一种基于步态识别的功能性肌肉电刺激助行装置，物联网云端服务器分别无线连接n个步态康复系统，n个步态康复系统结构相同，均包括手机或PC机、无线路由器、步态采集系统和功能性神经肌肉电刺激器，手机或PC机的信号输入端通过无线路由器连接步态采集系统的信号输出端，手机或PC机的控制信号输出端通过无线路由器连接功能性神经肌肉电刺激器的控制信号输入端，手机或PC机的信号输出端还无线连接物联网云端服务器，功能性神经肌肉电刺激器的输出端连接表面肌肉刺激电极，放置有表面肌肉刺激电极的人体不同部位连接步态采集系统的信号采集端。本发明专利技术实现在线实时反馈的闭环功能性肌肉电刺激调控，达到更佳的助行和康复效果。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种步态康复装置。特别是涉及一种基于步态识别的功能性肌肉电刺激助行装置。
技术介绍
步态是一种复杂而精确的运动，可以作为人体健康性能的一个重要外在表现。在生物医学领域，步态的正确识别调控对于辅助有运动功能障碍的患者行走以及进行针对性的康复训练具有重要意义。医学研究表明，步态分析对医疗上的异步病态、偏瘫等疾病的诊断、对人体运动系统和神经系统疾病的病因分析、骨关节假体与义肢的设计、瘫痪病人行走功能的重建等具有极大的作用，也为其他疾病的预防和康复提供了重要的信息，已成为基础和临床研究中不可缺少的手段之一，在人类学、体育学和宇航学等领域也具有特殊的价值。行走时，主要依靠下肢肌肉的舒张与收缩，通过调控刺激肌肉活动可以获得基本的肢体运动功能。功能性肌肉电刺激(FunctionalElectricalStimulation，FES)是指利用一定强度的低频脉冲电流，通过预设的的程序刺激一组或多组肌肉，诱发肌肉运动或正常的自主运动。20世纪60年代功能性肌肉电刺激用于由于中风和脊髓损伤等引起的瘫痪和肌无力患者的行走能力的恢复至今，已取得多项进展。研究发现FES辅助步行设备用于代替损伤的肌肉功能，可以降低肌力，提高骨密度、增强随意肌力量和协调性，一些神经功能障碍的患者利用FES助行设备治疗之后，肌肉自由活动能力得到明显增强。近年来，FES作为步态康复领域的一种有效康复技术，世界各地针对不同运动障碍患者开展了功能性肌肉电刺激的研究，主要是针对刺激频率、刺激强度、刺激持续时间和刺激位置。患者由于中枢神经受到损伤无法将神经冲动传到肌肉细胞引起肌肉收缩，故在患肢相应部位安装电刺激贴片，借助低频脉冲电流刺激代替中枢神经细胞产生的电兴奋，通过表面电极刺激肌肉，诱发肌肉运动或模拟正常的自主运动，以达到改善或恢复其运动功能的目的。医学研究表明，FES可以唤醒残存的运动细胞的机能明显地缓解肌肉的萎缩，使瘫痪的运动功能逐渐恢复等。患者可以实现正常的行走，通过自己的骨骼承重、关节活动使肌肉主动收缩，肌力得到增强、新陈代谢加快，减小了患者的心理负担重新建立起患者对生活的希望。通过不断重复的练习，增强下肢肌肉与中枢神之间的上行传导束，诱导受损神经元细胞生长。目前，大部分刺激器都属于开环控制的方式，这种控制方式在受到外界干扰时不能自动调整，或者无法根据当前肌肉疲劳等状态及时调控刺激参数，使病人产生不适感，不能完全满足实际应用的需要。闭环调控相对于开环系统具有很大的挑战性，主要是因为电刺激驱动肌肉的过程具有较强的非线性、时变形、易疲劳等特点，通过FES准确而稳定的控制下肢运动是比较困难的。2009年1月，MarcoBenocci等人提出了一种能够同时检测足部惯性和压力信息的可穿戴无线系统。它是基于无线可穿戴式足部压力测量装置，集成了MEMS惯性测量等，用于步态和姿势分析。2010年，JBLee等人在体育科学与医学杂志上发表了一篇有关利用惯性传感器和红外摄相机对比步态参数测量的文章，解决了目前只在传统实验室内做步态估计性的问题。