的回馈控制的穿 戴式上 肢电剌激装置，实属当前重要研发课题之一， 亦成为当前业界极需改进的目 标。 发明内容

本发明的目的在于，克服现有的电刺激辅助复 健方式，仅局限于辅助提 供肢体活动等近似于物理治疗的功效，无法对 患者提供自主肢体控制的训 练，无法整合患者电刺激及控制肢体的肌电信 号（Electromyography, EMG) , 使目前现有的复健方式成效不佳的缺陷， 而提供一种新型结构的回馈控制 的穿戴式上肢电刺激装置， 所要解决的技术问题是使其整合电剌激信号与 分析造成肌肉收缩活动的自主信号与电刺激诱 发信号， 并依据分析的结果 适当的对人体患侧肢体提供适当的电刺激辅助 信号， 达到完整的复健效果， 非常适于实用。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技 术方案来实现的。 依据 本发明提出的一种回馈控制的穿戴式上肢电刺 激装置，其包含多个电刺激 电极、 多个肌电信号感测元件、 一电刺激输出单元、 一肌电信号撷取单元、 一肌电信号运算单元及一控制模块， 其中：

各电刺激电极贴合或接触固定于一人体肢干， 各电刺激电极对该人体 肢干的一神经肌肉系统施予一电刺激信号；

各肌电信号感测元件贴合或接触固定于该人体 肢干， 其与各电刺激电 极贴合设置于该人体肢干的神经肌肉系统的对 应位置， 感应与接收该人体 肢干的一肌电信号， 该肌电信号内包含一自主肌电信号、 一电刺激诱发肌 电信号及一干扰信号；

该电刺激输出单元与各电刺激电极连接并提供 该电刺激信号； 该肌电信号撷取单元与各肌电信号感测元件连 接并接收该肌电信号， 该肌电信号撷取单元将该肌电信号予以滤波并 放大；

该肌电信号运算单元与该肌电信号撷取单元连 接， 且接收滤波与放大 后的该肌电信号； 及

该控制模块与该电刺激输出单元及该肌电信号 运算单元电性连接，该 控制模块由该肌电信号运算单元接收该肌电信 号并依据该肌电信号的位置 与强弱控制该电刺激输出单元对一个以上的该 电刺激电极提供输出该电刺 激信号所需的电力。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下 技术措施进一步实现。 前述的回馈控制的穿戴式上肢电刺激装置， 其中该肌电信号撷取单元 包含串接的一电刺激信号阻挡电路、 一仪表放大器、 一放大器电路、 一高 通与低通滤波器及一准位提升电路或箝位电路 ， 该电刺激信号阻挡电路初 步滤除该电刺激信号对肌电信号的干扰， 该仪器放大器对该肌电信号进行 前級放大， 该放大器电路对该肌电信号进行增加放大倍率 ， 该高通与低通 滤波器对该肌电信号滤除该肌电信号的一设定 范围的外的信号频段， 该准 位提升电路或箝位电路将该肌电信号提升位准 ；

该回馈控制的穿戴式上肢电刺激装置包含一模 拟数字转换单元连接于 该准位提升电路或箝位电路与该肌电信号运算 单元的间， 该模拟数字转换 单元接收该准位提升电路或箝位电路所输出的 肌电信号并予以数字化； 及 该肌电信号运算单元接收数字化后的肌电信号 ， 其包含串接的一干扰 处理单元、 一 ^巟状滤波单元及一减法电路， 该干扰处理单元移除该肌电信 号包含该电刺激信号的脉冲后 , 以该梳状滤波单元由该肌电信号中取出该 自主肌电信号 , 该减法电路取该肌电信号减去该梳状滤波单元 输出的该自 主肌电信号后， 产生该诱发电刺激肌电信号。

前述的回馈控制的穿戴式上肢电刺激装置， 其中所述的干扰处理单元 是去除每个肌电信号的前段信号， 该前段信号时间介于 l OOus ~ 5ms ₀

前述的回馈控制的穿戴式上肢电刺激装置， 其进一步地， 该回馈控制 的穿戴式上肢电刺激装置包含一固定套件， 该固定套件的外型与该人体肢 干对应， 其固定结合各电刺激电极、 各肌电信号感测元件、 该电刺激输出 单元、 该肌电信号运算单元及该控制模块， 其中， 各电刺激电极及各肌电 信号感测元件设置于该固定套件的内部表面。

