[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

说明书

本发明公开了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，传感器鞋垫与微处理器连接，用于将采集的压力和角度传感器数据发送给微处理器，微处理器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和肌电传感器，功能性电刺激模块和肌电传感器均与微处理器连接，传感器鞋垫、微处理器、功能性电刺激模块和肌电传感器均与电池模块连接。本发明通过微处理器接收传感器鞋垫上采集的压力和角度传感器数据，能够判断患者的运动意图驱动功能性电刺激器刺激挛缩的胫骨前肌，并通过采集压力数据和踝关节角度信息来获得患者的运动学和动力学信息来量化患者踝关节的康复效果。

技术领域

本发明属于可穿戴设备技术领域，具体涉及脑卒中患者踝关节康复的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。

背景技术

脑卒中又称中风或脑血管意外，是一种遍及世界范围内的慢性非传染性疾。目前脑卒中依然是世界范围内人口死亡的第三位病因和成人残疾的首要原因。据我国卫生部统计中心发布的人群监测数据显示，无论是城市还是农村，脑血管病近来在全死因顺位中都呈明显前移的趋势。随着人群中高血压患病率的不断上升及人口老龄化，脑卒中的发病率还有上升的趋势。

脑卒中足下垂患者的背屈肌肉胫骨前肌出现挛缩，跖屈肌肉出现痉挛导致前脚掌的下垂进而在行走过程中出现拍打地面，腿部无法抬起、拖地、站立不稳等现象，现阶段通常运用踝关节康复机器人和功能性电刺激(FES)对中风偏瘫患者进行踝关节康复。在功能性电刺激中，检测脑卒中患者的运动意图进而适时控制功能性电刺激器刺激胫骨前肌，激活胫骨前肌提高背屈功能，进而增强患者的运动机能，使得步态更加接近于正常步态，一种基于压力传感器智能鞋垫的功能性电刺激系统就可以精确识别患者的运动意图进而驱动功能性电刺激器进行踝关节康复。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供基于传感器智能鞋垫的功能性肌肉电刺激系统及方法，通过足底压力变化和踝关节角度变化直观的实时的判断患者踝关节所处的空间姿态。

本发明采用以下技术方案：

基于传感器智能鞋垫的功能性肌肉电刺激系统，包括传感器鞋垫，微处理器和上位机，传感器鞋垫与微处理器连接，用于将采集的数据发送给微处理器，微处理器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和肌电传感器，功能性电刺激模块和肌电传感器均与微处理器连接，传感器鞋垫、微处理器、功能性电刺激模块和肌电传感器均与电池模块连接。

具体的，传感器鞋垫从下至上依次层叠设置有基底层、传感器层和上覆增敏保护层。

进一步的，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，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，第一角度传感器设置在足弓处，在小腿胫骨处设置有第二角度传感器。

进一步的，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，布置在第一跖骨处的第二电阻式薄膜压力传感器，布置在第三跖骨处的第三电阻式薄膜压力传感器，布置在第五跖骨处的第四电阻式薄膜压力传感器，布置在第一角度传感器对应处的第五电阻式薄膜压力传感器以及布置在足跟处的第六电阻式薄膜压力传感器。

进一步的，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。

进一步的，上覆增敏保护层和基底层均采用聚氨酯材料制成。

具体的，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的输出端连接，功能性电刺激模块的输入端与微处理器连接。

具体的，上位机包括PC数据处理终端和移动终端，PC数据处理终端和移动终端通过蓝牙模块与微处理器连接。