可提供定制化康复训练的功能性电刺激系统及控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种可提供定制化康复训练的功能性电刺激系统及控制方法，包括运动传感器和主控制器，主控制器包括：依次连接的运动数据处理模块、自定义控制器生成决策模块、可自定义状态机以及同步时序控制模块；运动数据处理模块将运动传感器检测到的数据转换为信号幅值面积信号以及前臂和大臂的角度变化信号，自定义控制器生成决策模块根据运动数据处理模块输出的运动信号，自动生成可自定义状态机的控制参数；可自定义状态机根据自定义的控制参数生成运动任务文件；或者，根据自定义控制器生成决策模块的控制参数自动生成运动任务文件。本发明专利技术能够实现针对不同受损程度的患者提供定制化同时又具备功能性和挑战性的上肢康复训练任务。

Functional electrical stimulation system and control method for customized rehabilitation training

The invention discloses a functional electrical stimulation system and a control method which can provide customized rehabilitation training, including a motion sensor and a main controller, the main controller includes: a successively connected motion data processing module, a custom controller generation decision module, a custom state machine and a synchronous timing control module; the motion data processing module detects the The data is converted into signal amplitude area signal and angle change signal of forearm and boom. The self-defined controller generates the decision-making module to automatically generate the control parameters of the self-defined state machine according to the motion signal output by the motion data processing module; the self-defined state machine generates the motion task file according to the self-defined control parameters; or, the self-defined controller generates the decision-making The control parameters of the module automatically generate the motion task file. The invention can provide customized and functional and challenging upper limb rehabilitation training tasks for patients with different degrees of damage.

