发明创造名称:手功能康复训练机器人系统及控制方法
外观设计名称:
决定号:186094
决定日:2019-07-05
委内编号:1F255383
优先权日:
申请(专利)号:201710618348.0
申请日:2017-07-26
复审请求人:山东海天智能工程有限公司
无效请求人:
授权公告日:
审定公告日:
专利权人:
主审员:胡涛
合议组组长:汤利容
参审员:陈喜杰
国际分类号:A61H1/02;A61B5/0476
外观设计分类号:
法律依据:专利法第22条第3款
决定要点
:如果权利要求请求保护的技术方案相对于最接近的现有技术存在区别技术特征,其中,其它对比文件公开了部分区别技术特征且给出了采用该部分区别技术特征解决相应技术问题的技术启示,其余区别技术特征属于本领域的常规设计,在该最接的近现有技术的基础上结合该其它对比文件和本领域的常规设计得到该权利要求请求保护的技术方案对本领域技术人员而言是显而易见的,那么该权利要求不具备创造性。
全文:
本复审请求涉及申请号为201710618348.0,名称为“手功能康复训练机器人系统及控制方法”的发明专利申请(下称本申请)。申请人为山东海天智能工程有限公司。本申请的申请日为2017年07月26日,公开日为2017年11月03日。
经实质审查,国家知识产权局专利实质审查部门于2018年04月19日发出驳回决定,驳回了本申请,其理由是:权利要求1-6不符合专利法第22条第3款有关创造性的规定。
驳回决定中引用了如下对比文件:
对比文件1:CN203736485U,公告日为2014年07月30日;
对比文件2:CN1803122A, 公开日为2006年07月19日;
对比文件3:CN101897643A,公开日为2010年12月01日。
驳回决定所依据的文本为:申请日2017年07月26日提交的说明书附图第1-5页、说明书摘要、摘要附图,2017年09月18日提交的说明书第1-14页,2018年03月21日提交的权利要求第1-6项。
驳回决定所针对的权利要求书如下:
“1. 一种手康复训练用系统,其特征在于,包括手康复训练用装置、便携式Emotiv脑电信号采集模块、计算机和控制器:
所述便携式Emotiv脑电信号采集模块,用于实现携带者脑电信号的采集,然后以无线方式发送给计算机;
计算机,用于实时显示所述脑电信号,对脑电信号进行预处理、特征提取、分类和识别,判断携带者是否具有超过设定阈值的运动想象意图指数;具体包括:
接收携带者的脑电信号,根据所述脑电信号建立离线训练模型和在线康复训练模型;
离线训练模型是为了实现携带者与计算机的交互和反馈,调整自己的脑活动状态,具体方法是:采集携带者平静状态下的脑电信号20秒,采集携带者进行运动想象状态下的脑电信号30秒,比对上述脑电信号,建立区分两种状态的识别模型;然后再次提取携带者的脑电信号,根据识别模型就可以识别携带者在运动想象状态下的脑电信号,这时可以采用时域和频域多方面显示携带者脑活动状态,使得携带者了解自己的脑活动状态是否最佳,当脑活动状态达到预定的程度时,进行在线康复训练;
控制器,与计算计相连,根据所述运动想象意图指数,发送命令,控制手康复训练用装置中的动力驱动源以及拇指动力驱动源执行相应动作;
所述手康复训练用装置包括四个两关节手指训练机构和一个拇指训练机构,四个两关节手指训练机构并排设置;
其中,每一个两关节手指训练机构包括通过手指近指端关节支架固定的动力驱动源,动力驱动源的推动杆与手指近指端关节驱动件连接以控制人手指后关节;
手指近指端关节支架,手指近指端关节驱动件通过手指近指端关节支架进行固定且手指近指端关节支架限定手指近指端关节驱动件的移动路径,手指近指端关节支架的前侧与多连杆机构连接,多连杆机构与手指远指端关节驱动件连接;
手指远指端关节支架,多连杆机构与手指远指端关节支架连接,手指远指端关节支架与手指近指端关节驱动件连接且手指远指端关节支架限定手指远指端关节驱动件的移动路径,手指近指端关节驱动件控制手指后关节后,同时带动手指远指端关节支架动作,通过多连杆机构带动手指远指端关节驱动件控制人手指的前关节;
拇指训练机构包括通过拇指关节支架固定的拇指动力驱动源,拇指动力驱动源的推动杆与拇指关节驱动件连接以控制人拇指关节;
拇指关节支架,拇指关节驱动件通过拇指关节支架进行固定且拇指关节支架限定拇指关节驱动件的移动路径,拇指关节驱动件控制拇指关节,可以带动拇指关节向上或者向下的动作;
四个两关节手指训练机构中手指近指端关节支架通过手掌托与拇指关节支架连接;
分析运动想象意图指数的具体方法为:
对脑电信号采用二阶巴特沃斯滤波器进行带通滤波预处理,获取与运动想象状态相关的频带信息,滤除其它噪声;
对去噪后的脑电信号,基于经验模式分解理论,采用特征提取函数,依据脑电信号自身具有的时间尺度特征进行自适应分解,得到一系列本征模分量,对每个本征模分量进行希尔伯特黄变换,求取能量均值作为特征,得到初始特征数组;
采用线性分类函数,对特征数组实时计算分类函数值,获得携带者运动想象意图指数。
2、根据权利要求1所述的手康复训练用系统,其特征在于,所述计算机具有离线训练模块和在线康复训练模块;
所述离线训练模块,用于识别所述脑电信号,将所述脑电信号分为平静状态下脑电信号与运动想象状态下脑电信号,并将上述两种状态下脑电信号通过显示装置与携带者实现人机交互;
