[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

本發明公開了一種基于多傳感融合的步態采集及神經肌肉電刺激系統，屬于康復工程領域。其包括肌電信號采集傳感器模塊、刺激模塊、無線傳輸模塊和上位機模塊，傳感器模塊包括表面肌電傳感器、激光測距傳感器和慣性傳感器。本發明可以對下肢的表面肌電信號、歐拉角、角速度、加速度和步行時腳踝到地面的距離進行實時的無線采集和傳輸，并發給上位機模塊進行計算和處理。本發明能獲取健康個人下肢功能動作并重現的電刺激模式及參數，研究精細動作的控制序列；也可針對步態障礙用戶，配合踝足矯形器，利用肌電、運動學信息實現自主優化控制刺激方案，達到個性化運動功能重建目的。本發明可基于移動端進行數據的無線接收和處理，增加了便攜性和實用性。

技術領域

本發明涉及到醫學康復工程領域，具體涉及到一種基于多傳感融合的步態采集及神經肌肉電刺激系統。

背景技術

下肢外骨骼機器人在助力、助老、助殘方面具有非常廣闊的應用前景，只有正確識別出下肢的運動模式，才能采取有效的控制策略。因此，下肢步態模式識別成為下肢外骨骼機器人的關鍵技術之一。

人體的行走是十分復雜的過程，想要準確地識別出步態需要多種信號的綜合分析。

表面肌肉電信號(surface electromyography,SEMG)是伴隨肌電收縮產生的一種電信號，可以通過電極在皮膚的表面采集。通過對下肢表面肌電信號的解碼，可以識別出對應肌肉相應的運動模式。

神經肌肉電刺激一方面可以通過對外部的肌肉增強功能促進中樞神經系統的再學習，另一方面神經肌肉電刺激可以通過精準的時序和幅度來激活癱瘓的肌肉，幫助用戶完成功能性任務

市場上專業的步態測量系統，價格昂貴，占地面積大用戶穿戴體驗不足，而且大多使用足底壓力傳感器來進行步態周期分割，但在實際的操作中足底壓力傳感器由于長期壓迫容易產生機械故障，而且在一些病理步態中，足底壓力傳感器的貼放位置也難于選擇，這些特點都限制了足底壓力傳感器在步態檢測中長期使用。大多數表面肌電傳感器只具備采集的性質，對于步態障礙用戶的電刺激無能為力。傳統的電刺激參數固定，對于對用戶的進行個性化的參數刺激。人的行走是一個運動幅度較大的動作過程，因此需要用無線傳輸的方式盡量減少數據線，實際步態的場景還要求信號的采集和處理裝置能夠有足夠的便攜性。

發明內容

針對上述存在的技術問題，本發明旨在一定程度上解決上述的技術問題，提供了一種基于多傳感融合的步態采集及神經肌肉電刺激系統。根據本系統獲得的數據分析相關步態參數，來驗證上下肢一體化，定量的評估用戶佩戴上肢支具后下肢運動機能改善程度。

本發明的目的至少通過如下技術方案之一實現。

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；