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CN113546307A - 运动调节装置及方法、电子设备和存储介质 - Google Patents

运动调节装置及方法、电子设备和存储介质 Download PDF

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CN113546307A
CN113546307A CN202110800718.9A CN202110800718A CN113546307A CN 113546307 A CN113546307 A CN 113546307A CN 202110800718 A CN202110800718 A CN 202110800718A CN 113546307 A CN113546307 A CN 113546307A
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spinal cord
component
electrical stimulation
parameter adjustment
signal
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Application number
CN202110800718.9A
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张熹
马伯志
眭亚楠
陆洋
吕长泉
李路明
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Tsinghua University
Beijing Pins Medical Co Ltd
Original Assignee
Tsinghua University
Beijing Pins Medical Co Ltd
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Abstract

本公开涉及一种运动调节装置及方法、电子设备和存储介质。所述装置包括：信号处理组件、控制组件、电刺激组件和电极，信号处理组件用于根据脊髓电信号生成参数调节指令；控制组件用于根据参数调节指令，确定控制参数；和/或根据预设的控制参数时序，确定控制参数；电刺激组件用于根据控制参数，生成电刺激；电极用于检测脊髓电信号和/或输出电刺激。根据本公开的实施例的运动调节装置，可通过设置在使用者脊髓硬膜外的电极在使用者进行肢体动作前采集脊髓电信号，从而确定参数调节指令，以生成对应的电刺激，可减少电刺激的延时，提升刺激的准确性，进而提升使用者动作的准确性。

Description

运动调节装置及方法、电子设备和存储介质
技术领域
本公开涉及电子设备领域，尤其涉及一种尤其涉及一种运动调节装置及方法、电子设备和存储介质。
背景技术
资料显示，我国现有脊髓损伤患者超过500万人，脑卒中患者超过1300万人，类似的疾病都可能导致患者的运动功能障碍，严重的患者不能自主行走，甚至不能借助辅助工具行走。传统的康复疗法，包括物理疗法、作业疗法、电刺激疗法、器械辅助疗法等存在治疗效果不稳定以及功能恢复的天花板效应，即，在大脑或脊髓出现不可逆损伤的情况下，几乎不可能通过治疗恢复到未生病前的状态。
通过运动传感器等设备检测患者的运动信号来判断患者的运动意图，并通过辅助设备辅助患者运动的方式，虽然可以在一定程度上使患者具有一定的运动能力，但患者由于运动能力丧失或受限，基于检测到的运动信号判断运动意图的方式准确性能以保证，且该过程是在患者已经出现一定的肢体动作后才对运动意图进行判断，因此，对于患者动作的辅助存在一定的延时。
发明内容
本公开提出了一种运动调节装置及方法、电子设备和存储介质。
根据本公开的一方面，提供了一种运动调节装置，所述装置包括：信号处理组件、控制组件、电刺激组件和电极，所述信号处理组件，连接到所述电刺激组件，用于接收所述电刺激组件通过所述电极检测到的脊髓电信号，并根据所述脊髓电信号生成参数调节指令；所述控制组件，连接到所述信号处理组件，用于：根据所述信号处理组件发送的所述参数调节指令，确定用于控制所述电刺激组件的控制参数；和/或根据预设的控制参数时序，确定用于控制所述电刺激组件的控制参数；所述电刺激组件，分别连接到所述控制组件及所述电极，用于根据所述控制参数，生成电刺激；所述电极设置在使用者的脊髓硬膜外的多个位置，用于检测所述脊髓电信号和/或输出所述电刺激。
在一种可能的实现方式中，所述根据所述脊髓电信号生成参数调节指令，包括：对所述脊髓电信号进行特征提取，获得信号特征；根据所述信号特征，确定所述使用者的目标姿态和/或目标动作；根据所述使用者的目标姿态和/或目标动作，生成所述参数调节指令。
在一种可能的实现方式中，所述根据所述脊髓电信号生成参数调节指令，包括：对脊髓电信号进行预处理，获得预处理后的脊髓电信号，所述预处理包括放大和/或自适应滤波处理；根据预处理后的脊髓电信号，生成参数调节指令。