所述在线康复训练模块,用于当携带者的运动想象意图指数超过阈值时,向控制器发送命令。
3、根据权利要求1所述的手康复训练用系统,其特征在于,所述便携式Emotiv脑电信号采集模块具有多个采集通道,所述多个采集通道同时获取携带者的脑电信号。
4、根据权利要求1所述的手康复训练用装置,其特征在于,所述手指近指端关节驱动件的一侧设有两个弧形耳边,弧形耳边与压杆连接,手指近指端关节驱动件通过弧形耳边与动力驱动源的推动杆连接,手指近指端关节驱动件的另一侧设有手指近指端关节捆绑固定件;
进一步地,压杆中部呈弧形设置;
或者,所述拇指关节驱动件的一侧设有两个拇指弧形耳边,拇指弧形耳边与拇指压杆连接,拇指关节驱动件通过拇指弧形耳边与拇指动力驱动源的推动杆连接,拇指关节驱动件的另一侧设有拇指关节捆绑固定件。
5、根据权利要求1所述的手康复训练用系统,其特征在于,所述多连杆机构包括第一连杆,第一连杆与所述的手指远指端关节支架固定,第一连杆与第二连杆铰接,第二连杆与第三连杆铰接,第三连杆与所述的手指近指端关节驱动件固定。
6、根据权利要求1所述的手康复训练用系统,其特征在于,所述手指近指端关节支架包括设于动力驱动源头部两侧的弧形片,弧形片一端部与所述的支架固定;弧形片上开有第一导向槽,手指近指端关节驱动件的两侧分别设有第一外伸柱,第一外伸柱沿着第一导向槽移动。”
驳回决定具体指出:(1)权利要求1请求保护一种手康复训练用系统,对比文件1公开了一种康复机器手,权利要求1与对比文件1相比,区别特征在于:1)权利要求1基于脑电信号进行康复训练,具体地,其手康复训练用系统还包括便携式Emotiv脑电信号采集模块和计算机,其中便携式Emotiv脑电信号采集模块实现携带者脑电信号的采集,然后以无线方式发送给计算机,计算机用于实时显示所述脑电信号,对脑电信号进行预处理、特征提取、分类和识别,判断携带者是否具有超过设定阈值的运动想象意图指数,并且控制器根据所述运动想象意图指数发送命令,控制训练动作;并且权利要求1还限定了分析运动想象意图指数的具体方法,包括结合了巴特沃斯滤波,本征模分量分解以及希尔伯特黄变换等具体的数据方法;以及接收携带者的脑电信号,根据所述脑电信号建立离线训练模型和在线康复训练模型;离线训练模型是为了实现携带者与计算机的交互和反馈,调整自己的脑活动状态,具体方法是:采集携带者平静状态下的脑电信号20秒,采集携带者进行运动想象状态下的脑电信号30秒,比对上述脑电信号,建立区分两种状态的识别模型;然后再次提取携带者的脑电信号,根据识别模型就可以识别携带者在运动想象状态下的脑电信号,这时可以采用时域和频域多方面显示携带者脑活动状态,使得携带者了解自己的脑活动状态是否最佳,当脑活动状态达到预定的程度时,进行在线康复训练;而对比文件1基于肌电信号进行手的康复训练;2)权利要求1中手指近指端关节支架的前侧与多连杆机构连接,而对比文件1的图3中驱动马达13与本申请中的马达的位置不同,手指后关节支架11与马达13的支座一体构成,使得联动推杆组连接在支架11的中间段。对于区别特征1),对比文件2公开了一种利用想象运动脑电波产生康复训练器械控制命令的方法,使得例如患有中风的患者能够进行左手、右手或脚的康复训练,其给出了基于脑电信号进行手康复训练的技术启示;并且对比文件3公开了一种帮助用户移动手的可佩戴式助力设备,其给出了通过和预定阈值比较来决定是否启动训练的技术启示;本领域技术人员在对比文件1的基础上结合对比文件2的技术启示,能够想到通过采集脑电信号获得脑电能量值,并基于脑电能量值计算获得患者的运动想象意图指数,以此决定是否进行康复训练。而为了更好提取患者真实的运动意图,防止噪声干扰,本领域技术人员在对比文件3的启示下容易想到将上述计算得到的运动想象意图指数和预定阈值进行比较。同时,在对比文件1的基础上结合对比文件2时,本领域技术人员有动机去寻找具体的进行预处理、特征提取、分类和识别的方法以分析运动想象意图指数或主观训练意愿。而现有技术中公开了分析运动想象意图指数的具体方法(例如参见:杨福生 等,《生物医学信号处理》第14章:自发脑电信号的处理,第533-563页;以及专利文献CN101810479A的说明书摘要、说明书第7-16段、CN102722727A的说明书第2-14段、CN106618561A的说明书第5-25段);另外,在肢体康复锻炼时设置相应的康复训练模型及其具体训练方法属于本领域常规手段;此外,为了便于整个系统使用,本领域技术人员容易想到将脑电信号采集模块设置成便携式的Emotiv脑电信号采集模块,并且无线方式传输也是本领域技术人员容易想到的。对于区别特征2),对比文件3公开的可佩戴式助力设备具有马达12、近位导轨14(相当于相对近侧的手指关节支架)和中间导轨17(相当于相对远侧的手指关节支架),并且其具有可调连杆15和连接组件120(相当于多连杆机构),对比文件3给出了将多连杆机构连接在相对近侧的手指关节支架的前侧的技术启示。因此,在对比文件1的基础上结合对比文件2、3的技术启示及本领域常规手段,从而得到权利要求1的技术方案,对本领域技术人员来说是显而易见的,因此权利要求1不具有突出的实质性特点和显著的进步,不具有创造性。(2)从属权利要求2-6的附加技术特征或者被对比文件1-3公开或者属于常规设计,从属权利要求2-6也不具备创造性。