前述的回馈控制的穿戴式上肢电刺激装置， 其中所述的固定套件包含 一上臂固定组件、 一前臂固定组件、 一手掌固定组件， 其分别与人体的一 上臂、 一前臂及一手掌外型对应， 并可分别分离套设于该上臂、 前臂及手 掌外。

前述的回馈控制的穿戴式上肢电刺激装置， 其中所述的控制模块依据 所接收的肌电信号的内容与状态及位置， 控制位置与产生该肌电信号的神 经肌肉系统位置对应的电刺激电极产生该电刺 激信号。

前述的回馈控制的穿戴式上肢电刺激装置， 其中所述的控制模块是一 微处理电路模块或一可编程芯片。

前述的回馈控制的穿戴式上肢电刺激装置，其 中所述的控制模块由该 肌电信号调整输出的该电刺激信号，该控制模 块是依据一比较方法或一查 表方法决定输出电刺激信号的强弱，该比较方 法或查表方法为该控制模块 将读取的该肌电信号与内储的一肌电信号数值 基准相互比较或查询对照， 并依据比较结果输出适当的电刺激， 其中该肌电信号数值基准为一健康正 常肢体的肌电信号数值或一人体肌电信号平均 值。

前述的回馈控制的穿戴式上肢电刺激装置，其 中该回馈控制的穿戴式 上肢电刺激装置包含多个弯曲感测器，其固定 结合于该固定套件并分别与 该上臂、 该前臂及该手掌的多个关节位置对应，其感测 各关节的弯曲状况， 并将感测结果输出至该控制模块； 及

该控制模块依据各弯曲感测器的感应结果配合 该肌电信号， 控制特定 的该电刺激电极产生该电刺激信号。

本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益 效果。 借由上述技术方 案， 本发明回馈控制的穿戴式上肢电刺激装置至少 具有下列优点及有益效 果： 本发明可以依据人体肢干的肌电信号强弱， 先判断人体肢干执行指定 动作所需的电刺激信号的强弱， 给予患者适当的辅助， 因此， 不仅可以有 效活化患者局部失能的肢干， 更可有效训练患者对于患部肢干的控制能力。 综上所述， 本发明是有关于一种回馈控制的穿戴式上肢电 剌激装置，其 包含多个电刺激电极、 多个肌电信号感测元件、 一电刺激输出单元、 一肌电 信号运算单元及一控制模块，本发明可以依据 人体肢干的肌电信号强弱，先 判断人体肢干执行指定动作所需的电刺激信号 的强弱， 给予患者适当的辅 助，因此， 不仅可以有效活化患者局部失能的肢干， 更可有效训练患者对于 患部肢干的控制能力。 本发明在技术上有显著的进步， 并具有明显的积极 效果，诚为一新颖、 进步、 实用的新设计。

上述说明仅是本发明技术方案的概述， 为了能够更清楚了解本发明的 技术手段， 而可依照说明书的内容予以实施， 并且为了让本发明的上述和 其他目的、 特征和优点能够更明显易懂， 以下特举较佳实施例， 并配合附 图，详细说明如下。 附图的简要说明

图 1是本发明的较佳实施例的电路方框示意图。

图 2是本发明的一固定套件的示意图。

图 3是本发明的较佳实施例的使用示意图。

图 4是本发明的较佳实施例的电刺激电极及肌电� �号感测元件的贴附 位置的示意图。

图 5是本发明的较佳实施例的电刺激电极及肌电� �号感测元件的贴附 位置的示意图。

图 6A是本发明的较佳实施例的肌电信号撷取电路� ��电路方框示意图。 图 6B是本发明的较佳实施例的肌电信号运算单元� ��电路方框示意图。

10: 电刺激电极 20: 肌电信号感测元件

30: 电刺激输出单元 35: 肌电信号撷取单元

351: 电刺激信号阻挡电路 353: 仪表放大器

355: 放大器电路 357： 高通与 4氏通滤波器

359: 准位提升电路或箝位电路 37: 模拟数字转换单元

40: 肌电信号运算单元 41 : 干扰处理单元

43: 梳状滤波单元 45: 减法电路

50: 控制模块 60: 固定套件

70: 人体肢干 实现发明的最佳方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所 采取的技术手段及功 效，以下结合附图及较佳实施例， 对依据本发明提出的回馈控制的穿戴式上 肢电刺激装置其具体实施方式、 结构、 特征及其功效， 详细说明如后。 有关本发明的前述及其他技术内容、 特点及功效， 在以下配合参考图 式的较佳实施例的详细说明中将可清楚呈现。 通过具体实施方式的说明，应 ；的了解， 然而所附图式仅是 ^供参考与说明之用， 并 ^用来对本发明 加以限制。

