运用自动采集修正步行周期法的下肢功能性训练治疗仪的制作方法

1.本发明涉及康复医疗设备技术领域，尤其涉及运用自动采集修正步行周期法的下肢功能性训练治疗仪。


背景技术：

2.国内外现有用于治疗中枢神经损伤后下肢瘫痪的电刺激治疗仪，特别是低频电刺激治疗仪，虽然可在一定程度上改善患者下肢功能、提高步行能力，但相关文献报道中所使用的电刺激治疗仪多采用单通道或双通道刺激模式，不符合人体正常行走模式，在一定程度上制约了电刺激的治疗效果。
3.下肢功能性训练治疗仪，是一种基于人体行走理论模式，根据人体行走时下肢参与动作的主要肌群特征而研发设计的辅助行走设备，依据正常行走时各参与肌肉收缩的时序，设计和编排治疗仪对应通道的间隙脉冲时序，刺激患侧下肢相关肌群按正常行走时序进行收缩，从而达到辅助行走的目的，基于人体行走模式的下肢功能性训练治疗仪可以对患者在非行走(坐位或者卧床)状态下刺激人体按正常行走时下肢对应的不同肌肉群，让其收缩和放松，做模拟行走的动作，从而达到训练下肢不同肌肉群的目的；也可以对患者在行走过程中辅以电刺激，使相应的肌肉更有力的收缩，让患者下肢不同部位应完成的动作完成的更到位，行走更轻松，从而达到行走的同时加以训练效果。
4.当患者在行走过程中，下肢功能性训练治疗仪能否在正确时间段对患者下肢相应肌肉群完成对应的刺激收缩，与患者抬脚、落脚的行动一致，且不产生刺激错乱，则是下肢功能性训练治疗仪使用效果的关键，如果刺激的周期和行走周期不同步，则达不到预期的辅助行走的效果，甚至可能阻碍患者行走，让患者行走更吃力，从图2可以看出，由于刺激的时序、比例固定，因此刺激周期和步行周期是否同步对治疗仪能否有效配合患者下肢相应的肌肉群刺激收缩起到了决定性的作用。
5.为此，我们提出来运用自动采集修正步行周期法的下肢功能性训练治疗仪解决上述问题。


技术实现要素：

6.本发明的目的是为了解决现有技术中下肢功能性训练治疗仪刺激周期和患者实际行走不一致，治疗仪刺激周期与患者行走的同步性和协调性的问题，而提出的运用自动采集修正步行周期法的下肢功能性训练治疗仪。
7.为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
8.运用自动采集修正步行周期法的下肢功能性训练治疗仪，其特征在于，包括主控器、操作模块、刺激模块、时序控制器和足底触发开关；
9.所述主控器包括主控板、存储器和控制芯片，所述控制芯片安装在主控板上，控制芯片用于识别、读取操作模块所设定参数值，并控制产生对应参数值的脉冲；
10.所述操作模块包含于人机操作界面或遥控装置，所述人机操作界面与主控板电性
连接，所述遥控装置与主控板无线连接，所述操作模块用于设置初始刺激脉冲的频率和脉宽；
11.所述存储器与主控板电性连接，所述存储器用于存储设定的参数值；
12.所述刺激模块包括刺激器和治疗用电极，所述刺激器与主控板电性连接，所述刺激器与所述时序控制器电性连接，所述刺激器用于对下肢肌肉群进行刺激，电极贴于人体对应肌肉群；
13.所述时序控制器用于识别足底开关动作，采集、计算周期值，并修正采集周期值，结合时序输出比例，控制每个通道刺激时段的起始和终止；
14.所述足底触发开关与时序控制器电性连接，所述足底触发开关用于对步行周期进行采集。
15.优选地，所述刺激器包括低频脉冲发生/调节系统、刺激脉冲功率驱动系统和pmw输出控制系统；
16.所述低频脉冲发生/调节系统与刺激脉冲功率驱动系统电性连接，所述pmw输出控制系统与刺激脉冲功率驱动系统电性连接。
17.优选地，所述刺激器产生的刺激脉冲的频率和脉宽，通过人机界面或遥控装置设定。
18.优选地，所述刺激器上设置有多个电极，多个所述电极均与刺激脉冲功率驱动系统电性连接。
19.优选地，所述时序控制器包括周期采集系统和周期循环控制系统；
20.所述周期采集系统与周期循环控制系统电性连接，所述周期采集系统用于识别足底开关动作，采集并计算周期值，所述周期循环控制系统用于识别并存储周期值，修正周期值，结合时序输出比例，用于控制每个通道刺激时段的起始和终止。
21.优选地，所述自动采集修正步行周期法的实现步骤如下：
22.s1：检测初始化信号，使下肢功能性训练治疗仪处在没有输出状态；
23.s2：当检测到足底触发开关第1次闭合后开始计数并计时，检测到足底触发开关第4次闭合时，停止计数和计时t；