在一种可能的实现方式中，所述根据所述脊髓电信号生成参数调节指令的处理通过参数调节模型实现，所述信号处理组件还用于：接收所述电极检测到的样本脊髓电信号，并通过所述参数调节模型进行处理，生成样本参数调节指令，使得所述控制组件根据所述样本参数调节指令确定样本控制参数，并控制所述电刺激组件生成电刺激；根据使用者在电刺激作用下的动作和/或姿态，以及所述使用者的目标动作和/或目标姿态之间的位姿误差，确定所述参数调节模型的模型损失；根据所述模型损失，训练所述参数调节模型。
在一种可能的实现方式中，所述电极包括平板电极和/或柱状电极。
在一种可能的实现方式中，所述脊髓电信号包括脊髓硬膜外诱发复合动作电位信号和/或脊髓硬膜外电位信号。
在一种可能的实现方式中，所述控制参数包括各电极施加电刺激的时间点、时长、幅度、脉宽和频率中的至少一种。
根据本公开的一方面，提供了一种运动调节方法，包括：根据电极检测到的脊髓电信号，生成参数调节指令，使得控制组件根据所述参数调节指令确定用于控制电刺激组件的控制参数，并使得电刺激组件根据所述控制参数生成电刺激，以通过电极输出所述电刺激。
在一种可能的实现方式中，所述生成参数调节指令，包括：对所述脊髓电信号进行特征提取，获得信号特征；根据所述信号特征，确定所述使用者的目标姿态和/或目标动作；根据所述使用者的目标姿态和/或目标动作，生成所述参数调节指令。
在一种可能的实现方式中，所述生成参数调节指令，包括：对脊髓电信号进行预处理，获得预处理后的脊髓电信号，所述预处理包括放大和/或自适应滤波处理；根据预处理后的脊髓电信号，生成参数调节指令。
在一种可能的实现方式中，所述生成参数调节指令的处理通过参数调节模型实现，所述方法还包括：接收所述电极检测到的样本脊髓电信号，并通过所述参数调节模型进行处理，生成样本参数调节指令，使得所述控制组件根据所述样本参数调节指令确定样本控制参数，并控制所述电刺激组件生成电刺激；根据使用者在电刺激作用下的动作和/或姿态，以及所述使用者的目标动作和/或目标姿态之间的位姿误差，确定所述参数调节模型的模型损失；根据所述模型损失，训练所述参数调节模型。
在一种可能的实现方式中，所述电极包括平板电极和/或柱状电极。
在一种可能的实现方式中，所述脊髓电信号包括脊髓硬膜外诱发复合动作电位信号和/或脊髓硬膜外电位信号。
在一种可能的实现方式中，所述控制参数包括各电极施加电刺激的时间点、时长、幅度、脉宽和频率中的至少一种。
根据本公开的一方面，提供了一种电子设备，包括：处理器；用于存储处理器可执行指令的存储器；其中，所述处理器被配置为调用所述存储器存储的指令，以执行上述方法。
根据本公开的一方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令被处理器执行时实现上述方法。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，而非限制本公开。根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本公开的其它特征及方面将变得清楚。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，这些附图示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于说明本公开的技术方案。
图1示出根据本公开实施例的运动调节装置的框图；
图2示出根据本公开实施例的电极的示意图；
图3示出根据本公开实施例的预处理的示意图；
图4示出根据本公开实施例的训练参数调节模型的流程图；
图5示出根据本公开实施例的运动调节装置的应用示意图；
图6示出根据本公开实施例的电子装置的框图；
图7示出根据本公开实施例的电子装置的框图。
具体实施方式
以下将参考附图详细说明本公开的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。
本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中术语“至少一种”表示多种中的任意一种或多种中的至少两种的任意组合，例如，包括A、B、C中的至少一种，可以表示包括从A、B和C构成的集合中选择的任意一个或多个元素。
另外，为了更好地说明本公开，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本公开同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本公开的主旨。
图1示出根据本公开实施例的运动调节装置的框图，如图1所示，所述装置包括：信号处理组件11、控制组件12、电刺激组件13和电极14，
所述信号处理组件11，连接到所述电刺激组件13，用于接收所述电刺激组件13通过所述电极14检测到的脊髓电信号，并根据所述脊髓电信号生成参数调节指令；
所述控制组件12，连接到所述信号处理组件11，用于：
根据所述信号处理组件11发送的所述参数调节指令，确定用于控制所述电刺激组件13的控制参数；和/或
根据预设的控制参数时序，确定用于控制所述电刺激组件13的控制参数；
所述电刺激组件13，分别连接到所述控制组件12及所述电极14，用于根据所述控制参数，生成电刺激；
所述电极14设置在使用者的脊髓硬膜外的多个位置，用于检测所述脊髓电信号和/或输出所述电刺激。
根据本公开的实施例的运动调节装置，可通过设置在使用者脊髓硬膜外处的电极在使用者进行肢体动作前采集脊髓电信号，从而确定参数调节指令，以生成对应的电刺激，可减少电刺激的延时，提升刺激的准确性，进而提升使用者动作的准确性。