请参阅图 1及图 2所示， 图 1是本发明的较佳实施例的电路方框示意 图。 图 2是本发明的一固定套件的示意图。 本发明的回馈控制的穿戴式上 肢电刺激装置的较佳实施例， 其包含多个电刺激电极 10、 多个肌电信号感 测元件 20、 一电刺激输出单元 30、 一肌电信号撷取单元 35、 一模拟数字转 换单元 37、 一肌电信号运算单元 40、 一控制模块 50及一固定套件 60。

请配合参阅图 3、 图 4及图 5所示， 图 3是本发明的较佳实施例的使用 示意图。 图 4是本发明的较佳实施例的电刺激电极及肌电� �号感测元件的 贴附位置的示意图。 图 5是本发明的较佳实施例的电刺激电极及肌电� �号 感测元件的贴附位置的示意图。 各电刺激电极 10可贴合、 接触固定于一人 体肢干 70上， 以本实施例为例， 该人体肢干 70为一手臂，各电刺激电极 10 贴设于手臂并接受控制在适当的时机对手臂的 神经肌肉系统施予一电刺激 信号；例如，该电刺激电极 10可贴设于手臂的伸肌、 屈肌、 肱三头肌、 伸指 肌群等位置，在适当时机输出适当强度的该电 刺激信号而刺激该神经肌肉 系统的各肌肉群，使该些肌肉产生相应的动作 。 前述所谓的适当时机，指通 过控制不同的月几肉群施予电刺激信号的时间 ，使手臂依序产生往前伸出、 张 开手掌、 握掌等动作， 达到拿取物品的功能； 所谓的适当强度是指控制该 电刺激信号的电压电流， 对不同位置的神经肌肉系统或肌肉群的特性差 异 施予相关的肌肉所需要的辅助。 取得适当强度的方法可如下所述： 通过事 先测试或统计取得一偏瘫手臂的各肌肉群产生 与一正常手臂相同或近似动 作所需的电刺激信号的强度， 即可知悉对应于不同肌肉群在执行不同动作 之时各电刺激电极 10所需输出的电刺激信号大小， 如此， 当欲控制偏瘫手 臂进行一指定动作时， 可以循序控制各电刺激电极 10输出该指定动作所需 的电刺激序号至有关的肌肉群， 达到辅助动作的目的。

各肌电信号感测元件 20贴合或接触固定于该人体肢干 70上，其与各电 刺激电极 10贴合设置于该人体肢干 70的神经肌肉系统的各肌肉群的对应位 置，其感应与接收该人体肢干 70的一月几电信号（ El ect romyography, EMG )，其 中，该肌电信号内可包含一自主肌电信号、 一电刺激诱发肌电信号及一干扰 信号。 该肌电信号是该人体肢干 70的肌肉活动时会产生的电位信号， 该肌 电信号与人体肢干 70的肌肉活化状态有正比关系， 因此， 通过分析肌电信 号可明了该人体肢干 70的神经肌肉系统的状态。 由于该肌电信号能提供肌 肉活化状态的信息， 因此， 如本实施例的该人体肢干 70同时接受该电刺激 电极 10所输入的电刺激信号时， 该人体肢干 70受电刺激信号的肌肉同时 也产生一自主收缩， 此自主收缩则为该自主肌电信号的来源； 另外， 因为 施予该电刺激信号而直接诱发产生的肌电信号 则是前述的该电刺激诱发肌 电信号； 该干扰信号则是指该电刺激信号对于所感测的 肌电信号的干扰。