申请人(下称复审请求人)对上述驳回决定不服,于2018年07月05日向国家知识产权局提出了复审请求,未对权利要求书进行修改。复审请求人认为:
(1)对比文件1要解决的技术问题是如何实现四指、拇指、手腕三部分同步或异步的运动,本申请要解决的技术问题是如何减轻患者携带和佩戴康复装置的负担,增强训练的有效性从而缩短康复训练时间,两者并不相同,技术改进的出发点不同,具体地:对比文件1是基于肌电生物反馈信号进行康复训练,各个手指的驱动装置位于各手指的同侧,患者进行康复训练时,手指上方的装置会给手指带来压力,解决不了本申请的技术问题;而权利要求1是基于脑电信号进行康复训练,各个手指的驱动装置位于靠近手背或手腕一侧,是通过采集携带者的脑电信号来控制训练装置动作,更加符合人体仿生学。(2)对比文件2、对比文件3均没有公开计算机实时显示脑电信号,也没有公开判断携带者是否具有超过设定阈值的运动想象意图指数。(3)对比文件2以及其他多个证据仅仅是从字面上公开了“预处理”、“特征提取”和“分类和识别”的过程,其仅仅能够得到“预处理-特征提取-分类和识别”这一主要流程,而本申请基于脑电信号获取运动想象意图指数的方法结合了巴特沃斯滤波、本征模分量分解以及希尔伯特黄变换等具体的数据方法,算法的选用要综合所处理数据的特点以及算法本身的特点综合考虑,并且由于各步骤之间的先后逻辑,每个步骤选用的算法均需要考虑输入数据和输出数据的形式。因此权利要求1具备创造性。
经形式审查合格,国家知识产权局于2018年07月11日依法受理了该复审请求,并将其转送至原专利实质审查部门进行前置审查。
原专利实质审查部门在前置审查意见中坚持驳回决定。
随后,国家知识产权局成立合议组对本案进行审理,并于2019年03月12日发出了复审通知书,指出权利要求1-6不具备专利法第22条第3款规定的创造性,具体如下:
1)权利要求1请求保护一种手康复训练用系统,对比文件1公开了一种康复机器手,权利要求1相对于对比文件1的区别在于:(1)手康复训练用系统还包括便携式Emotiv脑电信号采集模块和计算机,便携式Emotiv脑电信号采集模块用于实现携带者脑电信号的采集,然后以无线方式发送给计算机,计算机用于实时显示所述脑电信号,对脑电信号进行预处理、特征提取、分类和识别,判断携带者是否具有超过设定阈值的运动想象意图指数,控制器与计算机相连,根据运动想象意图指数发送命令,控制手康复训练用装置中的动力驱动源以及拇指动力驱动源执行相应动作;采用计算机进行控制的方法具体包括:接收携带者的脑电信号,根据脑电信号建立离线训练模型和在线康复训练模型;离线训练模型是为了实现携带者与计算机的交互和反馈,调整自己的脑活动状态,具体方法是:采集携带者平静状态下的脑电信号20秒,采集携带者进行运动想象状态下的脑电信号30秒,比对上述脑电信号,建立区分两种状态的识别模型;然后再次提取携带者的脑电信号,根据识别模型就可以识别携带者在运动想象状态下的脑电信号,这时可以采用时域和频域多方面显示携带者脑活动状态,使得携带者了解自己的脑活动状态是否最佳,当脑活动状态达到预定的程度时,进行在线康复训练;(2)分析运动想象意图指数的具体方法为:对脑电信号采用二阶巴特沃斯滤波器进行带通滤波预处理,获取与运动想象状态相关的频带信息,滤除其它噪声;对去噪后的脑电信号,基于经验模式分解理论,采用特征提取函数,依据脑电信号自身具有的时间尺度特征进行自适应分解,得到一系列本征模分量,对每个本征模分量进行希尔伯特黄变换,求取能量均值作为特征,得到初始特征数组;采用线性分类函数,对特征数组实时计算分类函数值,获得携带者运动想象意图指数;(3)权利要求1中的手指近指端关节支架的前侧与多连杆机构连接,而对比文件1中的联动推杆组位于手指后关节支架的中间段。对于区别技术特征(1),对比文件2公开了一种利用想象运动脑电波产生康复训练器械控制命令的方法,其给出了基于脑电信号获得主观训练意愿以进行手康复训练的技术启示,并公开了在处理过程中进行预处理、特征提取、分类和识别,在该启示下,本领域技术人员有动机对对比文件1进行相应的改进,而对于具体的预处理、特征提取、分类和识别的方法以及过程,属于本领域技术人员根据实际需要即可作出的常规选择;在肢体康复锻炼时设置相应的康复训练模型及其具体训练方法属于本领域常规手段;此外,为了便于整个系统使用,本领域技术人员容易想到将脑电信号采集模块设置成便携式的Emotiv脑电信号采集模块,并且无线方式传输也是本领域技术人员容易想到的;同时,对比文件3公开了一种帮助用户移动手的可佩戴式助力设备,其给出了通过和预定阈值进行比较来决定是否启动训练的技术启示,本领域技术人员有动机将对比文件3与对比文件1进行结合,而为了更好地提取患者真实的运动意图,防止噪声干扰,本领域技术人员容易想到将计算得到的运动意图指数和预定阈值进行比较;对于区别技术特征(2),其属于本领域进行脑电信号处理的常规方法、常规步骤流程;对于区别技术特征(3),对比文件3公开的可佩戴式助力设备具有马达12、近位导轨14(相当于相对近侧的手指关节支架)和中间导轨17(相当于相对远侧的手指关节支架),并且其具有可调连杆15和连接组件120(相当于多连杆机构),对比文件3给出了将多连杆机构连接在相对近侧的手指关节支架的前侧的技术启示;在对比文件1的基础上结合对比文件2、3以及本领域常规手段,从而得到权利要求1的技术方案,这对本领域技术人员来说是显而易见的,因此权利要求1不具有突出的实质性特点和显著的进步,不具有创造性。2)从属权利要求2-6的附加技术特征或者被对比文件1-2公开或者属于常规设计,从属权利要求2-6也不具备创造性。同时,针对复审请求人的意见陈述进行了回应。
