[发明专利]一种基于多传感融合的步态采集及神经肌肉电刺激系统

权利要求书

1.一种基于多传感融合的步态采集及神经肌肉电刺激系统，其特征在于，包括传感器模块、刺激模块、数据传输模块和上位机模块；

所述传感器模块，包括表面肌电传感器、激光测距传感器、惯性传感器；

所述表面肌电传感器，用于采集下肢的多通道表面肌电信号；

所述惯性传感器有两组，第一惯性传感器用于检测行走时大腿位置的姿态信息，第二惯性传感器用于检测行走时脚踝位置的姿态信息；所述姿态信息包括欧拉角、角速度和加速度；

所述激光测距传感器，用于检测行走时脚踝与地面之间的直线距离；

所述数据传输模块，用于在所述传感器模块和所述上位机模块之间建立通信连接，将传感器模块采集到的数据发送给上位机模块；

所述上位机模块，包括数据存储模块和数据处理模块；

所述数据存储模块用于分类存储所述数据传输模块发送的传感器采集数据以及数据处理模块产生的数据；

所述数据处理模块用于对所述传感器采集数据进行处理，获得步态特征信息以及电刺激控制参数；

所述刺激模块，用于在上位机模块的控制下对下肢施加电刺激脉冲。

2.如权利要求1所述的基于多传感融合的步态采集及神经肌肉电刺激系统，其特征在于，所述数据传输模块为无线传输模块，所述上位机模块为PC机、云平台或移动终端。

3.如权利要求1所述的基于多传感融合的步态采集及神经肌肉电刺激系统，其特征在于，所述刺激模块与表面肌电采集传感器为一体化设计，表面肌电传感器包括表面肌电电极和信号采集发送板，最多可同时采集下肢16通道的表面肌电信号；所述表面肌电电极可与所述刺激模块中的刺激电极复用。

4.如权利要求1所述的基于多传感融合的步态采集及神经肌肉电刺激系统，其特征在于，所述传感器模块中，表面肌电信号的采集频率的范围为2000Hz；欧拉角、角速度和加速度的采集频率的范围为200HZ，激光测距传感器的的采集频率为20Hz。

5.如权利要求1所述的基于多传感融合的步态采集及神经肌肉电刺激系统，其特征在于，所述激光测距传感器和所述第二惯性传感器安装于可佩戴式壳体中，能固定在鞋子上沿靠近脚踝的位置。

6.如权利要求1所述的基于多传感融合的步态采集及神经肌肉电刺激系统，其特征在于，所述上位机模块收到所述数据传输模块发送的数据后，根据IP地址的不同识别出所接收数据的类别，然后将相应的数据分别进行存储；上位机模块中还设有显示模块，用于在界面中显示不同传感器的数据或数据曲线以及相应的步态特征信息。

7.如权利要求1所述的基于多传感融合的步态采集及神经肌肉电刺激系统，其特征在于，所述数据处理模块中含有步态识别单元，所述步态识别单元基于激光测距传感器检测到的行走时脚踝与地面之间的直线距离对步态周期进行分割，融合惯性传感器检测到的大腿位置和脚踝位置的姿态信息，以及表面肌电传感器检测到的行走时下肢的表面肌电信号，进而识别出检测对象行走时的步态。

8.如权利要求1所述的基于多传感融合的步态采集及神经肌肉电刺激系统，其特征在于，所述数据处理模块中含有动作控制序列构建单元，用于在健康个体完成指定的下肢功动作过程中，根据所述传感器模块在该过程中采集到的数据，建立表面肌电与肢体运动的数学模型；然后在该数学模型基础上，调整优化电刺激模式和参数，并实时获取在不同刺激模式和参数下相关肌肉群响应和相应肢体运动的情况，得到重现不同目标运动功能所需的控制序列。

9.如权利要求1所述的基于多传感融合的步态采集及神经肌肉电刺激系统，其特征在于，所述数据处理模块中含有运动功能重建单元，用于在踝足矫形器配合下针对步态障碍用户，获取步行时相应肌肉的表面肌电和步态运动学时间信息的特征，同时记录每块相关肌肉的活动，建立对应关系，获取在不同刺激模式和参数下相关肌肉群的响应情况，分析不同的表面肌电和步态运动学时间信息变化特征与功能重建效果之间的关系，并筛选出表面肌电和步态运动学时间信息特征作为回反馈调节信号自适应调整电刺激，实现用户的个性化运动功能重建。

10.如权利要求1所述的基于多传感融合的步态采集及神经肌肉电刺激系统，其特征在于，所述数据处理模块中包括上下肢一体化验证单元，用于作为定量验证上下肢一体化的数据系统，完成用户下肢运动机能的定量评估，计算用户佩戴上肢支具后下肢运动机能改善程度，并输出上下肢一体化关系定量评估报告。