24.s3：计算足底触发开关闭合的步行周期t1＝t/3,并将t1的值赋给tc＝t1；
25.s4：当检测到足底触发开关第4次闭合后松开，下肢功能性训练治疗仪进入步行周期t1运行并有刺激输出辅助行走状态；
26.s5：当检测到足底触发开关第4次闭合时，重新开始计数并计时，检测到足底触发开关第7次闭合时，停止计数和计时t’；
27.s6：计算足底触发开关闭合新的步行周期t2＝t’/3,并将t2的值赋给tc＝t2；
28.s7：当检测到足底触发开关第7次闭合后松开，下肢功能性训练治疗仪进入步行周期t2运行；
29.s8：当检测到足底触发开关第7次闭合时，重新开始计数并计时，直到检测到足底触发开关第10次闭合时，停止计数和计时t”；
30.s9：计算足底触发开关闭合新的步行周期t3＝t”/3,并将t3的值赋给tc＝t3；
31.s10：当检测到足底触发开关第10次闭合后松开，下肢功能性训练治疗仪进入步行周期t3运行，直至结束。
32.优选地，每一个所述步行周期的统计步数和有辅助行走状态下的采集次数为任意值。
33.优选的，所述步行周期至少连续统计三次，统计的所述步行周期用于对修正的步行周期加以修正。
34.优选地，所述自动采集修正步行周期法的实现步骤如下：
35.s1：检测初始化信号，使下肢功能性训练治疗仪处在没有输出状态；
36.s2：当检测到足底触发开关第1次闭合后开始计数并计时，检测到足底触发开关第4次闭合时，停止计数和计时t；
37.s3：计算足底触发开关闭合的步行周期t1＝t/3,并将t1的值赋给tc＝t1；
38.s4：当检测到足底触发开关第4次闭合后松开，下肢功能性训练治疗仪进入步行周期t1运行并有刺激输出辅助行走状态；
39.s5：当检测到足底触发开关第4次闭合时，重新开始计数并计时，检测到足底触发开关第7次闭合时，停止计数和计时t’；
40.s6：计算足底触发开关闭合新的步行周期t2＝t’/3,并将t2的值赋给tc＝t2；
41.s7：当检测到足底触发开关第7次闭合后松开，下肢功能性训练治疗仪进入步行周期t2运行；
42.s8：当检测到足底触发开关第7次闭合时，重新开始计数并计时，直到检测到足底触发开关第10次闭合时，停止计数和计时t”；
43.s9：计算足底触发开关闭合新的步行周期t3＝t”/3,并将t3的值赋给tc＝t3；
44.s10：当检测到足底触发开关第10次闭合后松开，继续进行计数和计时，以此类推，每3步采集并计算一次步行周期平均值，赋值给下个3步的运行刺激周期，如此循环，直至结束。
45.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
46.1.通过设置操作模块(人机界面或遥控装置)可以对下肢功能性训练治疗仪在没有输出的状态下设定初始刺激脉冲的频率和脉宽，患者卧床或坐位未行走时，刺激器可以按固定周期值以及设定的频率、脉宽参数值，模拟正常行走状态下，刺激和放松不同的肌肉群，对患者下肢的肌肉群进行刺激锻炼；
47.2.患者行走时，根据当前的行走状态，足底触发开关实时对患者的步行周期进行采集，时序控制器识别足底触发开关动作，接收、计算新的周期值，并将新的周期值赋予后续的行走过程中，以修正前面的周期值，使修正后的运行刺激周期和患者的步行周期趋近于完全一致，从而达到根据患者的步行周期对刺激周期进行修正的效果，实际步行周期和刺激周期的同步性较高。
48.本发明的刺激周期和患者的实际步行周期趋近于一致，刺激周期和实际步行周期的同步性较高，辅助行走的效果较好。
附图说明
49.图1为本发明提出的自动采集修正步行周期法在下肢功能性训练治疗仪的工作原理图；
50.图2为人体正常行走时不同肌肉群收缩时序图。
具体实施方式
51.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
52.实施例一
53.参照图1-2，运用自动采集修正步行周期法的下肢功能性训练治疗仪，包括主控器、操作模块、刺激模块、时序控制器和足底触发开关；
54.主控器包括主控板、存储器和控制芯片，控制芯片安装在主控板上；需要说明的是，控制芯片用于识别、读取操作模块所设定参数值(脉冲频率、波宽以及治疗时长等)，并控制产生对应参数值的脉冲，需要说明的是，控制芯片可以对主控板传输进入的数据进行读取并保存在存储器中，同时，将数据传输给刺激器，刺激器即可根据接收的数据产生对应的频率和脉宽的低频脉冲。