复审请求人于2019年04月26日提交了意见陈述书,并提交了权利要求书的全文修改替换页。修改之处在于:在权利要求1中增加了技术特征:(1)“动力驱动源倾斜设置,倾斜的角度是0°~25°;手指近端关节支架的底部水平设置以与人的手背接触,支架底部一侧倾斜向上设置,且向上的端部与动力驱动源进行固定”;(2)“在拇指关节支架与拇指驱动电机之间设置有压力传感器贴板,在压力传感器贴板上设置摆动触压件,摆动触压件与控制器连接,当摆动触压件检测到压力大于设定值时,控制器控制拇指驱动电机停止动作”。复审请求人认为:1)对于新增的技术特征(1),对比文件1-3未披露该技术特征,将动力驱动源倾斜设置,且设置了倾斜的角度是0°~25°,不论是手水平设置或者倾斜设置,均可以实现对手指关节的控制,该角度的设置是经过创造性的劳动得到的;根据对比文件1的附图2和对比文件3的说明书附图3可知,现有技术中的支架均是整体水平佩戴于人体手臂至手部,长时间如此佩戴造成佩戴者手腕无法活动,对佩戴者手腕造成伤害,本申请将手指近端关节支架的底部水平设置以与人的手背接触,支架底部一侧倾斜向上设置,且向上的端部与动力驱动源进行固定,使得支架与佩戴者手腕手臂处与支架之间存在一定空间,不会对手臂造成伤害;2)对于新增的技术特征(2),对比文件1-3未披露该技术特征,本申请通过驱动电机作为动力源,进而通过拇指关节驱动件来向拇指提供压力,这个力度是需要控制的,否则力度过大会对人体的拇指造成过度拉伤,本申请通过压力传感器贴板的设置,限制了拇指驱动力的大小,避免使用者受到二次损伤,更好地促进手指的康复;3)其余意见与提交复审请求书时的意见相同。
复审请求人提交的权利要求书如下:
“1. 一种手康复训练用系统,其特征在于,包括手康复训练用装置、便携式Emotiv脑电信号采集模块、计算机和控制器:
所述便携式Emotiv脑电信号采集模块,用于实现携带者脑电信号的采集,然后以无线方式发送给计算机;
计算机,用于实时显示所述脑电信号,对脑电信号进行预处理、特征提取、分类和识别,判断携带者是否具有超过设定阈值的运动想象意图指数;具体包括:
接收携带者的脑电信号,根据所述脑电信号建立离线训练模型和在线康复训练模型;
离线训练模型是为了实现携带者与计算机的交互和反馈,调整自己的脑活动状态,具体方法是:采集携带者平静状态下的脑电信号20秒,采集携带者进行运动想象状态下的脑电信号30秒,比对上述脑电信号,建立区分两种状态的识别模型;然后再次提取携带者的脑电信号,根据识别模型就可以识别携带者在运动想象状态下的脑电信号,这时可以采用时域和频域多方面显示携带者脑活动状态,使得携带者了解自己的脑活动状态是否最佳,当脑活动状态达到预定的程度时,进行在线康复训练;
控制器,与计算计相连,根据所述运动想象意图指数,发送命令,控制手康复训练用装置中的动力驱动源以及拇指动力驱动源执行相应动作;
所述手康复训练用装置包括四个两关节手指训练机构和一个拇指训练机构,四个两关节手指训练机构并排设置;
其中,每一个两关节手指训练机构包括通过手指近指端关节支架固定的动力驱动源,动力驱动源的推动杆与手指近指端关节驱动件连接以控制人手指后关节;动力驱动源倾斜设置,倾斜的角度是0°~25°;手指近端关节支架的底部水平设置以与人的手背接触,支架底部一侧倾斜向上设置,且向上的端部与动力驱动源进行固定;
手指近指端关节支架,手指近指端关节驱动件通过手指近指端关节支架进行固定且手指近指端关节支架限定手指近指端关节驱动件的移动路径,手指近指端关节支架的前侧与多连杆机构连接,多连杆机构与手指远指端关节驱动件连接;
手指远指端关节支架,多连杆机构与手指远指端关节支架连接,手指远指端关节支架与手指近指端关节驱动件连接且手指远指端关节支架限定手指远指端关节驱动件的移动路径,手指近指端关节驱动件控制手指后关节后,同时带动手指远指端关节支架动作,通过多连杆机构带动手指远指端关节驱动件控制人手指的前关节;
拇指训练机构包括通过拇指关节支架固定的拇指动力驱动源,拇指动力驱动源的推动杆与拇指关节驱动件连接以控制人拇指关节;在拇指关节支架与拇指驱动电机之间设置有压力 传感器贴板,在压力传感器贴板上设置摆动触压件,摆动触压件与控制器连接,当摆动触压件检测到压力大于设定值时,控制器控制拇指驱动电机停止动作;
拇指关节支架,拇指关节驱动件通过拇指关节支架进行固定且拇指关节支架限定拇指关节驱动件的移动路径,拇指关节驱动件控制拇指关节,可以带动拇指关节向上或者向下的动作;
四个两关节手指训练机构中手指近指端关节支架通过手掌托与拇指关节支架连接;
分析运动想象意图指数的具体方法为:
对脑电信号采用二阶巴特沃斯滤波器进行带通滤波预处理,获取与运动想象状态相关的频带信息,滤除其它噪声;
