[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

本發明公開了一種自適應電刺激訓練系統，該訓練系統包括信息獲取模塊，模數轉換模塊，電刺激控制模塊和多通道電刺激器四部分，電刺激控制模塊包括迭代學習控制器和線性控制器，融合由信息獲取模塊獲取、模數傳輸模塊同步傳輸的運動學信號和動力學信號，迭代學習控制器建立輸出強度參數的迭代學習模型，線性控制器建立輸出時相參數的線性模型，通過運動學信號和動力學信號在步態中的變化，電刺激控制模塊自適應的調節多通道電刺激器的輸出時相和強度，提高患者的步態行走能力。

技術領域

本發明涉及醫療康復技術領域，尤其涉及一種自適應電刺激訓練系統。

背景技術

偏癱患者由于長期下肢功能的缺失，會導致單側肢體的多塊肌肉出現萎縮、肌肉力量減退、肌肉出現強直痙攣狀態，膝關節無法完成屈曲伸展動作、足下垂步態以及身體平衡功能穩定性的缺失等病理現象，所以下肢運動功能康復目前已經成為腦卒中患者臨床康復的關注熱點。

在上世紀60年代，功能性電刺激治療儀開始使用到中風患者的臨床康復中來。隨著近幾十年的發展，電刺激治療儀在原有單通道控制的基礎上，發展出了多通道電刺激治療儀，控制方式則在原先簡單的人為手動控制基礎上發展到通過足底壓力開關控制和傳感器的開環控制方式，并由簡單的開環控制逐步發展到多種控制方式的閉環控制。

多通道電刺激治療儀通過對中風患者多塊肌肉進行電刺激訓練，一方面可以幫助患者多塊肌肉協同運動，給予患者身體重量支撐轉移的平衡性以及行走過程中負載階段的穩定性。另一方面，由于患者主動參與性，可以大大增強其自信心，更加有利于患側肢體的功能恢復。1971年，Kralj等人首次將單通道電刺激器進行改進，設計出四通道功能性電刺激器。另一方面，相比于電刺激開環控制系統，閉環控制方式不僅能夠更加準確的控制電刺激器的各個輸出參數，而且可以根據預設軌跡，實時調整患者的步態參數，使患者的步態更加符合健康人的需求。2000年，Mourselas等人專門設計了一個針對足下垂患者的電刺激器閉環控制系統，其通過嵌入式閉環控制原理，實時測量行走過程中的踝關節角度信息，并通過將實時測量數據與標準數據進行比較得到的反饋信息對電刺激器強度進行調節，實現了PID控制的電刺激調節。2008年，Nahrstaedt等人基于迭代學習控制算法，在一個步態周期內將預設的固定刺激強度應用到系統中；在下一個步態周期開始前，分析前一個周期的誤差；根據誤差信號，對刺激參數做修正，實現了在擺動相時對預設關節角度的跟蹤。上述提及的功能性電刺激器通過不同的控制方式實現了對電刺激參數的調整與關節角度的調整，但是他們并沒有將電刺激時相與強度調節相結合，并且由于不同偏癱程度的患者有著不一樣的行走速度和步態周期，所以現有的電刺激控制方式并不具備自適應調節功能，在臨床應用中也不具有廣泛的適用性。

發明內容

本發明提出的自適應電刺激訓練系統，能夠依據患者自身步行狀態對多通道電刺激器的刺激輸出進行自動調整，幫助患者進行步態康復訓練。

其技術方案如下：

一種自適應電刺激訓練系統，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；

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，同步所述運動學信號和所述動力學信號，實時將同步的所述運動學信號和所述動力學信號傳輸至電刺激控制模塊；

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，用于獲取所述模數轉換模塊傳輸的運動學信號相對于目標運動學信號的差值，融合所述模數轉換模塊傳輸的動力學信號，利用迭代學習規則建立所述差值與所述迭代學習控制器輸出的輸出強度參數之間的迭代學習模型，當患者的運動狀態改變時，獲取變化的所述差值，按照所述迭代學習模型根據變化的所述差值調整所述迭代學習控制器輸出的輸出強度參數；