[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

说明书

本发明公开了一种基于多传感融合的步态采集及神经肌肉电刺激系统，属于康复工程领域。其包括肌电信号采集传感器模块、刺激模块、无线传输模块和上位机模块，传感器模块包括表面肌电传感器、激光测距传感器和惯性传感器。本发明可以对下肢的表面肌电信号、欧拉角、角速度、加速度和步行时脚踝到地面的距离进行实时的无线采集和传输，并发给上位机模块进行计算和处理。本发明能获取健康个人下肢功能动作并重现的电刺激模式及参数，研究精细动作的控制序列；也可针对步态障碍用户，配合踝足矫形器，利用肌电、运动学信息实现自主优化控制刺激方案，达到个性化运动功能重建目的。本发明可基于移动端进行数据的无线接收和处理，增加了便携性和实用性。

技术领域

本发明涉及到医学康复工程领域，具体涉及到一种基于多传感融合的步态采集及神经肌肉电刺激系统。

背景技术

下肢外骨骼机器人在助力、助老、助残方面具有非常广阔的应用前景，只有正确识别出下肢的运动模式，才能采取有效的控制策略。因此，下肢步态模式识别成为下肢外骨骼机器人的关键技术之一。

人体的行走是十分复杂的过程，想要准确地识别出步态需要多种信号的综合分析。

表面肌肉电信号(surface electromyography,SEMG)是伴随肌电收缩产生的一种电信号，可以通过电极在皮肤的表面采集。通过对下肢表面肌电信号的解码，可以识别出对应肌肉相应的运动模式。

神经肌肉电刺激一方面可以通过对外部的肌肉增强功能促进中枢神经系统的再学习，另一方面神经肌肉电刺激可以通过精准的时序和幅度来激活瘫痪的肌肉，帮助用户完成功能性任务

市场上专业的步态测量系统，价格昂贵，占地面积大用户穿戴体验不足，而且大多使用足底压力传感器来进行步态周期分割，但在实际的操作中足底压力传感器由于长期压迫容易产生机械故障，而且在一些病理步态中，足底压力传感器的贴放位置也难于选择，这些特点都限制了足底压力传感器在步态检测中长期使用。大多数表面肌电传感器只具备采集的性质，对于步态障碍用户的电刺激无能为力。传统的电刺激参数固定，对于对用户的进行个性化的参数刺激。人的行走是一个运动幅度较大的动作过程，因此需要用无线传输的方式尽量减少数据线，实际步态的场景还要求信号的采集和处理装置能够有足够的便携性。

发明内容

针对上述存在的技术问题，本发明旨在一定程度上解决上述的技术问题，提供了一种基于多传感融合的步态采集及神经肌肉电刺激系统。根据本系统获得的数据分析相关步态参数，来验证上下肢一体化，定量的评估用户佩戴上肢支具后下肢运动机能改善程度。

本发明的目的至少通过如下技术方案之一实现。

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；