[發明專利]一種基于多傳感融合的步態采集及神經肌肉電刺激系統

有效

• 申請號: 202010530815.6
• 申請日: 2020-06-11
• 公開（公告）號: CN111659006B
• 公開（公告）日: 2021-11-19
• 發明（設計）人: 周聰聰;葉學松;楊力林
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: A61N1/36
• 分類號: A61N1/36;A61B5/11;A61B5/296;G06K9/62
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 傅朝棟;張法高

1.一種基于多傳感融合的步態采集及神經肌肉電刺激系統，其特征在于，包括傳感器模塊、刺激模塊、數據傳輸模塊和上位機模塊；

所述傳感器模塊，包括表面肌電傳感器、激光測距傳感器、慣性傳感器；

所述表面肌電傳感器，用于采集下肢的多通道表面肌電信號；

所述慣性傳感器有兩組，第一慣性傳感器用于檢測行走時大腿位置的姿態信息，第二慣性傳感器用于檢測行走時腳踝位置的姿態信息；所述姿態信息包括歐拉角、角速度和加速度；

所述激光測距傳感器，用于檢測行走時腳踝與地面之間的直線距離；

所述數據傳輸模塊，用于在所述傳感器模塊和所述上位機模塊之間建立通信連接，將傳感器模塊采集到的數據發送給上位機模塊；

所述上位機模塊，包括數據存儲模塊和數據處理模塊；

所述數據存儲模塊用于分類存儲所述數據傳輸模塊發送的傳感器采集數據以及數據處理模塊產生的數據；

所述數據處理模塊用于對所述傳感器采集數據進行處理，獲得步態特征信息以及電刺激控制參數；

所述刺激模塊，用于在上位機模塊的控制下對下肢施加電刺激脈沖。

2.如權利要求1所述的基于多傳感融合的步態采集及神經肌肉電刺激系統，其特征在于，所述數據傳輸模塊為無線傳輸模塊，所述上位機模塊為PC機、云平臺或移動終端。

3.如權利要求1所述的基于多傳感融合的步態采集及神經肌肉電刺激系統，其特征在于，所述刺激模塊與表面肌電采集傳感器為一體化設計，表面肌電傳感器包括表面肌電電極和信號采集發送板，最多可同時采集下肢16通道的表面肌電信號；所述表面肌電電極可與所述刺激模塊中的刺激電極復用。

4.如權利要求1所述的基于多傳感融合的步態采集及神經肌肉電刺激系統，其特征在于，所述傳感器模塊中，表面肌電信號的采集頻率的范圍為2000Hz；歐拉角、角速度和加速度的采集頻率的范圍為200HZ，激光測距傳感器的的采集頻率為20Hz。

5.如權利要求1所述的基于多傳感融合的步態采集及神經肌肉電刺激系統，其特征在于，所述激光測距傳感器和所述第二慣性傳感器安裝于可佩戴式殼體中，能固定在鞋子上沿靠近腳踝的位置。

6.如權利要求1所述的基于多傳感融合的步態采集及神經肌肉電刺激系統，其特征在于，所述上位機模塊收到所述數據傳輸模塊發送的數據后，根據IP地址的不同識別出所接收數據的類別，然后將相應的數據分別進行存儲；上位機模塊中還設有顯示模塊，用于在界面中顯示不同傳感器的數據或數據曲線以及相應的步態特征信息。

7.如權利要求1所述的基于多傳感融合的步態采集及神經肌肉電刺激系統，其特征在于，所述數據處理模塊中含有步態識別單元，所述步態識別單元基于激光測距傳感器檢測到的行走時腳踝與地面之間的直線距離對步態周期進行分割，融合慣性傳感器檢測到的大腿位置和腳踝位置的姿態信息，以及表面肌電傳感器檢測到的行走時下肢的表面肌電信號，進而識別出檢測對象行走時的步態。

8.如權利要求1所述的基于多傳感融合的步態采集及神經肌肉電刺激系統，其特征在于，所述數據處理模塊中含有動作控制序列構建單元，用于在健康個體完成指定的下肢功動作過程中，根據所述傳感器模塊在該過程中采集到的數據，建立表面肌電與肢體運動的數學模型；然后在該數學模型基礎上，調整優化電刺激模式和參數，并實時獲取在不同刺激模式和參數下相關肌肉群響應和相應肢體運動的情況，得到重現不同目標運動功能所需的控制序列。

9.如權利要求1所述的基于多傳感融合的步態采集及神經肌肉電刺激系統，其特征在于，所述數據處理模塊中含有運動功能重建單元，用于在踝足矯形器配合下針對步態障礙用戶，獲取步行時相應肌肉的表面肌電和步態運動學時間信息的特征，同時記錄每塊相關肌肉的活動，建立對應關系，獲取在不同刺激模式和參數下相關肌肉群的響應情況，分析不同的表面肌電和步態運動學時間信息變化特征與功能重建效果之間的關系，并篩選出表面肌電和步態運動學時間信息特征作為回反饋調節信號自適應調整電刺激，實現用戶的個性化運動功能重建。

10.如權利要求1所述的基于多傳感融合的步態采集及神經肌肉電刺激系統，其特征在于，所述數據處理模塊中包括上下肢一體化驗證單元，用于作為定量驗證上下肢一體化的數據系統，完成用戶下肢運動機能的定量評估，計算用戶佩戴上肢支具后下肢運動機能改善程度，并輸出上下肢一體化關系定量評估報告。