55.需要说明的是，低频脉冲是指应用频率在1000hz以下的电流脉冲。
56.操作模块包含有人机界面或遥控装置，人机界面与主控板电性连接，遥控装置与主控板无线连接，操作模块用于设置初始刺激脉冲的频率和脉宽；需要说明的是，人机界面和遥控装置可以根据患者状态对刺激器初始刺激脉冲的频率和脉宽进行设定。
57.存储器与主控板电性连接，存储器用于存储设定的参数值；
58.刺激模块包括刺激器和治疗用电极，刺激器与主控板电性连接，刺激器与时序控制器电性连接，刺激器用于对下肢肌肉群进行刺激，电极贴于人体对应肌肉群，时序控制器用于控制各个输出通道脉冲输出的开始与停止，值得一提的是，具体的，刺激器包括低频脉冲发生/调节系统、刺激脉冲功率驱动系统，和pmw输出控制系统；低频脉冲发生/调节系统与刺激脉冲功率驱动系统电性连接，需要说明的是，低频脉冲发生/调节系统可以根据控制芯片传输的数据产生相对应频率和脉宽的低频脉冲，在通过pmw输出控制系统对低频脉冲进行调制后，刺激脉冲功率驱动系统即可将低频脉冲传输至多个电极上进行电刺激。
59.需要说明的是，pwm是脉冲宽度调制的缩写，它是一种模拟控制方式，是根据相应载荷的变化来调制晶体管基极或mos管栅极的偏置，以此来实现晶体管或mos管导通时间的改变，从而实现开关稳压电源输出的改变，pwm的控制方式就是对逆变电路开关器件的通断进行控制，使输出端得到一系列幅值相等的脉冲，用这些脉冲来代替正弦波或所需要的波形，也就是说在输出波形的半个周期中产生多个脉冲，使各脉冲的等值电压为正弦波形，所获得的输出平滑且低次谐波少，按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制，既可改变逆变电路输出电压的大小，也可改变输出频率。
60.本发明中，pmw输出控制系统与刺激脉冲功率驱动系统电性连接，刺激器产生的刺激脉冲的频率和脉宽，通过人机界面或遥控装置设定，值得一提的是，刺激器上设置有多个电极，值得一提的是，结合图2，当足底触发开关闭合，电刺激进入站立期的刺激输出，运行到站立期时序完毕后，停止刺激输出，当足底触发开关打开，电刺激进入摆动期刺激输出，运行到摆动期时序完毕后，停止刺激输出；当足底触发开关再次闭合，进入下一个周期，返回到图2中的站立期刺激输出，如此反复循环即可。
61.本发明中，多个电极均与刺激脉冲功率驱动系统电性连接，需要说明的是，时序控制器包括周期采集系统和周期循环控制系统；周期采集系统与周期循环控制系统电性连接，周期采集系统用于对步行周期数据进行接收，所述周期循环控制系统用于识别并存储
周期值，修正周期值，结合时序输出比例，用于控制每个通道刺激时段的起始和终止，需要说明的是，周期采集系统对足底触控开关的闭合周期的数值，并传输至周期循环控制系统内，周期循环控制系统通过数值及时序比例控制不同通道低频电脉冲信号的输出与终止，设定好的频率和脉宽的低频脉冲，结合时序控制器控制的低频脉冲输出和终止时间，构成完整的刺激时序脉冲。
62.需要说明的是，步行周期修正算法如下：
63.启动仪器，检测足底开关状态，采集第一个a次(此时仪器无电刺激输出)的步行时间间隔t，则平均时间间隔(即步行周期)t1＝t/a，将t1赋值给tc，即可得到接下来步行第二个a次的步行周期tc。第二个a次(此时及后续仪器均有电刺激输出)的步行时间间隔t’，平均时间间隔(即步行周期)t2＝t’/a，将t2赋值给tc，即可得到接下来步行第三个a次的步行周期tc’，此步行周期tc’即为tc修正后的步行周期。同理，后续采集的任意一个a次步行周期都是对其前一次周期的修正。
64.需要说明的是，患者在无电刺激输出状态下和有电刺激输出状态下的步行速度、步行协调性是不一样的，该下肢功能性训练治疗仪模拟正常行走模式，加以电刺激，能提高患者行走的速度和行走的协调性。
65.足底触发开关与时序控制器电性连接，足底触发开关用于对步行周期进行采集。
66.值得一提的是，足底触发开关闭合两次之间的时间差为一个步行周期。
67.本发明中，自动采集修正步行周期法的实现步骤如下：
68.s1：检测初始化信号，使下肢功能性训练治疗仪处在没有输出状态；