在一种可能的实现方式中，在运动过程中，例如，行走过程中，步态周期一般分为支撑期与摆动期，其中，摆动期占步态周期时间的约40％，支撑期占步态周期时间的约60％。在步态周期内髋、膝、踝关节各自完成相应的动作，形成完整的步态轨迹。摆动期内需要髋关节屈曲、膝关节屈曲、踝关节背屈而后膝关节伸展来完成；支撑期需要髋关节伸展和膝关节伸展来支撑体重。
在一种可能的实现方式中，对上述步态周期中，肢体运动主要由脊髓的腰骶段控制，分别为：脊髓的L1-L5节段(腰段)，S1和S2节段(骶段)。
在示例中，在步态周期中，相关的6个动作、参与动作的肌群以及控制各肌群的脊髓神经根节段分别为：在屈髋动作中，参与肌群包括腰大肌、髂肌、股直肌、短收肌、长收肌、阔筋膜张肌，控制腰大肌动作的脊髓神经根节段包括L1、L2、L3、L4节段，控制髂肌动作的脊髓神经根节段包括L1、L2、L3、L4节段，控制股直肌动作的脊髓神经根节段包括L2、L3、L4节段，控制短收肌、长收肌动作的脊髓神经根节段包括L2、L3、L4节段，控制阔筋膜张肌动作的脊髓神经根节段包括L4、L5、S1节段；在伸髋动作中，参与肌群包括臀大肌、股二头肌长头、半膜肌、半腱肌、臀中肌，控制臀大肌动作的脊髓神经根节段包括L5、S1、S2节段，控制股二头肌长头动作的脊髓神经根节段包括L5、S1、S2节段，控制半膜肌动作的脊髓神经根节段包括L4、L5、S1、S2节段，控制半腱肌动作的脊髓神经根节段包括L4、L5、S1、S2节段，控制臀中肌动作的脊髓神经根节段包括L4、L5、S1节段；在屈膝动作中，参与肌群包括半腱肌、半膜肌、股二头肌长头、腓肠肌，控制半腱肌动作的脊髓神经根节段包括L4、L5、S1、S2节段，控制半膜肌动作的脊髓神经根节段包括L4、L5、S1、S2节段，控制股二头肌长头动作的脊髓神经根节段包括L5、S1、S2节段，控制腓肠肌动作的脊髓神经根节段包括S1、S2节段；在伸膝动作中，参与肌群包括股四头肌，控制股四头肌动作的脊髓神经根节段包括L2、L3、L4节段；在屈踝(背屈)动作中，参与肌群包括胫前肌、拇长伸肌、趾长伸肌，控制胫前肌动作的脊髓神经根节段包括L4、L5节段，控制姆长伸肌动作的脊髓神经根节段包括L5、S1、S2节段，控制趾长伸肌动作的脊髓神经根节段包括L4、L5、S1、S2节段；在伸踝(跖屈)动作中，参与肌群包括腓肠肌、拇长屈肌、胫骨后肌、趾长屈肌，控制腓肠肌动作的脊髓神经根节段包括S1、S2节段，控制拇长屈肌动作的脊髓神经根节段包括L5、S1、S2节段，控制胫骨后肌动作的脊髓神经根节段包括L5、S1、S2节段，控制趾长屈肌动作的脊髓神经根节段包括L5、S1、S2节段。
以上列举了步态周期中相关的6个动作、参与动作的肌群以及控制肌群的脊髓神经根节段，列举内容仅作为示例，步态周期还可能涉及到其他动作、肌群和脊髓神经根节段，在此不一一列举。运动过程也不仅包括行走过程，也可包括其他过程，例如，起立、跑步、跳跃等其他过程，其他过程涉及的动作、肌群以及脊髓神经根节段在此不一一列举。
在一种可能的实现方式中，仅以上述的行走过程为例，每一个简单的动作均可能涉及多个肌群，以及多个控制肌群的脊髓神经根节段。因此，如果使用者为脊髓损伤、脑卒中等疾病的患者，在脊髓功能丧失或部分丧失的情况下，则需要对各脊髓神经根节段进行外界电刺激，以激活本体感觉环路，诱发目标肌群产生所需的收缩，进而控制各肌群完成相应的动作。
在一种可能的实现方式中，为准确施加电刺激，做出正确的动作，需确认使用者的意图，即，确认使用者的目标动作和/或目标姿态，进而施加对应的电刺激，以控制使用者的肌群，完成对应的动作。而通过外界的传感器检测使用者的动作信号(例如，检测使用者四肢的速度、加速度等)，由于其检测时间是在使用者出现动作之后，因此，在经过传感器检测、处理器计算等处理后，再输出电刺激，必然会造成动作的延时。且使用者由于运动功能受损，其动作信号与其真实意图之间可能存在误差，进而造成输出电刺激的误差，使得使用者做出的动作与其真实意图之间存在误差。
在一种可能的实现方式中，针对上述问题，可通过设置在使用者(例如，运动功能受损的患者)的脊髓硬膜外的电极来采集脊髓电信号，以在大脑传递的信号通过脊髓到达肌群之前，就获取到使用者的意图，进而进行电刺激，以准确地控制肌群进行与真实意图对应的动作，且减少动作延时。
在一种可能的实现方式中，在控制电刺激组件时，可制定电刺激控制组件的控制参数时序，并通过该控制参数时序来控制电刺激组件，使得电刺激组件按照预设的时序产生电刺激，从而可按照时序分别控制使用者的各肌群，以完成对应的动作。
在一种可能的实现方式中，电刺激组件可基于控制组件的控制参数生成电刺激，控制组件可按照使用者的意图生成控制参数，以完成对电刺激组件的控制，使电刺激组件按照控制参数对应的控制参数时序生成电刺激，例如，所述控制参数包括各电极施加电刺激的时间点、时长、幅度、脉宽和频率中的至少一种。可通过控制参数控制电刺激的刺激模式、刺激时刻、幅度、脉宽、电极触点、刺激时长等，使得电刺激组件按照时序生成电刺激，并通过点击输出电刺激。在示例中，可对控制组件设置1-16个刺激时序，每个刺激时序可以独立设置1-4组控制参数，以分别控制电极的每个触点，使得电极的各触点按照控制参数对应的时序输出电刺激，以控制肌群完成动作。控制参数可根据参与动作的肌群的运动顺序、运动强度等参数来设置，并可反复调整，直到在电刺激下使用者的动作与目标动作一致。在示例中，通常情况下，3-6组刺激时序就可以满足步态周期内完成不同动作(髋膝踝关节的屈伸)的需求。