对去噪后的脑电信号,基于经验模式分解理论,采用特征提取函数,依据脑电信号自身具有的时间尺度特征进行自适应分解,得到一系列本征模分量,对每个本征模分量进行希尔伯特黄变换,求取能量均值作为特征,得到初始特征数组;
采用线性分类函数,对特征数组实时计算分类函数值,获得携带者运动想象意图指数。
2. 根据权利要求1所述的手康复训练用系统,其特征在于,所述计算机具有离线训练模块和在线康复训练模块;
所述离线训练模块,用于识别所述脑电信号,将所述脑电信号分为平静状态下脑电信号与运动想象状态下脑电信号,并将上述两种状态下脑电信号通过显示装置与携带者实现人机交互;
所述在线康复训练模块,用于当携带者的运动想象意图指数超过阈值时,向控制器发送命令。
3. 根据权利要求1所述的手康复训练用系统,其特征在于,所述便携式Emotiv脑电信号采集模块具有多个采集通道,所述多个采集通道同时获取携带者的脑电信号。
4. 根据权利要求1所述的手康复训练用装置,其特征在于,所述手指近指端关节驱动件的一侧设有两个弧形耳边,弧形耳边与压杆连接,手指近指端关节驱动件通过弧形耳边与动力驱动源的推动杆连接,手指近指端关节驱动件的另一侧设有手指近指端关节捆绑固定件;
进一步地,压杆中部呈弧形设置;
或者,所述拇指关节驱动件的一侧设有两个拇指弧形耳边,拇指弧形耳边与拇指压杆连接,拇指关节驱动件通过拇指弧形耳边与拇指动力驱动源的推动杆连接,拇指关节驱动件的另一侧设有拇指关节捆绑固定件。
5. 根据权利要求1所述的手康复训练用系统,其特征在于,所述多连杆机构包括第一连杆,第一连杆与所述的手指远指端关节支架固定,第一连杆与第二连杆铰接,第二连杆与第三连杆铰接,第三连杆与所述的手指近指端关节驱动件固定。
6. 根据权利要求1所述的手康复训练用系统,其特征在于,所述手指近指端关节支架包括设于动力驱动源头部两侧的弧形片,弧形片一端部与所述的支架固定;弧形片上开有第一导向槽,手指近指端关节驱动件的两侧分别设有第一外伸柱,第一外伸柱沿着第一导向槽移动。”
在上述程序的基础上,合议组认为本案事实已经清楚,可以作出审查决定。
二、决定的理由
1.审查文本的认定
复审请求人于2019年04月26日提交了权利要求书的全文替换页。经审查,所作的修改符合专利法第33条的规定。本复审请求审查决定所针对的审查文本是:申请日2017年07月26日提交的说明书附图第1-5页、说明书摘要、摘要附图,2017年09月18日提交的说明书第1-14页,2019年04月26日提交的权利要求第1-6项。
2.关于专利法第22条第3款
专利法第22条第3款规定:创造性,是指与现有技术相比,该发明具有突出的实质性特点和显著的进步,该实用新型具有实质性特点和进步。
如果权利要求请求保护的技术方案相对于最接近的现有技术存在区别技术特征,其中,其它对比文件公开了部分区别技术特征且给出了采用该部分区别技术特征解决相应技术问题的技术启示,其余区别技术特征属于本领域的常规设计,在该最接的近现有技术的基础上结合该其它对比文件和本领域的常规设计得到该权利要求请求保护的技术方案对本领域技术人员而言是显而易见的,那么该权利要求不具备创造性。
(1)权利要求1不符合专利法第22条第3款的规定
权利要求1请求保护一种手康复训练用系统,对比文件1公开了一种康复机器手(参见说明书第0023-0042段,附图1-5),其中,肌电电极、控制中心(相当于控制器)、康复机器手(相当于手康复训练用装置)共同构成手康复训练用系统。康复机器手包括四指驱动机构2(相当于四个两关节手指训练机构)和拇指驱动机构3(相当于一个拇指训练机构),四指驱动机构2并排设置;其中,每一个四指驱动机构2包括:通过手指后关节支架11(相当于手指近指端关节支架)固定的驱动马达13(相当于动力驱动源),驱动马达13倾斜设置,手指后关节支架11的底部水平设置因此与人的手背接触(参见附图2-3),手指后关节支架11底部一侧倾斜向上设置;驱动马达13的推动杆与手指后关节传动件12(相当于手指近指端关节驱动件)连接以控制人手指后关节;手指后关节支架11呈双弧镂空,通过轴承与手指后关节传动件12铰接,实现手指后关节传动件12半弧形运动(相当于手指近指端关节驱动件通过手指近指端关节支架进行固定且手指近指端关节支架限定手指近指端关节驱动件的移动路径);手指后关节支架11与联动推杆组(相当于多连杆机构)中的推杆一14连接,联动推杆组中的推杆三19与手指前关节传动件17(相当于手指远指端关节驱动件)通过轴连接;从对比文件1的图3可以看出,联动推杆组中的推杆二15的中部在与手指前关节支架16(相当于手指远指端关节支架)重合的部位存在椭圆形区域,手指前关节支架16与手指后关节传动件12连接,驱动马达13推动手指后关节传动件12向前运动,联动推杆组中推杆一14带动推杆二15,推杆二15带动推杆三19,推杆三19与手指前关节传动件17通过轴连接在一起,通过联动效应达到手指前关节传动件17和手指后关节传动件12向前伸(相当于通过多连杆机构带动手指远指端关节驱动件控制人手指的前关节);当驱动马达推动手指后关节传动件12向前运动时,一方面控制手指后关节,另一方面同时带动手指前关节支架16动作,图3中的椭圆形区域对应于联动推杆组与手指前关节支架16相