10、基于数据手套运动跟踪与功能性电刺激的康复及辅助学习应用

基于数据手套运动跟踪与功能性电刺激的康复及辅助学习应用

1. 利用功能性电刺激恢复手和手指运动功能

1.1 实验环境搭建与受试者情况

为促进手和手指运动功能的锻炼与康复，构建了一个实验环境。选取了 4 名 30 - 50 岁的右利手健康男性作为受试者。该研究遵循赫尔辛基宣言，并获得了相关伦理委员会的批准。

1.2 初始化阶段操作

在初始化阶段，受试者需按顺序用参考手做出放松的张开姿势，随后是 5 种目标手指弯曲姿势。同时，通过戴在参考手上的数据手套实时记录相应的手和手指运动，并在姿势参考数组中进行搜索。具体操作步骤如下：
1. 将 24 个电极中的每个电极指定为有源电极，并与其余 23 个返回电极配对，共产生 552 种不同的刺激模式。
2. 在约 20 分钟内对这些刺激模式进行扫描。
3. 利用搜索算法识别出能最接近目标手指弯曲姿势的最佳电极组合，并为每个受试者创建查找数组。

1.3 手指弯曲运动跟踪与姿势评估

以图 5.7 为例说明上述过程。图 5.7(a)中的蓝色曲线对应食指 MP 和 PIP 关节的测量弯曲率，MP 和 PIP 值的变化同步性良好，表明手指自然弯曲运动。图 5.7(b)展示了食指弯曲运动期间所有六种手姿势（i = 0, …, 5）的评估函数值变化。在给定时间点产生最高值的函数用于确定当前手姿势。具体如下：
- 在时间间隔 t = (0, 3)，记录到 i0 的最高值，确认手为张开姿势。
- 在时间间隔 t = (2, 3)，食指开始弯曲，i0 值下降，i2 值增加。
- 在时间间隔 t = (9, 10)，食指伸展，出现相反效