图2示出根据本公开实施例的电极的示意图，如图2所示，电极包括平板电极和/或柱状电极等，电极可包括8、16、24或32个触点，通过手术植入的方式放置于脊髓硬膜外，并覆盖控制下肢运动功能的脊髓神经根节段，以通过各触点对相应的脊髓神经根节段施加电刺激。本公开对电极的类型不做限制。
在一种可能的实现方式中，所述电刺激的施加方式可基于以下两种方式确定：其一是基于使用者的意图来确定，例如，可根据测量的脊髓电信号经信号处理组件分析后，获得其真实意图，并基于该意图设置控制参数，例如，可通过机器学习模型等方式，基于采集到的脊髓电信号确定使用者的真实意图，并输出控制参数，从而基于控制参数施加电刺激。其二是控制组件可独立生成电刺激，例如，可在调试时，记录多种意图以及对应的控制参数，并在信号处理组件确定使用者意图后，控制组件可调用已记录的控制参数，并根据已记录的控制参数施加电刺激，而无需实时接受信号处理组件的控制。在调试过程中，可逐步调节刺激强度、脉宽、触点等参数，使得使用者在接受刺激后做出的动作符合其意图，即可记录该种控制参数，并在后续使用者，检测到使用者的相同意图时，可直接调用该控制参数，并按照该控制参数的时序生成电刺激。
在一种可能的实现方式中，上述两种生成电刺激的方式均需要确定使用者的真实意图，即，使用者的目标动作和/或目标姿态。在示例中，使用者的真实意图可通过电极测量脊髓电信号来确定，所述脊髓电信号包括脊髓硬膜外诱发复合动作电位信号(ECAP，EvokedCompound Action Potential)和/或脊髓硬膜外电位信号(SEP，Spinal EpiduralPotentials)。
在示例中，所述电极可包括多个触点，其中，采集ECAP信号的触点与对脊髓施加电刺激的触点可不同。ECAP信号为脊髓硬膜外在电刺激下达到某特定阈值的情况下诱发的复合动作电位，例如，一部分触点可施加电刺激，使得脊髓硬膜外产生复合动作电位，另一部分触点可采集复合动作电位，还可包括一部分作为参考电位的触点。例如，用于施加电刺激的触点可持续施加电刺激，并通过其他空闲触点采集ECAP信号，并由信号处理组件进行分析后，可由用于施加电刺激的触点按照控制参数调节电刺激，以施加与使用者的意图匹配的电刺激，使得使用者在电刺激下完成与其意图一致的动作。
在一种可能的实现方式中，SEP信号为在脊髓硬膜外采集到的自发的控制下肢肌肉运动的电信号，可由电极的多个触点进行采集，以确定使用者的意图，并在确定意图后，可由相应的触点发出电刺激，例如，在控制腰大肌动作的脊髓神经根节段L1、L2、L3、L4节段出检测到SEP信号，可判断使用者该肌群将要发生运动，则可控制L1、L2、L3、L4节段的触点施加对应的电刺激，施加电刺激的触点与采集SEP信号的触点可以相同或不同。
在一种可能的实现方式中，在采集到脊髓电信号时，该电信号可能会受到噪声干扰，因此，可对采集到的脊髓电信号进行预处理，并根据预处理后的脊髓电信号确定参数调节指令。所述根据所述脊髓电信号生成参数调节指令，包括：对脊髓电信号进行预处理，获得预处理后的脊髓电信号，所述预处理包括放大和/或自适应滤波处理；根据预处理后的脊髓电信号，生成参数调节指令。
图3示出根据本公开实施例的预处理的示意图，如图3所示，以ECAP信号为例，可对电极采集到的ECAP信号进行放大处理，放大处理后的信号仍为带有噪声的ECAP原始信号。可通过自适应滤波处理来减少ECAP信号中的噪声，例如，可检测噪声源的信号，并通过自适应滤波算法在ECAP原始信号中滤除噪声源的信号，例如，使ECAP原始信号与噪声源的信号相减、通过最小均方误差算法或递推最小二乘算法等方式滤除噪声信号，获得预处理后的ECAP信号。并可基于预处理后的ECAP信号确定使用者的真实意图，并生成参数调节指令。SEP信号也可通过上述或其他方式进行预处理，在此不再赘述。
在一种可能的实现方式中，在获得预处理后的脊髓电信号后，可对该信号进行分析，以确定使用者的真实意图，以生成对应的参数调节指令。所述根据所述脊髓电信号生成参数调节指令，包括：对所述脊髓电信号进行特征提取，获得信号特征；根据所述信号特征，确定所述使用者的目标姿态和/或目标动作；根据所述使用者的目标姿态和/或目标动作，生成所述参数调节指令。
在一种可能的实现方式中，可分析各触点采集的脊髓电信号，例如，可对多个处理采集的脊髓电信号进行时域分析、频域分析、小波分析、主成分分析等，确定信号特征，进而可根据信号特征确定使用的目标动作和/或目标姿态。在示例中，不同的触点可对应不同的信号通道，可根据对各信号通道的时域分析，获得时序特征。进而可根据时序特征确定大脑的电信号的传导顺序，进而确定使用者的真实意图(例如，基于传导顺序，确定肌肉的运动顺序，进而确定使用者打算进行的动作)。进而可基于使用者的目标姿态和/或目标动作，生成参数调节指令。例如，该参数调节指令可包括是使控制单元调用已记录的控制参数的指令，也可包括直接调节控制单元的参数的指令。
在一种可能的实现方式中，上述生成参数调节指令的处理可通过参数调节模型来实现，所述参数调节模型为机器学习模型，例如，神经网络模型、支持向量机模型、贝叶斯模型、决策树模型等，本公开对参数调节模型的类型不做限制。