【技术实现步骤摘要】
可提供定制化康复训练的功能性电刺激系统及控制方法
本专利技术属于康复医疗器械领域，特别涉及一种可提供定制化康复训练的功能性电刺激系统及控制方法。
技术介绍
随着我国人口老龄化的加剧和现代社会疾病多样化的增加，脊髓损伤、脑损伤、脑卒中(中风)等神经损伤疾病的发病率也逐年上升，仅就脑卒中(中风)而言，根据中国卫计委统计发布的数据显示，在中国，每年新增病例就超过200万，脑卒中后致残率约为70％-80％。目前，对于我国脑卒中患者而言，专业康复中心或综合性医院康复科所提供的康复治疗的服务远远无法满足患者的需求，数量庞大的患者，无法通过有效训练进行康复治疗，急需要一款智能化的功能性电刺激系统用于患者的辅助康复治疗。功能性电刺激是应用低强度的脉冲电刺激神经或失去神经控制的肌肉，使其收缩，从而恢复或改善肢体的运动功能。现有技术公开的功能性电刺激系统，所有参数都需要专业的医护人员来设定，无法根据患者的情况和不同的上肢功能性康复训练任务进行自定义设定。现有技术公开的功能性电刺激系统，没有PC机软件对电刺激系统进行参数的设置与管理，无法及时有效获取和分析患者的治疗任务以及完成情况。现有技术公开的功能性电刺激系统，无法实现通过蓝牙与智能手机进行通讯，无法通过手机APP软件实现康复过程的参数设置以及数据监控，也无法实现远程医嘱。
技术实现思路
本专利技术针对上述问题，专利技术了一种可提供定制化康复训练的功能性电刺激系统及控制方法，可根据患者运动功能不同的受损程度提供可定制化的康复训练任务，解决了传统方法无法实现根据患者自身条件，完成不同难易程度的辅助康复训练的问题。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：本专利技术的第一目的是公开一种可提供定制化康复训练的功能性电刺激系统，包括：运动传感器和主控制器，所述主控制器包括：依次连接的运动数据处理模块、自定义控制器生成决策模块、可自定义状态机以及同步时序控制模块；所述运动数据处理模块将运动传感器检测到的数据转换为信号幅值面积信号以及前臂和大臂的角度变化信号，所述自定义控制器生成决策模块根据运动数据处理模块输出的运动信号，生成可自定义状态机的控制参数；所述可自定义状态机根据自定义的控制参数生成运动任务文件；或者，根据自定义控制器生成决策模块的控制参数，生成运动任务文件。进一步地，所述运动数据处理模块还与可自定义状态机连接；所述可自定义状态机直接接收信号幅值面积信号和前臂以及大臂的角度变化信号，通过信号幅值面积信号和前臂以及大臂的角度确定可自定义状态机的状态的个数以及状态转换所需的触发条件；通过前臂以及大臂的角度变化信号作为状态机状态发生变化的触发的依据，状态机判断完成触发条件后，进入下一个状态；或者，所述可自定义状态机根据设定的计时器信号、硬件按钮、远程遥控信号或者肌肉信号EMG来判断该任务中某一运动状态的完成情况。进一步地，还包括：上位机，所述上位机与主控制器连接，用于根据患者的肌肉受损程度进行控制参数的设置，包括：设置与上肢功能性训练任务相对应的可自定义状态机不同状态的数量，状态转换所需的触发条件以及每一个状态的功能性电刺激输出参数；最终生成运动任务文件发送至主控制器。进一步地，还包括：数据存储模块，所述数据存储模块用于存储设置好的控制参数以及实时更新的运动任务文件。进一步地，还包括：移动终端和/或PC端，用于设置可自定义状态机的控制参数，实时监控训练数据；所述移动终端和/或PC端通过蓝牙与主控制器通信；或者，所述移动终端和/或PC端接入物联网，实现运动任务文件的共享、治疗方案与结果的共享以及训练数据的远程监控。进一步地，所述同步时序控制模块通过总线与多通道电刺激输出模块连接，用于协调多通道电刺激输出模块的逻辑时序。本专利技术的第二目的是公开一种可提供定制化康复训练的功能性电刺激系统的工作方法，包括：根据患者的肌肉受损程度进行控制参数的设置，包括：与上肢功能性训练任务相对应的可自定义状态机不同状态的数量，状态转换所需的触发条件以及每一个状态的功能性电刺激输出参数；可自定义状态机根据设置的控制参数生成相应的运动任务文件，控制电刺激输出模块执行相应的任务；采集患者前臂以及大臂的运动数据，分别将其转换为信号幅值面积和前臂以及大臂的角度变化信号；自定义控制器生成决策模块接收信号幅值面积和前臂以及大臂的角度变化信号，根据接收到的信号幅值面积判断可自定义状态机中的状态数量；根据前臂以及大臂的角度变化信号判断可自定义状态机状态转换所需的触发条件；或者，可自定义状态机直接接收信号幅值面积信号和前臂以及大臂的角度变化信号，通过信号幅值面积信号和前臂以及大臂的角度确定可自定义状态机的状态的个数以及状态转换所需的触发条件；通过前臂以及大臂的角度变化信号作为状态机状态发生变化的触发的依据，状态机判断完成触发条件后，进入下一个状态；或者，可自定义状态机根据设定的计时器信号、硬件按钮、远程遥控信号或者肌肉信号EMG来判断任务中某一运动状态的完成情况。进一步地，还包括：与移动终端和/或PC端建立连接，通过移动终端和/或PC端进行控制参数的设置以及对训练数据的远程监控；或者，将移动终端和/或PC端接入物联网，实现运动任务文件的共享、治疗方案与结果的共享以及训练数据的远程监控。进一步地，自定义控制器生成决策模块接收信号幅值面积信号，根据接收到的信号判断患者在功能性训练任务进行过程中的静止状态和运动状态，具体为：(1)采集运动传感器的输出的三轴加速度信号，依次进行高通滤波和中值滤波处理；(2)计算三轴加速度信号的信号幅值面积；(3)非叠加滑动窗口过滤器对计算得到的信号幅值面积进行处理；(4)将处理过的信号幅值面积与设定的阈值进行比较，如果大于设定阈值，自定义控制器生成决策模块则定义这段时间患者手臂为运动状态，反之，则为静止状态。进一步地，如果在设定的时间内判断为静止状态，说明状态机状态没有发生变化，运动任务没有有效执行，设定好的状态机的动作过程会在规定的时间内失效，状态机重回初始状态，患者可重新开始任务训练；如果判断为运动状态，说明状态机的状态正在发生变化，运动任务正在被执行，当满足触发条件时状态机自动进入下一状态。本专利技术的有益效果为：1、本专利技术通过总线方式连接多个独立的电刺激激发器，通过数字化的协同工作，单台主控制器就可以控制多个独立电刺激激发器，这样便于实现复杂的运动动作，比如适用于脑卒中患者上肢抓握举物，还可以扩展应用到下肢协同行走动作，划船机四肢联动动作，电刺激自行车动作等。2、自定义控制器决策生成模块，在设置模式下根据不同患者的实际情况可以实现参数的自动设定，免去了复杂而又专业的参数人工设定过程，方便快捷。3、可自定义状态机用于上肢FES的控制，状态机可结合其它闭环控制方法，例如比例控制等，实现在某一个状态中的闭环控制，通过不断本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.可提供定制化康复训练的功能性电刺激系统，包括：运动传感器和主控制器，其特征在于，所述主控制器包括：依次连接的运动数据处理模块、自定义控制器生成决策模块、可自定义状态机以及同步时序控制模块；/n所述运动数据处理模块将运动传感器检测到的数据转换为信号幅值面积信号以及前臂和大臂的角度变化信号，所述自定义控制器生成决策模块根据运动数据处理模块输出的运动信号，自动生成可自定义状态机的控制参数；/n所述可自定义状态机根据自定义的控制参数生成可自定义状态机的运动任务文件；或者，根据自定义控制器生成决策模块的控制参数，自动生成可自定义状态机的运动任务文件。/n