通过实验发现二者除了中速、快速行走外其他情况数据的相关性系数均在0.9以上，并且在小范围内步速的改变不影响两种测量方式的相关性，最终证实惯性传感器适合用来测量步长、步速和站立时间。2013年，DRodriguezmartin等人在设计了一款既能采集、实时分析信号的系统，用于帕金森综合征的实时监测与分析。该系统利用三轴加速计、陀螺仪和磁力计组成的惯性测量系统作为数据采集系统，SD卡储存惯性数据蓝牙模块并发送相关信息到外部设备，通过监督学习算法和分类器用于临床研究确定帕金森患者的症状和运动状态。基于惯性传感器的步态测量系统为实现在线实时反馈的闭环功能性肌肉电刺激调控方法提供了重要的途径。步态测量识别和功能性肌肉电刺激的融合有望解决上述问题。行走的关键在于下肢肌肉的正确舒张与收缩，通过步态测量和识别，获取最佳FES控制参数，调控肌肉活动可以获得更佳的助行和康复效果。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种能够通过在线实时反馈的闭环功能性肌肉电刺激调控，达到更佳的助行和康复效果的基于步态识别的功能性肌肉电刺激助行装置，本专利技术所采用的技术方案是：一种基于步态识别的功能性肌肉电刺激助行装置，有物联网云端服务器，所述的物联网云端服务器分别无线连接n个步态康复系统，所述n个步态康复系统结构相同，均包括有手机或PC机、无线路由器、步态采集系统和功能性神经肌肉电刺激器，其中，所述手机或PC机的信号输入端通过无线路由器连接用于采集人体不同部位在电刺激下的姿态数据的步态采集系统的信号输出端，所述手机或PC机的控制信号输出端通过无线路由器连接用于对人体进行电刺激的功能性神经肌肉电刺激器的控制信号输入端，所述手机或PC机的信号输出端还无线连接物联网云端服务器，用于将步态采集系统所采集到的人体不同部位在电刺激下的姿态数据上传给物联网云端服务器，所述功能性神经肌肉电刺激器的输出端连接分别放置在人体不同部位的目标肌肉上的表面肌肉刺激电极，放置有表面肌肉刺激电极的人体不同部位连接所述用于采集人体不同部位在电刺激下的姿态数据的步态采集系统的信号采集端。本专利技术的一种基于步态识别的功能性肌肉电刺激助行装置，通过采集患者穿戴该装置参与步态康复训练过程中的步态特征，加以识别，实时调整功能性肌肉电刺激器的刺激参数，实现在线实时反馈的闭环功能性肌肉电刺激调控，达到更佳的助行和康复效果。同时，本专利技术基于Wi-Fi物联网模块SDK开发，无外部单片机控制，极大的减小了装置的体积和功耗，为可穿戴性提供更佳的解决方案。本专利技术联合了步态测量和肌肉电刺激，做到实时监测和主动调控，帮助下肢运动机能障碍症患者恢复正常的行走姿态。并且，通过物联网平台对设备进行组网，可任意添加设备，为协同多种康复和监测设备提供便利。本专利技术便携可穿戴、实时数据测量无特定使用环境限制，且操作简单，适用于医院和家庭个人的运动机能障碍症康复治疗。本专利技术通过物联网平台对设备进行组网，可任意添加设备，为协同多种康复和监测设备提供便利。通过网络数据远程发送和控制的形式，可以帮助收集医疗大数据建立分析，并且便于医师和患者家属的远程监护工作。附图说明图1是本专利技术基于步态识别的功能性肌肉电刺激助行装置的整体构成简图；图2是本专利技术基于步态识别的功能性肌肉电刺激助行装置的整体构成框图。图中1：物联网云端服务器2：手机或PC机3：无线路由器4：步态采集系统41：腰腹部检测单元42：左侧大腿检测单元43：左侧小腿检测单元44：左侧脚部检测单元45：右侧大腿检测单元46：右侧小腿检测单元47：右侧脚部检测单元401：多轴倾角加速度传感器402：采集侧Wi-Fi物联网模块403：采集侧稳压芯片404：采集侧开关405：采集侧供电电池406：采集侧充电接口5：功能性神经肌肉电刺激器51：刺激侧Wi-Fi物联网模块52：功率驱动芯片53：H桥输出电路54：DAC芯片55：恒流源电路56：刺激侧稳压芯片57：刺激侧开关58：电源升压模块59：刺激侧供电电池510：刺激侧充电接口6：表面肌肉刺激电极7：患者目标肌肉具体实施方式下面结合实施例和附图对本专利技术的一种基于步态识别的功能性肌肉电刺激助行装置做出详细说明。