在一种可能的实现方式中，该模型可写入信号处理组件，并在电极检测到脊髓电信号时，直接输入该模型，并由该模型进行运算分析后，输出参数调节指令，以调节控制组件的控制参数，使得电刺激组件输出准确的电刺激。
在一种可能的实现方式中，在使用该参数调节模型前，可对该模型进行训练。所述信号处理组件还用于：接收所述电极检测到的样本脊髓电信号，并通过所述参数调节模型进行处理，生成样本参数调节指令，使得所述控制组件根据所述样本参数调节指令确定样本控制参数，并控制所述电刺激组件生成电刺激；根据使用者在电刺激作用下的动作和/或姿态，以及所述使用者的目标动作和/或目标姿态之间的位姿误差，确定所述参数调节模型的模型损失；根据所述模型损失，训练所述参数调节模型。
图4示出根据本公开实施例的训练参数调节模型的流程图，如图4所示，可通过电极采集到脊髓多个阶段的样本脊髓电信号，例如，ECAP信号或SEP信号。可将样本脊髓电信号进行预处理，获得预处理后的样本脊髓电信号。
在一种可能的实现方式中，可选择合适的机器学习模型作为参数调节模型，例如，可选择神经网络模型、贝叶斯模型等模型中的任意一种，本公开对选择方式不做限制。在选择完成后，可将预处理后的样本脊髓电信号输入参数调节模型。参数调节模型可对脊髓电信号进行特征提取处理，并对提取的特征进行选择和运算，以输出样本信号调节指令。进而可使得控制组件基于样本信号调节指令生成控制参数，并使得电刺激组件基于控制参数生成电刺激，从而通过电极刺激使用者的脊髓神经根节段，以做出动作。
在一种可能的实现方式中，在样本信号调节指令的控制下产生的电刺激未必是准确的电刺激，使用者做出的动作与其目标动作和/或目标姿态可能存在位姿差异。可基于位姿差异确定模型损失(例如，根据肌肉的力度、肢体的角度、行走的速度等参数确定模型损失)，并按照使模型损失减小的方向来调节参数调节模型的参数，使得参数调节模型生成更准确的样本参数调节指令，从而使位姿差异减小。
在一种可能的实现方式中，可通过上述步骤来反复训练参数调节模型，并可调试训练超参数，以提升训练效率。例如，可调试学习率等超参数，并在该超参数下调节参数调节模型的参数。经过多次训练，可使上述位姿差异减小到可接受的水平，并将训练后的参数调节模型用于确定参数调节指令的处理中。使得在参数调节指令的控制下产生的电刺激的准确性提升，并使得使用者在上述电刺激作用下做出的动作和/或姿态与其真实意图一致或接近。
根据本公开的实施例的运动调节装置，可通过设置在使用者脊髓硬膜外的电极在使用者进行肢体动作前采集脊髓电信号，并可对脊髓电信号进行预处理，进而利用预处理后的脊髓电信号进行特征分析，或将预处理后的脊髓电信号输入参数调节网络，以确定参数调节指令，从而生成对应的电刺激，可减少电刺激的延时，提升刺激的准确性，进而提升使用者动作的准确性。
图5示出根据本公开实施例的运动调节装置的应用示意图，如图5所示，信号处理组件和控制组件可集成为一体，电刺激组件可由患者随身携带。信号处理组件和控制组件可集成至电刺激组件中，在这种情况下，电极采集到的脊髓电信号(ECAP信号或SEP信号)可传输至电刺激组件，并可由信号处理组件直接读取。如果上述组件未集成在一起，则互相之间可通过有线通信或无线通信(例如，蓝牙、射频等)的方式进行连接。
在一种可能的实现方式中，可通过电极采集患者的的多个脊髓神经根节段的ECAP信号或SEP信号，并通过信号处理组件进行分析，以确定患者的意图，进而输出与意图对应的参数调节指令。例如，可提取上述信号的信号特征，并基于信号特征确定使用者的目标姿态和/或目标动作，从而生成对应的参数调节指令。或者，可将参数调节模型写入信号处理组件，并将ECAP信号或SEP信号输入参数调节模型进行运算，以输出参数调节指令。
在一种可能的实现方式中，控制可在参数调节指令的作用下确定控制参数，并将控制参数发送至电刺激组件，以生成电刺激，并通过电极输出电刺激，以刺激患者的脊髓神经根节段，使得患者的肌群做出相应的动作。
在一种可能的实现方式中，所述运动调节装置可实时基于患者的意图调整参数，并生成新的电刺激，使得使用者执行新的动作。可提升运动控制的实时性和准确性，提高运动恢复效果。
在一种可能的实现方式中，本公开还提供了一种运动调节方法，包括：根据电极检测到的脊髓电信号，生成参数调节指令，使得控制组件根据所述参数调节指令确定用于控制电刺激组件的控制参数，并使得电刺激组件根据所述控制参数生成电刺激，以通过电极输出所述电刺激。
在一种可能的实现方式中，所述生成参数调节指令，包括：对所述脊髓电信号进行特征提取，获得信号特征；根据所述信号特征，确定所述使用者的目标姿态和/或目标动作；根据所述使用者的目标姿态和/或目标动作，生成所述参数调节指令。
在一种可能的实现方式中，所述生成参数调节指令，包括：对脊髓电信号进行预处理，获得预处理后的脊髓电信号，所述预处理包括放大和/或自适应滤波处理；根据预处理后的脊髓电信号，生成参数调节指令。
在一种可能的实现方式中，所述生成参数调节指令的处理通过参数调节模型实现，所述方法还包括：接收所述电极检测到的样本脊髓电信号，并通过所述参数调节模型进行处理，生成样本参数调节指令，使得所述控制组件根据所述样本参数调节指令确定样本控制参数，并控制所述电刺激组件生成电刺激；根据使用者在电刺激作用下的动作和/或姿态，以及所述使用者的目标动作和/或目标姿态之间的位姿误差，确定所述参数调节模型的模型损失；根据所述模型损失，训练所述参数调节模型。
在一种可能的实现方式中，所述电极包括平板电极和/或柱状电极。