连接的枢接点;手指前关节支架16呈双弧线镂空,通过轴承铰接手指前关节传动件17从而实现手指前关节传动件17的半弧形运动(相当于限定手指远指端关节驱动件的移动路径);拇指驱动机构3包括通过拇指关节支架21固定的驱动马达23(相当于拇指动力驱动源),驱动马达23的推动杆与拇指关节传动件22(相当于拇指关节驱动件)连接以控制人拇指关节;拇指关节支架21和拇指关节传动件22呈双弧线镂空,通过轴承铰接,实现拇指关节传动件22半弧形运动(相当于拇指关节驱动件通过拇指关节支架进行固定且拇指关节支架限定拇指关节驱动件的移动路径),拇指关节传动件22控制拇指关节,可以带动拇指关节前、上、下捉获和屈伸功能(相当于能够进行向上或者向下的动作);四指驱动机构2中,手指后关节支架11通过手撑外托38、手撑内托39(两者构成手掌托)与拇指关节支架21连接(图2、5)。
由此可见,权利要求1相对于对比文件1的区别在于:(1)手康复训练用系统还包括便携式Emotiv脑电信号采集模块和计算机,便携式Emotiv脑电信号采集模块用于实现携带者脑电信号的采集,然后以无线方式发送给计算机,计算机用于实时显示所述脑电信号,对脑电信号进行预处理、特征提取、分类和识别,判断携带者是否具有超过设定阈值的运动想象意图指数,控制器与计算机相连,根据运动想象意图指数发送命令,控制手康复训练用装置中的动力驱动源以及拇指动力驱动源执行相应动作;采用计算机进行控制的方法具体包括:接收携带者的脑电信号,根据脑电信号建立离线训练模型和在线康复训练模型;离线训练模型是为了实现携带者与计算机的交互和反馈,调整自己的脑活动状态,具体方法是:采集携带者平静状态下的脑电信号20秒,采集携带者进行运动想象状态下的脑电信号30秒,比对上述脑电信号,建立区分两种状态的识别模型;然后再次提取携带者的脑电信号,根据识别模型就可以识别携带者在运动想象状态下的脑电信号,这时可以采用时域和频域多方面显示携带者脑活动状态,使得携带者了解自己的脑活动状态是否最佳,当脑活动状态达到预定的程度时,进行在线康复训练;(2)分析运动想象意图指数的具体方法为:对脑电信号采用二阶巴特沃斯滤波器进行带通滤波预处理,获取与运动想象状态相关的频带信息,滤除其它噪声;对去噪后的脑电信号,基于经验模式分解理论,采用特征提取函数,依据脑电信号自身具有的时间尺度特征进行自适应分解,得到一系列本征模分量,对每个本征模分量进行希尔伯特黄变换,求取能量均值作为特征,得到初始特征数组;采用线性分类函数,对特征数组实时计算分类函数值,获得携带者运动想象意图指数;(3)权利要求1中的手指近指端关节支架的前侧与多连杆机构连接,而对比文件1中的联动推杆组位于手指后关节支架的中间段;(4)动力驱动源的倾斜的角度是0°~25°,支架底部向上的端部与动力驱动源进行固定;(5)在拇指关节支架与拇指驱动电机之间设置有压力传感器贴板,在压力传感器贴板上设置摆动触压件,摆动触压件与控制器连接,当摆动触压件检测到压力大于设定值时,控制器控制拇指驱动电机停止动作。
对于区别技术特征(1),对比文件2公开了一种利用想象运动脑电波产生康复训练器械控制命令的方法(参见说明书第1页第2段-第2页最后一段、附图1-2,5),包括如下步骤:步骤1,将三个脑电电极放置在头顶中央与运动感觉皮层对应的位置,左中右各一个,相隔5-7厘米,分别对应右手、脚和左手相应的皮层;步骤2,用通用的脑电信号采集与模数转换装置实时地记录受试者的脑电信号并送入计算机(步骤1、2相当于脑电信号采集模块实现携带者脑电信号的采集,然后发送给计算机);步骤3,由计算机中的脑电特征提取程序(参见步骤31-36、附图5)进行实时处理,获得脑电能量值,并选择变化差值最大的电极,从而确定受试者是想象运动左手、右手还是脚,产生训练器械的控制命令;步骤4,根据想象运动与预先设定好的多套康复训练程序的对应关系,启动通用的康复训练器械的相应控制单元和预设的控制程序,带动受试者肢体或身体其他部位进行康复训练(步骤3、4相当于计算机对脑电信号进行预处理、特征提取、分类和识别,并且发送命令,控制相应的控制器执行相应训练动作)。上述技术特征在对比文件2中的作用与其在本申请中的作用相同,均为提取脑电信号进行康复训练,因此,对本领域技术人员而言,对比文件2已给出了基于脑电信号获得主观训练意愿以进行手康复训练的技术启示,并公开了在处理过程中进行预处理、特征提取、分类和识别,在该启示下,本领域技术人员有动机对对比文件1进行相应的改进,而对于具体的预处理、特征提取、分类和识别的方法以及过程,属于本领域技术人员根据实际需要即可作出的常规选择;对于携带者而言,要么处于康复训练的在线状态,要么处于康复训练的离线状态,在肢体康复锻炼时设置相应的康复训练模型,这是本领域的常规手段,而在没进行康复训练的离线状态下,患者大脑会处于想运动的运动想象状态和不想运动的平静状态,为了让携带者正确了解和调整自己的脑活动状态,本领域技术人员容易想到设置离线训练模型,根据该离线训练模型,携带者可以与计算机交互反馈,并训练自己的脑活动状态,以适时启动康复训练。