该电刺激输出单元 30与各电刺激电极 10电性连接， 其提供各电刺激 电极 10输入至人体肢干 70的电刺激信号的电力源。

请参阅图 6A、 图 6B所示， 图 6A是本发明的较佳实施例的肌电信号撷 取电路的电路方框示意图。 图 6B是本发明的较佳实施例的肌电信号运算单 元的电路方框示意图。 该肌电信号撷取单元 35连接于各肌电信号感应元件 20接收该肌电信号， 其包含串接的一电刺激信号阻挡电路 351、 一仪表放 大器 353、 一放大器电路 355、 一高通与低通滤波器 357及一准位提升电路 或箝位电路 359。原始的肌电信号的主要干扰为该电刺激信 号， 本实施例先 将原始的肌电信号通过该电刺激信号阻挡电路 351 去除该电刺激信号， 该 电刺激信号阻挡电路 351可以包含一 0P放大器电路， 用以初步滤除电刺激 信号对肌电信号的干扰。 由于原始的该肌电信号信号非常微弱， 需放大原 始信号才能进行后续信号处理， 该肌电信号先通过该仪表放大器 353进行 前级放大， 之后再通过该放大器电路 355进行增加放大倍率； 完成放大的 肌电信号， 再输入至该高通与低通滤波器 357 进行滤波， 本实施例的该高 通与低通滤波器 357是使用可滤除 1Ηζ ~ 1000Ηζ内任何设定范围以外的频 率的滤波器， 藉以滤除设定范围内的其他噪声频率。 最后， 该肌电信号输 入该准位提升电路或箝位电路 359， 其是用于将滤波后的肌电信号提升位 准。

该模拟数字转换单元 37与该肌电信号撷取单元 35电性连接， 其接收 该准位提升电路或箝位电路 359 所输出的肌电信号后， 将模拟的该肌电信 号予以数字化。

该肌电信号运算单元 40连接于该肌电信号撷取单元 35以接收该肌电 信号并经过信号处理（例如滤波、 箝位等）后予以输出。 为了能够适当分 离该肌电信号的自主肌电信号及该电刺激诱发 肌电信号及干扰信号， 请参 阅图 6B所示， 该肌电信号运算单元 40进一步包含串接的一干扰处理单元 41、一才危状滤波单元 43以及一减法电路 45， 其中，该干扰处理单元 41可以 滤除每个肌电信号的局部区段， 其可以去除或给予一定值或平均或以演算 法计算去处理每个肌电信号的前段信号等。 由于肌电信号的干扰信号主要 生成原因是施予该人体肢干 70 的电刺激信号对该肌电信号造成的干扰，且 该电刺激信号相对于所感测的肌电信号属于非 常大的脉冲信号， 因此，该干 扰处理单元 41 是通过去除该肌电信号的时域中包含电刺激信 号的区段，例 如每个肌电信号的前 100us ~ 5ms。 该肌电信号通过干扰处理单元 41后，在 经过该梳状滤波单元 43 由该肌电信号中分离出该自主肌电信号（EMG-V) 输 出至该减法电路 45 , 最后该减法电路 45取经过该干扰处理单元 41的肌电 信号减去通过梳状滤波单元 43产生的自主肌电信号而得到该电刺激诱发肌 电信号 。

该控制模块 50与该电刺激输出单元 30及该肌电信号运算单元 40电性 连接， 该控制模块 50依据该肌电信号的位置及强弱而控制该电刺� ��输出单 元 30在适当时刻对某一或某些特定的电刺激电极 10提供电刺激信号的电 力而刺激人体肢干 70，使人体肢干 70可以执行指定动作。 所谓的适当时刻 指该控制模块 50藉由所接收的肌电信号的内容与状态， 来控制贴于不同肌 肉群的电刺激电极 10施予所需进行对应动作的肌肉电刺激信号。

以上臂偏瘫的中风患者为例说明，患者接受复 健师的指示进行往复拿 取并摆放一练习杯于两个不同的定点，藉以训 练其偏瘫上臂的控制能力；该 控制模块 50由安装于上臂的该肌电信号感测元件 20所感测的肌电信号及 其相应解析的自主肌电信号判断患者的上臂无 法自主提供前举上臂的能力 (例如自主肌电信号低于前举上臂所需的临界� �），因此，该控制模块 50控 制电刺激输出单元 30对贴附于上臂的各电刺激贴片 10施予电刺激信号；施 加上臂该电刺激信号后，上臂的肌电信号感测 元件 20 即时感应肌电信号并 依据前述方式输出至该控制模块 50,使该控制模块 50得以即时调整输出至 上臂的电刺激信号，使患者能够顺利地移动上 肢。 相应地，患者推出前臂、 张 开手掌、 …等复健课程规定的动作所需的电刺激信号， 可以依据前述方式予 以辅助提供。 在实际制作方面，该控制模块 50可以是一微处理电路模块或 一可编程芯片。 该控制模块 50 由该肌电信号调整输出的该电刺激信号，该 控制模块 50 可以依据一比较方法或一查表方法决定输出电 刺激信号的强 弱，所谓的比较方法或查表方法即是该控制模 块 50将读取的肌电信号与内 储的一肌电信号数值基准相互比较或查询对照 ， 并依据比较结果输出适当 的电刺激， 其中该肌电信号数值基准可以通过量测与记录 患者正常侧 （一 偏瘫患者为例）的肌电信号数值或一般人体的 肌电信号平均值做为基准，藉 以提供比较基准。