在一种可能的实现方式中，所述脊髓电信号包括脊髓硬膜外诱发复合动作电位信号和/或脊髓硬膜外电位信号。
在一种可能的实现方式中，所述控制参数包括各电极施加电刺激的时间点、时长、幅度、脉宽和频率中的至少一种。
可以理解，本公开提及的上述各个方法实施例，在不违背原理逻辑的情况下，均可以彼此相互结合形成结合后的实施例，限于篇幅，本公开不再赘述。本领域技术人员可以理解，在具体实施方式的上述方法中，各步骤的具体执行顺序应当以其功能和可能的内在逻辑确定。
在一些实施例中，本公开实施例提供的装置具有的功能或包含的模块可以用于执行上文方法实施例描述的方法，其具体实现可以参照上文方法实施例的描述，为了简洁，这里不再赘述。
本公开实施例还提出一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令被处理器执行时实现上述方法。计算机可读存储介质可以是非易失性计算机可读存储介质。
本公开实施例还提出一种电子设备，包括：处理器；用于存储处理器可执行指令的存储器；其中，所述处理器被配置为调用所述存储器存储的指令，以执行上述方法。
本公开实施例还提供了一种计算机程序产品，包括计算机可读代码，当计算机可读代码在设备上运行时，设备中的处理器执行用于实现如上任一实施例提供的图像处理方法的指令。
本公开实施例还提供了另一种计算机程序产品，用于存储计算机可读指令，指令被执行时使得计算机执行上述任一实施例提供的图像处理方法的操作。
电子设备可以被提供为终端、服务器或其它形态的设备。
图6示出根据本公开实施例的一种电子设备800的框图。例如，电子设备800可以是移动电话，计算机，数字广播终端，消息收发设备，游戏控制台，平板设备，医疗设备，健身设备，个人数字助理等终端。
参照图6，电子设备800可以包括以下一个或多个组件：处理组件802，存储器804，电源组件806，多媒体组件808，音频组件810，输入/输出(I/O)的接口812，传感器组件814，以及通信组件816。
处理组件802通常控制电子设备800的整体操作，诸如与显示，电话呼叫，数据通信，相机操作和记录操作相关联的操作。处理组件802可以包括一个或多个处理器820来执行指令，以完成上述的方法的全部或部分步骤。此外，处理组件802可以包括一个或多个模块，便于处理组件802和其他组件之间的交互。例如，处理组件802可以包括多媒体模块，以方便多媒体组件808和处理组件802之间的交互。
存储器804被配置为存储各种类型的数据以支持在电子设备800的操作。这些数据的示例包括用于在电子设备800上操作的任何应用程序或方法的指令，联系人数据，电话簿数据，消息，图片，视频等。存储器804可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，如静态随机存取存储器(SRAM)，电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)，可擦除可编程只读存储器(EPROM)，可编程只读存储器(PROM)，只读存储器(ROM)，磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。
电源组件806为电子设备800的各种组件提供电力。电源组件806可以包括电源管理系统，一个或多个电源，及其他与为电子设备800生成、管理和分配电力相关联的组件。
多媒体组件808包括在所述电子设备800和用户之间的提供一个输出接口的屏幕。在一些实施例中，屏幕可以包括液晶显示器(LCD)和触摸面板(TP)。如果屏幕包括触摸面板，屏幕可以被实现为触摸屏，以接收来自用户的输入信号。触摸面板包括一个或多个触摸传感器以感测触摸、滑动和触摸面板上的手势。所述触摸传感器可以不仅感测触摸或滑动动作的边缘，而且还检测与所述触摸或滑动操作相关的持续时间和压力。在一些实施例中，多媒体组件808包括一个前置摄像头和/或后置摄像头。当电子设备800处于操作模式，如拍摄模式或视频模式时，前置摄像头和/或后置摄像头可以接收外部的多媒体数据。每个前置摄像头和后置摄像头可以是一个固定的光学透镜系统或具有焦距和光学变焦能力。
音频组件810被配置为输出和/或输入音频信号。例如，音频组件810包括一个麦克风(MIC)，当电子设备800处于操作模式，如呼叫模式、记录模式和语音识别模式时，麦克风被配置为接收外部音频信号。所接收的音频信号可以被进一步存储在存储器804或经由通信组件816发送。在一些实施例中，音频组件810还包括一个扬声器，用于输出音频信号。
I/O接口812为处理组件802和外围接口模块之间提供接口，上述外围接口模块可以是键盘，点击轮，按钮等。这些按钮可包括但不限于：主页按钮、音量按钮、启动按钮和锁定按钮。
传感器组件814包括一个或多个传感器，用于为电子设备800提供各个方面的状态评估。例如，传感器组件814可以检测到电子设备800的打开/关闭状态，组件的相对定位，例如所述组件为电子设备800的显示器和小键盘，传感器组件814还可以检测电子设备800或电子设备800一个组件的位置改变，用户与电子设备800接触的存在或不存在，电子设备800方位或加速/减速和电子设备800的温度变化。传感器组件814可以包括接近传感器，被配置用来在没有任何的物理接触时检测附近物体的存在。传感器组件814还可以包括光传感器，如CMOS或CCD图像传感器，用于在成像应用中使用。在一些实施例中，该传感器组件814还可以包括加速度传感器，陀螺仪传感器，磁传感器，压力传感器或温度传感器。
