[發明專利]一種自適應電刺激訓練系統

有效

• 申請號: 201910856978.0
• 申請日: 2019-09-11
• 公開（公告）號: CN110404168B
• 公開（公告）日: 2023-06-13
• 發明（設計）人: 宋嶸;姜超;陳廣濤
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: A61N1/36
• 分類號: A61N1/36;G16H20/30
• 代理公司: 廣州市科豐知識產權代理事務所(普通合伙) 44467
• 代理人: 龔元元

1.一種自適應電刺激訓練系統，其特征在于，包括：

信息獲取模塊，用于在患者進行步態行走訓練過程中，獲取患者下肢關節的運動學信號和動力學信號；所述信息獲取模塊，包括用于采集患者下肢關節的運動學信號的運動信號采集單元和用于采集患者下肢關節的動力學信號的壓力信號采集單元；所述運動信號采集單元具體用于采集患者下肢各關節在運動過程中的角度信號和運動位移信號；所述壓力信號采集單元具體用于采集患者在行走過程中產生的與地面的三維反作用力；

模數轉換模塊，用于將所述信息獲取模塊獲取的運動學信號與動力學信號進行模數轉換，經過降采樣或過采樣方法統一所述信息獲取模塊獲取的運動學信號和動力學信號的采樣率，并且根據設定的特殊時刻，從該時刻開始，將采樣率統一后的不同運動學信號和動力學信號對齊，從而得到同步的運動學信號和動力學信號，通過USB的串口通信功能實時將同步的運動學信號與動力學信號傳輸至電刺激控制模塊；

所述電刺激控制模塊，包括迭代學習控制器和線性控制器；

所述迭代學習控制器，用于按照所述模數轉換模塊傳輸的運動學信號中的角度信號，獲取第k步步態時刻j角度信號相對于目標角度信號的角度誤差，利用迭代學習規則建立所述角度誤差與所述迭代學習控制器輸出的第k步步態時刻j輸出強度參數之間的迭代學習模型，第k步步態時刻j由所述模數轉換模塊傳輸的動力學信號獲得；

患者的運動狀態改變，引起所述角度誤差發生變化，所述迭代學習控制器獲取變化的所述角度誤差，按照所述迭代學習模型根據變化的所述角度誤差調整所述迭代學習控制器輸出的輸出強度參數；

所述線性控制器，用于通過運動信號采集單元獲取步態周期內的縱向行走距離d(k-1)，d(k-1)包括在模數轉換模塊傳輸的運動學信號中的運動位移信號中，通過公式得到第k-1步步速v(k-1)，再通過將前N步步速平均，得到第k步步速uv(k)，其中N為設定的平均步數；根據第k步步速uv(k)，利用在先驗實驗中建立的延時時長、持續時長隨步速線性變化的先驗線性模型，獲取第k步步態周期內的延時時長和持續時長；

所述電刺激控制模塊，將第k步步態周期內的延時時長和持續時長歸一化，所述歸一化的過程為：當時間達到所述線性控制器計算的延時時長時，輸出數字信號1，當時間達到所述線性控制器計算的持續時長時輸出數字信號0，按照歸一化后的數字信號控制所述線性控制器輸出時相參數的高低電平輸出，將所述迭代學習控制器輸出的輸出強度參數和所述線性控制器輸出的輸出時相參數傳輸至多通道電刺激器；

所述多通道電刺激器，用于按照所述電刺激控制模塊發送的輸出強度參數和輸出時相參數控制各通道的開始、結束時間和產生不同強度的電刺激信號。

2.根據權利要求1所述的自適應電刺激訓練系統，其特征在于，所述多通道電刺激器，具體用于，根據所述電刺激控制模塊發送的輸出強度參數，輸出相對應的波形頻率可調的、不同脈沖寬度和幅值的電刺激電脈沖電壓或者電流，經過電極片傳輸至肌肉，從而刺激肌肉產生不同程度的收縮；按照所述電刺激控制模塊發送的輸出時相參數驅動所述多通道電刺激器的開關以控制各通道輸出電刺激電脈沖的開始、結束時間。