69.s2：当检测到足底触发开关第1次闭合后开始计数并计时，检测到足底触发开关第4次闭合时，停止计数和计时t；
70.s3：计算足底触发开关闭合的步行周期t1＝t/3,并将t1的值赋给tc＝t1；
71.s4：当检测到足底触发开关第4次闭合后松开，下肢功能性训练治疗仪进入步行周期t1运行并有刺激输出辅助行走状态；
72.s5：当检测到足底触发开关第4次闭合时，重新开始计数并计时，检测到足底触发开关第7次闭合时，停止计数和计时t’；
73.s6：计算足底触发开关闭合新的步行周期t2＝t’/3,并将t2的值赋给tc＝t2；
74.s7：当检测到足底触发开关第7次闭合后松开，下肢功能性训练治疗仪进入步行周期t2运行；
75.s8：当检测到足底触发开关第7次闭合时，重新开始计数并计时，直到检测到足底触发开关第10次闭合时，停止计数和计时t”；
76.s9：计算足底触发开关闭合新的步行周期t3＝t”/3,并将t3的值赋给tc＝t3；
77.s10：当检测到足底触发开关第10次闭合后松开，下肢功能性训练治疗仪进入步行周期t3运行，直至结束。
78.需要说明的是，每一个步行周期的统计步数和有辅助行走状态下的采集次数为任意值。
79.需要说明的是，步行周期至少连续统计三次，统计的所述步行周期用于对修正的步行周期加以修正。
80.本发明工作时，通过人机界面或者遥控装置设定刺激脉冲和脉宽，控制芯片读取
数据，并将数据保存在存储器内，同时将数据传送给刺激器，刺激器按接收的数据产生对应频率和脉宽的低频脉冲，电刺激启动输出后，检测足底开关是否连接，根据足底开关的闭合和打开状态，统计步行3步的时长计算平均步行周期值，然后将第三次采集计算的数据存储到存储器以便后续循环读入，同时将数据传输给时序控制器，时序控制器接收到数据，按采集的周期数值及时序比例，分别控制不同通道低频信号脉冲信号的输出与终止，设定好的频率和脉宽的低频脉冲，结合时序控制器控制的低频脉冲输出和终止时间，则构成完整的刺激时序脉冲，最后通过pwm值和完整的刺激时序脉冲经刺激脉冲功率驱动器驱动放大后输出，连接到患者，刺激患者下肢不同的肌肉群，完成一个完整的行走动作。
81.实施例二
82.本发明中，自动采集修正步行周期法的实现步骤如下：
83.s1：检测初始化信号，使下肢功能性训练治疗仪处在没有输出状态；
84.s2：当检测到足底触发开关第1次闭合后开始计数并计时，检测到足底触发开关第4次闭合时，停止计数和计时t；
85.s3：计算足底触发开关闭合的步行周期t1＝t/3,并将t1的值赋给tc＝t1；
86.s4：当检测到足底触发开关第4次闭合后松开，下肢功能性训练治疗仪进入步行周期t1运行并有刺激输出辅助行走状态；
87.s5：当检测到足底触发开关第4次闭合时，重新开始计数并计时，检测到足底触发开关第7次闭合时，停止计数和计时t’；
88.s6：计算足底触发开关闭合新的步行周期t2＝t’/3,并将t2的值赋给tc＝t2；
89.s7：当检测到足底触发开关第7次闭合后松开，下肢功能性训练治疗仪进入步行周期t2运行；
90.s8：当检测到足底触发开关第7次闭合时，重新开始计数并计时，直到检测到足底触发开关第10次闭合时，停止计数和计时t”；
91.s9：计算足底触发开关闭合新的步行周期t3＝t”/3,并将t3的值赋给tc＝t3；
92.s10：当检测到足底触发开关第10次闭合后松开，继续进行计数和计时，以此类推，每3步采集并计算一次步行周期平均值，赋值给下个3步的运行刺激周期，如此循环，直至结束。
93.本实施例与实施例一的不同之处在于：在对患者进行下肢功能性训练治疗时，实施例一是对前10步行周期的数据进行采集和处理并加以修正后，得到运行刺激周期，并使用此运行刺激周期运行，直到设定的治疗时间结束；本实施例是在整个治疗过程中，均进行数据采集和处理并加以修正，使得运行刺激周期随着训练实时产生变化的，每3个步行周期为一组，在训练的中途，若患者产生一定的步伐变化，运行刺激周期也可以随之产生变化。
94.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于次，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。