[发明专利]一种基于传感器智能鞋垫的功能性肌肉电刺激系统及方法

权利要求书

1.一种基于传感器智能鞋垫的功能性肌肉电刺激系统，其特征在于，包括传感器鞋垫，微处理器(16)和上位机，传感器鞋垫与微处理器(16)连接，用于将采集的数据发送给微处理器(16)，微处理器(16)采用无线方式与上位机连接，在患者小腿胫骨前肌处设置有功能性电刺激模块(12)和肌电传感器，功能性电刺激模块(12)和肌电传感器均与微处理器(16)连接，传感器鞋垫、微处理器(16)、功能性电刺激模块(12)和肌电传感器均与电池模块(15)连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于传感器智能鞋垫的功能性肌肉电刺激系统，其特征在于，传感器鞋垫从下至上依次层叠设置有基底层(7)、传感器层和上覆增敏保护层(8)。

3.根据权利要求2所述的一种基于传感器智能鞋垫的功能性肌肉电刺激系统，其特征在于，传感器层包括多个电阻式薄膜压力传感器和第一角度传感器(9)，多个电阻式薄膜压力传感器分别布置在脚掌、脚中和足跟处，第一角度传感器(9)设置在足弓处，在小腿胫骨处设置有第二角度传感器(11)。

4.根据权利要求3所述的一种基于传感器智能鞋垫的功能性肌肉电刺激系统，其特征在于，电阻式薄膜压力传感器包括布置在脚掌第一脚趾处的第一电阻式薄膜压力传感器(1)，布置在第一跖骨处的第二电阻式薄膜压力传感器(2)，布置在第三跖骨处的第三电阻式薄膜压力传感器(3)，布置在第五跖骨处的第四电阻式薄膜压力传感器(4)，布置在第一角度传感器(9)对应处的第五电阻式薄膜压力传感器(5)以及布置在足跟处的第六电阻式薄膜压力传感器(6)。

5.根据权利要求4所述的一种基于传感器智能鞋垫的功能性肌肉电刺激系统，其特征在于，电阻式薄膜压力传感器的输出电阻与受到的压力满足以下关系：

其中，F为加载到压力传感器上的压力值；R为压力传感器变化值；k为斜率；b为常数。

6.根据权利要求2所述的一种基于传感器智能鞋垫的功能性肌肉电刺激系统，其特征在于，上覆增敏保护层(8)和基底层(7)均采用聚氨酯材料制成。

7.根据权利要求1所述的一种基于传感器智能鞋垫的功能性肌肉电刺激系统，其特征在于，在小腿胫骨前肌处的表面设置有肌肉刺激电极，肌肉刺激电极与功能性电刺激模块(12)的输出端连接，功能性电刺激模块(12)的输入端与微处理器(16)连接。

8.根据权利要求1所述的一种基于传感器智能鞋垫的功能性肌肉电刺激系统，其特征在于，上位机包括PC数据处理终端(17)和移动终端(18)，PC数据处理终端(17)和移动终端(18)通过蓝牙模块(13)与微处理器(16)连接。

9.根据权利要求1至8中任一项所述功能性肌肉电刺激系统的使用方法，其特征在于，功能性肌肉电刺激系统的微处理器将采集到的多个压力传感器数据和角度传感器数据存储并通过无线方式发送至上位机，上位机通过步态检测算法控制功能性电刺激模块刺激胫骨前肌，并显示脑卒中足下垂患者在行走训练过程中足底各区域压力数据变化、压力云图和踝关节角度信息。

10.根据权利要求9所述基于传感器智能鞋垫的功能性肌肉电刺激系统的使用方法，其特征在于，步态相分为支撑相和摆动相，步态检测算法具体如下：

当足跟触地时，足跟处设置的压力传感器处于开状态，其余压力传感器处于关状态，步态从摆动相进入支撑早期，此时足踝执行背屈运动，控制信号发送至功能性电刺激模块刺激胫骨前肌；

当所有压力传感器都处于开状态时，检测步态从足跟触地进入全足触地，刺激停止；

当足跟处的压力传感器处于关的状态，其余压力传感器处于开状态，此时步态全足触地进入足跟离地，足踝开始跖屈运动，刺激继续保持停止；

当所有压力传感器都处于关状态时，步态从脚趾离地进入摆动相，此时足踝开始背屈运动，控制信号发送到功能性电刺激器刺激胫骨前肌；

当足跟处的压力传感器处于开状态，开始下一轮步态和刺激循环。