本专利技术的一本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于步态识别的功能性肌肉电刺激助行装置，有物联网云端服务器(1)，其特征在于，所述的物联网云端服务器(1)分别无线连接n个步态康复系统，所述n个步态康复系统结构相同，均包括有手机或PC机(2)、无线路由器(3)、步态采集系统(4)和功能性神经肌肉电刺激器(5)，其中，所述手机或PC机(2)的信号输入端通过无线路由器(3)连接用于采集人体不同部位在电刺激下的姿态数据的步态采集系统(4)的信号输出端，所述手机或PC机(2)的控制信号输出端通过无线路由器(3)连接用于对人体进行电刺激的功能性神经肌肉电刺激器(5)的控制信号输入端，所述手机或PC机(2)的信号输出端还无线连接物联网云端服务器(1)，用于将步态采集系统(4)所采集到的人体不同部位在电刺激下的姿态数据上传给物联网云端服务器(1)，所述功能性神经肌肉电刺激器(5)的输出端连接分别放置在人体不同部位的目标肌肉(7)上的表面肌肉刺激电极(6)，放置有表面肌肉刺激电极(6)的人体不同部位连接所述用于采集人体不同部位在电刺激下的姿态数据的步态采集系统(4)的信号采集端。
【技术特征摘要】
1.一种基于步态识别的功能性肌肉电刺激助行装置，有物联网云端服务器(1)，其特征在于，所述的物联网云端服务器(1)分别无线连接n个步态康复系统，所述n个步态康复系统结构相同，均包括有手机或PC机(2)、无线路由器(3)、步态采集系统(4)和功能性神经肌肉电刺激器(5)，其中，所述手机或PC机(2)的信号输入端通过无线路由器(3)连接用于采集人体不同部位在电刺激下的姿态数据的步态采集系统(4)的信号输出端，所述手机或PC机(2)的控制信号输出端通过无线路由器(3)连接用于对人体进行电刺激的功能性神经肌肉电刺激器(5)的控制信号输入端，所述手机或PC机(2)的信号输出端还无线连接物联网云端服务器(1)，用于将步态采集系统(4)所采集到的人体不同部位在电刺激下的姿态数据上传给物联网云端服务器(1)，所述功能性神经肌肉电刺激器(5)的输出端连接分别放置在人体不同部位的目标肌肉(7)上的表面肌肉刺激电极(6)，放置有表面肌肉刺激电极(6)的人体不同部位连接所述用于采集人体不同部位在电刺激下的姿态数据的步态采集系统(4)的信号采集端。2.根据权利要求1所述的一种基于步态识别的功能性肌肉电刺激助行装置，其特征在于，所述的步态采集系统(4)包括有：用于检测使用者腰腹部姿态数据的腰腹部检测单元(41)、用于检测使用者左侧大腿姿态数据的左侧大腿检测单元(42)、用于检测使用者左侧小腿姿态数据的左侧小腿检测单元(43)、用于检测使用者左侧脚部姿态数据的左侧脚部检测单元(44)、用于检测使用者右侧大腿姿态数据的右侧大腿检测单元(45)、用于检测使用者右侧小腿姿态数据的右侧小腿检测单元(46)和用于检测使用者右侧脚部姿态数据的右侧脚部检测单元(47)。3.根据权利要求2所述的一种基于步态识别的功能性肌肉电刺激助行装置，其特征在于，所述的腰腹部检测单元(41)、左侧大腿检测单元(42)、左侧小腿检测单元(43)、左侧脚部检测单元(4...
【专利技术属性】
技术研发人员：蒋晟龙，祁志杰，张韬，王忠鹏，何峰，綦宏志，张力新，明东，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12
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