进一步地， 前述的该比较方法或查表方法内具有一个以上 的可调整参 数设定， 可由医事专业人员或使用者设定。 该可调整参数设定的一种实施 方式可由使用者本身的最大自主收缩值为基础 ， 每次肌电信号与最大自主 收缩值比较其差异值， 并由其差异值输出一适当的电刺激信号的剂量 或者 该次输出增加的剂量。 另一种实施方式则可将肌电信号分为多个阶层 （等 級）， 根据每个使用者本身的肌电信号主要落于哪一 阶层来决定对应适当的 电刺激信号输出剂量或者该次输出增加的剂量 。

该固定套件 60用于将各电刺激电极 10、 各肌电信号感测元件 20、 该 电刺激输出单元 30、 该肌电信号运算单元 40、 该控制模块 50 固定结合于 人体肢干 70， 该固定套件 60 的外型、 构造不限定， 依据不同的人体肢干 70位置而有所不同。 以本实施例为例， 该固定套件 60适用于手臂， 其包含 一上臂固定组件 62、 前臂固定组件 64及一手掌固定组件 66 , 是分别具有 与人体的上臂、 前臂及手掌外型对应并可分离固定于上臂、 前臂及手掌，各 电刺激电极 10、 各肌电信号感测元件 20是设置于该固定套件 60的内侧表 面， 让患者穿戴该固定套件 60时， 各电刺激电极 10及各肌电信号感测元 件 20即可贴合于神经肌肉系统的表层皮肤。

进一步地，为了更进一步精确判断偏瘫患者的 偏瘫的上臂的动作状况，让 该控制模块 50除了可以依据前述说明解析各肌电信号感测� ��件 20之外，也 可以在该固定套件 60上固定安装多个弯曲感测器于手腕、 各手指、 手肘、 手 臂的关节对应位置， 感应部分或每个关节的弯曲状态， 并将感应结果输出 至该控制模块 50。基于此， 通过感应各弯曲感测器所感应的结果，该控制 模 块 50可搭配各肌电信号感测单元 20的数据与各弯曲感测器的感应结果，精 确判断患者的上臂的状态，使该控制模块 50能精确地控制各电剌激电极 10 输出患者所需的电刺激信号。 其中， 该弯曲感测器通常呈杆状或棒状，其依 据弯曲程度而产生不同的阻值变化。 举例而言， 本实施例的弯曲感测器为 spec tra symbol公司制造、 且针对单一方向的弯曲而产生不同阻值，以本 实 施例为例， 所采用的该弯曲感测器在不弯曲状态下的阻值 约为 10ΚΩ，随着 弯曲曲率增加， 其电阻值大约增加 30 ~ 40Ω。 下表一为本实施例所使用 的弯 测器的弯曲度与阻抗的关系。

由前述可知，本实施例可以依据人体肢干 70的肌电信号强弱，先判断人 体肢干 70执行指定动作所需的电刺激信号的强弱，给� ��患者适当的辅助，因 此，不仅可以有效活化患者局部失能的肢干， 更可有效训练患者对于患部肢 干的控制能力。

以上所述， 仅是本发明的较佳实施例而已， 并非对本发明作任何形式 上的限制， 虽然本发明已以较佳实施例揭露如上， 然而并非用以限定本发 明，任何熟悉本专业的技术人员， 在不脱离本发明技术方案范围内，当可利 用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为 等同变化的等效实施例，但 凡是未脱离本发明技术方案内容， 依据本发明的技术实质对以上实施例所 作的任何简单修改、 等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的 范围内。