【技术特征摘要】
1.可提供定制化康复训练的功能性电刺激系统，包括：运动传感器和主控制器，其特征在于，所述主控制器包括：依次连接的运动数据处理模块、自定义控制器生成决策模块、可自定义状态机以及同步时序控制模块；
所述运动数据处理模块将运动传感器检测到的数据转换为信号幅值面积信号以及前臂和大臂的角度变化信号，所述自定义控制器生成决策模块根据运动数据处理模块输出的运动信号，自动生成可自定义状态机的控制参数；
所述可自定义状态机根据自定义的控制参数生成可自定义状态机的运动任务文件；或者，根据自定义控制器生成决策模块的控制参数，自动生成可自定义状态机的运动任务文件。


2.如权利要求1所述的可提供定制化康复训练的功能性电刺激系统，其特征在于，所述运动数据处理模块还与可自定义状态机连接；
所述可自定义状态机直接接收信号幅值面积信号和前臂以及大臂的角度变化信号，通过信号幅值面积信号和前臂以及大臂的角度确定可自定义状态机的状态的个数以及状态转换所需的触发条件；通过前臂以及大臂的角度变化信号作为状态机状态发生变化的触发的依据，状态机判断完成触发条件后，进入下一个状态；
或者，
所述可自定义状态机根据设定的计时器信号、硬件按钮、远程遥控信号或者肌肉信号EMG来判断任务中某一运动状态的完成情况，自动生成可自定义状态机的运动任务文件。


3.如权利要求1所述的可提供定制化康复训练的功能性电刺激系统，其特征在于，还包括：上位机，所述上位机与主控制器连接，用于根据患者的肌肉受损程度进行控制参数的设置，包括：设置与上肢功能性训练任务相对应的可自定义状态机不同状态的数量，状态转换所需的触发条件以及每一个状态的功能性电刺激输出参数；最终生成运动任务文件发送至主控制器。


4.如权利要求1所述的可提供定制化康复训练的功能性电刺激系统，其特征在于，还包括：数据存储模块，所述数据存储模块用于存储设置好的控制参数以及实时更新的运动任务文件。


5.如权利要求1所述的可提供定制化康复训练的功能性电刺激系统，其特征在于，还包括：移动终端和/或PC端，用于设置可自定义状态机的控制参数，实时监控训练数据；
所述移动终端和/或PC端通过蓝牙与主控制器通信；或者，所述移动终端和/或PC端接入物联网，实现运动任务文件的共享、治疗方案与结果的共享以及训练数据的远程监控。


6.如权利要求1所述的可提供定制化康复训练的功能性电刺激系统，其特征在于，所述同步时序控制模块通过总线与多通道电刺激输出模块连接，用于协调多通道电刺激输出模块的逻辑时序。


7.可提供定制化康复训练的功能性电刺激系统的工作方法，其特征在于，包括：
根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙明旭，孙兴伟，
申请(专利权)人：山东蓓明医疗科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37