本领域技术人员所熟知,在离线时的平静状态和运动想象状态下所呈现的脑电信号有所差异,这是本领域的公知常识,为了对每位携带者的脑电信号进行准确识别,防止误操作,本领域技术人员容易想到预先采集这两种状态下的信号用作参照,然后将再次采集的信号与预先的参照进行比对,从而识别携带者处于哪种状态、运动想象状态是否达到预定的程度,以决定是否进行驱动手康复装置工作的康复训练。另外,计算机采用时域和频域多方面实时显示脑电信号,反映携带者脑活动状态,以方便携带者与计算机的交互和反馈,来调整脑活动状态或者进行康复训练,这也是本领域的常规手段。至于采集的两种状态下脑电信号的时间长度,是本领域技术人员根据使用需要和效果即可做出的常规选择。此外,对比文件1公开了康复机器手是便携式机器手,可实现互动式反馈训练(参见说明书0037段),为了便于整个系统使用,本领域技术人员容易想到将脑电信号采集模块设置成便携式的Emotiv脑电信号采集模块,无线方式传输有利于简化系统,这也是本领域技术人员容易想到的。同时,对比文件3公开了一种帮助用户移动手的可佩戴式助力设备,其中披露了(参见说明0087段)如果选择触发模式84,比较所探测到的实时EMG水平和预定阈值,如果EMG水平高于阈值,则马达启动并完成预设轨迹,对比文件3给出了通过和预定阈值进行比较来决定是否启动训练的技术启示,因此,本领域技术人员有动机将对比文件3与对比文件1进行结合,而为了更好地提取患者真实的运动意图,防止噪声干扰,本领域技术人员容易想到将计算得到的运动意图指数和预定阈值进行比较。
对于区别技术特征(2),分析运动想象意图指数的具体方法属于本领域进行脑电信号处理的常规方法,对脑电信号信号进行预处理、特征提取、分类和识别时结合巴特沃斯滤波、本征模分量分解、希尔伯特黄变换、计算分类函数等具体的数据处理方法属于本领域常规步骤流程;
对于区别技术特征(3),对比文件3(参见说明书第0066-0072段,图1-19)公开的可佩戴式助力设备具有马达12、近位导轨14(相当于相对近侧的手指关节支架)和中间导轨17(相当于相对远侧的手指关节支架),并且其具有可调连杆15和连接组件120(相当于多连杆机构)。通过图1、6、10、12可以看出可调连杆15连接到近位导轨14的前侧上,由此可见,对比文件3中的马达12与近位导轨14和中间导轨17的相对位置关系与权利要求1中的动力驱动源与手指近指端关节支架和手指远指端关节支架的相对位置关系相同,并且其作用也是为了能够更好地进行联动性移动,因此对本领域技术人员而言,对比文件3给出了将多连杆机构连接在相对近侧的手指关节支架的前侧的技术启示;
对于区别技术特征(4),对比文件1中,驱动马达13即为向上倾斜设置,手指后关节支架11的底部水平设置因此与人的手背接触,手指后关节支架11底部一侧倾斜向上设置,手指后关节支架11呈双弧镂空,通过轴承与手指后关节传动件12铰接,进而与驱动马达13固定,至于动力驱动源的倾斜的角度大小、支架底部向上的端部与动力驱动源进行固定属于本领域的常规选择;
对于区别技术特征(5),利用传感器探测压力值大小并控制驱动电机动作属于本领域为了避免压力过大对人体造成伤害所常用的技术手段;
综上所述,在对比文件1的基础上结合对比文件2、对比文件3以及本领域的常规设计从而得到权利要求1请求保护的技术方案对本领域技术人员来说是显而易见的,权利要求1请求保护的技术方案不具有突出的实质性特点和显著的进步,不符合专利法第22条第3款的规定。
(2)权利要求2-6不符合专利法第22条第3款的规定
权利要求2进一步限定脑电信号采集和训练的技术特征。本领域技术人员熟知,脑电信号在平静状态和运动想象状态下会呈现不同的波形。为了使携带者全面了解并调整自己的脑活动状态并正确适时启动康复训练,将脑电信号分为平静状态下脑电信号与运动想象状态下脑电信号,并将上述两种状态下的脑电信号通过显示装置与携带者实现人机交互,这是本领域技术人员容易想到的,同时,当携带者的运动想象意图指数超过阈值即确定真正想运动时,采用在线康复训练模块,向控制器发送命令,进行训练,这也是容易想到的常规设置。因此在权利要求1不具备创造性的前提下,权利要求2不具备创造性。
权利要求3进一步限定脑电信号采集的技术特征。对比文件2公开了(参见说明书第1页第2段-第2页最后一段、附图1-2,5)设置多个脑电电极从而形成多个采集通道同时获得脑电信号,因此在权利要求1不具备创造性的前提下,权利要求3不具备创造性。
权利要求4进一步限定手康复装置的具体结构。对比文件1公开了(参见说明书第0023-0042段,附图1-5)马达13、23与传动件12、22连接,手指后关节支架11和拇指关节支架21呈双弧线镂空,通过轴承分别与手指后关节传动件12、拇指关节传动件22铰接。同时,本领域技术人员也容易想到设置两个弧形耳边并进行权利要求4中限定的其它常规的机械连接设置。因此在权利要求1不具备创造性的前提下,权利要求4不具备创造性。
权利要求5进一步限定手康复装置的具体结构。对比文件1公开了联动推杆组包括推杆14-19(参见说明书0030段,0035段、附图3),结合图3、4连接点或孔的设置以及联动推杆组实现联动效应的原理,推杆14与推杆15铰接,推杆15与推杆19铰接,推杆14与手指后关节传动件12连接固定,推杆19与手指前关节支架16连接固定,即权利要求5的附加技术特征已被对比文件1公开。因此在权利要求1不具备创造性的前提下,权利要求5不具备创造性。