通信组件816被配置为便于电子设备800和其他设备之间有线或无线方式的通信。电子设备800可以接入基于通信标准的无线网络，如WiFi，2G或3G，或它们的组合。在一个示例性实施例中，通信组件816经由广播信道接收来自外部广播管理系统的广播信号或广播相关信息。在一个示例性实施例中，所述通信组件816还包括近场通信(NFC)模块，以促进短程通信。例如，在NFC模块可基于射频识别(RFID)技术，红外数据协会(IrDA)技术，超宽带(UWB)技术，蓝牙(BT)技术和其他技术来实现。
在示例性实施例中，电子设备800可以被一个或多个应用专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理设备(DSPD)、可编程逻辑器件(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、控制器、微控制器、微处理器或其他电子元件实现，用于执行上述方法。
在示例性实施例中，还提供了一种非易失性计算机可读存储介质，例如包括计算机程序指令的存储器804，上述计算机程序指令可由电子设备800的处理器820执行以完成上述方法。
图7示出根据本公开实施例的一种电子设备1900的框图。例如，电子设备1900可以被提供为一服务器。参照图7，电子设备1900包括处理组件1922，其进一步包括一个或多个处理器，以及由存储器1932所代表的存储器资源，用于存储可由处理组件1922的执行的指令，例如应用程序。存储器1932中存储的应用程序可以包括一个或一个以上的每一个对应于一组指令的模块。此外，处理组件1922被配置为执行指令，以执行上述方法。
电子设备1900还可以包括一个电源组件1926被配置为执行电子设备1900的电源管理，一个有线或无线网络接口1950被配置为将电子设备1900连接到网络，和一个输入输出(I/O)接口1958。电子设备1900可以操作基于存储在存储器1932的操作系统，例如Windows ServerTM，Mac OS XTM，UnixTM,LinuxTM，FreeBSDTM或类似。
在示例性实施例中，还提供了一种非易失性计算机可读存储介质，例如包括计算机程序指令的存储器1932，上述计算机程序指令可由电子设备1900的处理组件1922执行以完成上述方法。
本公开可以是系统、方法和/或计算机程序产品。计算机程序产品可以包括计算机可读存储介质，其上载有用于使处理器实现本公开的各个方面的计算机可读程序指令。
计算机可读存储介质可以是可以保持和存储由指令执行设备使用的指令的有形设备。计算机可读存储介质例如可以是――但不限于――电存储设备、磁存储设备、光存储设备、电磁存储设备、半导体存储设备或者上述的任意合适的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、静态随机存取存储器(SRAM)、便携式压缩盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能盘(DVD)、记忆棒、软盘、机械编码设备、例如其上存储有指令的打孔卡或凹槽内凸起结构、以及上述的任意合适的组合。这里所使用的计算机可读存储介质不被解释为瞬时信号本身，诸如无线电波或者其他自由传播的电磁波、通过波导或其他传输媒介传播的电磁波(例如，通过光纤电缆的光脉冲)、或者通过电线传输的电信号。
这里所描述的计算机可读程序指令可以从计算机可读存储介质下载到各个计算/处理设备，或者通过网络、例如因特网、局域网、广域网和/或无线网下载到外部计算机或外部存储设备。网络可以包括铜传输电缆、光纤传输、无线传输、路由器、防火墙、交换机、网关计算机和/或边缘服务器。每个计算/处理设备中的网络适配卡或者网络接口从网络接收计算机可读程序指令，并转发该计算机可读程序指令，以供存储在各个计算/处理设备中的计算机可读存储介质中。
用于执行本公开操作的计算机程序指令可以是汇编指令、指令集架构(ISA)指令、机器指令、机器相关指令、微代码、固件指令、状态设置数据、或者以一种或多种编程语言的任意组合编写的源代码或目标代码，所述编程语言包括面向对象的编程语言—诸如Smalltalk、C++等，以及常规的过程式编程语言—诸如“C”语言或类似的编程语言。计算机可读程序指令可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络—包括局域网(LAN)或广域网(WAN)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。在一些实施例中，通过利用计算机可读程序指令的状态信息来个性化定制电子电路，例如可编程逻辑电路、现场可编程门阵列(FPGA)或可编程逻辑阵列(PLA)，该电子电路可以执行计算机可读程序指令，从而实现本公开的各个方面。
这里参照根据本公开实施例的方法、装置(系统)和计算机程序产品的流程图和/或框图描述了本公开的各个方面。应当理解，流程图和/或框图的每个方框以及流程图和/或框图中各方框的组合，都可以由计算机可读程序指令实现。
这些计算机可读程序指令可以提供给通用计算机、专用计算机或其它可编程数据处理装置的处理器，从而生产出一种机器，使得这些指令在通过计算机或其它可编程数据处理装置的处理器执行时，产生了实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的装置。也可以把这些计算机可读程序指令存储在计算机可读存储介质中，这些指令使得计算机、可编程数据处理装置和/或其他设备以特定方式工作，从而，存储有指令的计算机可读介质则包括一个制造品，其包括实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的各个方面的指令。
也可以把计算机可读程序指令加载到计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备上，使得在计算机、其它可编程数据处理装置或其它设备上执行一系列操作步骤，以产生计算机实现的过程，从而使得在计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备上执行的指令实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作。
附图中的流程图和框图显示了根据本公开的多个实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或指令的一部分，所述模块、程序段或指令的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
该计算机程序产品可以具体通过硬件、软件或其结合的方式实现。在一个可选实施例中，所述计算机程序产品具体体现为计算机存储介质，在另一个可选实施例中，计算机程序产品具体体现为软件产品，例如软件开发包(Software Development Kit，SDK)等等。
以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (10)

1.一种运动调节装置，其特征在于，所述装置包括：信号处理组件、控制组件、电刺激组件和电极，
所述信号处理组件，连接到所述电刺激组件，用于接收所述电刺激组件通过所述电极检测到的脊髓电信号，并根据所述脊髓电信号生成参数调节指令；
所述控制组件，连接到所述信号处理组件，用于：
根据所述信号处理组件发送的所述参数调节指令，确定用于控制所述电刺激组件的控制参数；和/或
根据预设的控制参数时序，确定用于控制所述电刺激组件的控制参数；
所述电刺激组件，分别连接到所述控制组件及所述电极，用于根据所述控制参数，生成电刺激；
所述电极设置在使用者的脊髓硬膜外的多个位置，用于检测所述脊髓电信号和/或输出所述电刺激。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述根据所述脊髓电信号生成参数调节指令，包括：
对所述脊髓电信号进行特征提取，获得信号特征；
根据所述信号特征，确定所述使用者的目标姿态和/或目标动作；
根据所述使用者的目标姿态和/或目标动作，生成所述参数调节指令。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述根据所述脊髓电信号生成参数调节指令，包括：
对脊髓电信号进行预处理，获得预处理后的脊髓电信号，所述预处理包括放大和/或自适应滤波处理；
根据预处理后的脊髓电信号，生成参数调节指令。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述根据所述脊髓电信号生成参数调节指令的处理通过参数调节模型实现，
所述信号处理组件还用于：
接收所述电极检测到的样本脊髓电信号，并通过所述参数调节模型进行处理，生成样本参数调节指令，使得所述控制组件根据所述样本参数调节指令确定样本控制参数，并控制所述电刺激组件生成电刺激；
根据使用者在电刺激作用下的动作和/或姿态，以及所述使用者的目标动作和/或目标姿态之间的位姿误差，确定所述参数调节模型的模型损失；
根据所述模型损失，训练所述参数调节模型。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电极包括平板电极和/或柱状电极。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述脊髓电信号包括脊髓硬膜外诱发复合动作电位信号和/或脊髓硬膜外电位信号。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制参数包括各电极施加电刺激的时间点、时长、幅度、脉宽和频率中的至少一种。
8.一种运动调节方法，其特征在于，包括：
根据权利要求1-7中任一项所述的电极检测到的脊髓电信号，生成参数调节指令，使得控制组件根据所述参数调节指令确定用于控制电刺激组件的控制参数，并使得电刺激组件根据所述控制参数生成电刺激，以通过电极输出所述电刺激。
9.一种电子设备，其特征在于，包括：
处理器；
用于存储处理器可执行指令的存储器；
其中，所述处理器被配置为调用所述存储器存储的指令，以执行权利要求8所述的方法。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，其特征在于，所述计算机程序指令被处理器执行时实现权利要求8所述的方法。
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