权利要求6进一步限定手康复装置的具体结构。从对比文件1的图3中可以看出手指后关节支架11包括弧形片,弧形片一端部与支架11固定;弧形片上双弧线镂空(相当于开有第一导向槽),弧形片上分别具有两个轴承、一个轴承,实现手指后关节传动件12半弧形运动(相当于在其中一个轴承处设有第一外伸柱,第一外伸柱沿着第一导向槽移动)。同时,在马达头部两侧设置弧形片属于本领域常规设计,因此在权利要求1不具备创造性的前提下,权利要求6不具备创造性。
3. 对复审请求人意见陈述的回应
对于复审请求人的第1、2点意见,合议组认为:
(1)对比文件1中,驱动马达13即为向上倾斜设置,手指后关节支架11的底部水平设置因此与人的手背接触,手指后关节支架11呈双弧镂空,一侧向上倾斜后通过轴承与手指后关节传动件12铰接,进而与驱动马达13固定,至于动力驱动源的倾斜的角度大小、支架底部向上的端部与动力驱动源进行固定属于本领域的常规选择,其相应的技术效果也可预期,同时,倾斜的角度是0°~25°仅为常规的角度设置,本申请的说明书中也并未记载0°~25°的倾斜角度设置为本申请的技术方案带来了任何预料不到的技术效果。另外,权利要求1中“支架底部一侧倾斜向上设置”并未限定其为底部的哪一侧,如果从靠近手指一侧向上倾斜,其无法避免对佩戴者手臂造成干扰,复审请求人所述的能够避免现有技术中对手臂手腕的干扰的技术效果,从权利要求1中的限定中无法得出;
(2)在手功能康复领域,手指运动存在相应的范围大小,当超出相应范围时停止电机运动属于本领域常规设计,利用传感器探测压力值大小并控制驱动电机动作所带来的技术效果也是本领域技术人员预料得到的。
复审请求人的其余意见,与提交复审请求书时的意见相同,合议组在复审通知书中已进行了评述,具体为:
(3)肌电和脑电是医疗领域常用的两种生理信号源,在对比文件1基于肌电信号进行康复训练的基础上,本领域技术人员面对对比文件2给出的基于脑电信号获得主观训练意愿以进行手康复训练的技术启示,有动机对对比文件1的技术方案进行改进,同时,对比文件3给出了将多连杆机构连接在相对近侧的手指关节支架的前侧的技术启示,因此本领域技术人员能够根据上述技术启示对对比文件1作进一步地改进,即对控制信号的起源进行替换并同时对驱动机构进行相应的设置以更加符合人体仿生学,这是容易想到和做到的;
(4)对比文件2给出了实时提取患者的运动想象意愿并据此进行康复训练的技术启示,本领域技术人员在对比文件1的基础上结合对比文件2能够获得通过采集脑电信号来进行康复训练的技术方案,同时,对比文件3给出了通过和预定阈值进行比较来决定是否启动训练的技术启示,在此基础上,将计算得到的运动意图指数和一个预定阈值进行比较并进行判断对于本领域技术人员而言是容易想到的。将采集到的脑电信号实时显示出来,便于携带者者和/或医护人员观察,了解携带者的脑活动状态,从而实现交互反馈,以适时启动合适的康复训练,这是本领域的常规手段,其所取得的技术效果也是本领域技术人员可以预料的。
(5)首先,由于对比文件2给出了基于脑电信号获得主观训练意愿以进行手康复训练的技术启示,并在处理过程中需要进行预处理、特征提取、分类和识别,在对比文件1的基础上结合对比文件2时,本领域技术人员有动机去寻找具体的进行预处理、特征提取、分类和识别的方法;其次,各个具体步骤是本领域技术人员在实际的数据处理过程中容易想到的。例如,采集到信号要首先进行滤波,滤除噪声防止干扰,获得与目标的运动想象状态有关的频带信息,这时可以用到巴特沃斯带通滤波;滤除噪声后,下一步进行特征提取,而在特征提取的过程中为了对脑电信号的谐波成分和精细结构进行分析,提取脑电信号的特征,容易想到基于经验模式分解理论,采用特征提取函数,依据时间尺度进行自适应分解,以及进行希尔伯特黄变换等后续处理,以获得运动想象意图指数(参见:“生物医学信号处理”,杨福生 等,第14章:自发脑电信号的处理,第533-563页,1989年05月第1版;以及专利文献CN101810479A的说明书摘要、说明书第0007-0016段;专利文献CN102722727A的说明书第0002段-0014段;专利文献CN106618561A的说明书第0005-0025段,这些书籍及专利文献表明现有技术中已有对脑电信号信号进行预处理、特征提取、分类和识别时结合巴特沃斯滤波,本征模分量分解以及希尔伯特黄变换等具体的数据方法);最后,本申请的说明书中(参见说明书0127-0138段),仅对康复训练系统的控制方法进行了泛泛的描述,并未记载其所涉及的预处理、特征提取、分类和识别、运动想象意图指数分析的具体实施例的流程步骤及数据,也未记载其为本申请的技术方案带来了任何预料不到的技术效果,复审请求人认为上述步骤流程的设置使得本申请的技术方案具备创造性的理由不具有说服力。
综上,对于复审请求人陈述的关于本申请具备创造性的理由,合议组不予支持。
基于以上事实和理由,合议组作出如下决定。
三、决定
维持国家知识产权局于2018年04月19日对本申请作出的驳回决定。
如对本复审请求审查决定不服,根据专利法第41条第2款的规定,复审请求人可以自收到本决定之日起三个月内向北京知识产权法院起诉。
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