基于行走模式的功能性低頻電刺激同步助行儀及控制方法
【專利摘要】一種多通道FES同步助行治療儀包括主機、觸發器、電極，主機中設置刺激器連接到電極、設置同步控制器連接到觸發器，組成跟蹤患肢步態動作的電刺激閉環控制回路。在主機中，同步控制器設置的多個時序運行控制模塊嵌套連接，經線束插接到觸發器的兩路足控觸發元件，交替切換行走時序的運行、同步控制刺激器輸出的刺激脈沖序列。刺激器設置低頻脈沖電路模塊和刺激脈沖功率驅動電路模塊，由線束插接到A、B、C、D四組電極、刺激患肢動作。主控器包括操作界面、存儲器、單片機及其控制程序。同步助行治療儀既能刺激患肢離地練習步態動作、也能輔助患者著地行，不但能單基應用、刺激單側患肢，還能雙機聯動、刺激雙側患肢相互交替的配合動作。
【專利說明】基于行走模式的功能性低頻電刺激同步助行儀及控制方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于康復醫療設備領域，具體涉及一種基于行走模式的功能性低頻電刺激 同步助行治療儀及其控制方法。
【背景技術】
[0002] 功能性低頻電刺激（FES)輔助行走裝置包括刺激器、電極、觸發器，當刺激器輸出 低頻脈沖，經電極刺激患肢、誘發行走動作時，由觸發器控制刺激電流與患肢動作保持同 步。典型的植入式FES步行系統設置有24?32路電刺激通道還對應的植入電極，能準確 刺激患肢實現精細的步態動作、輔助癱瘓病人站立和行走，但是植入系統的結構和使用操 作復雜，目前尚未實用化。常用的便攜式單（雙）通道FES足下垂助行儀，利用足底開關控 制刺激電流的通斷，在患肢擺動相誘發踝背屈、校正足下垂步態。單通道助行儀簡單實用， 但是只能間斷刺激個別肌群、誘發單一的動作。基于行走模式的小型多通道FES助行裝置， 設置數路電刺激通道，可以模擬行走時序刺激單側患肢的多組肌群，既能誘發患肢離地練 習步態動作，也能輔助患者著地走動，兼顧了助行功能和臨床實用性。多通道FES助行裝置 輔助著地行走的電刺激過程，既要符合行走時序又需要與患者的步態保持同步，問題在于 不同患者的步態與正常行走步態有很大的差異，采用肌電或腦電反饋等復雜的同步控制模 式，不符合小型FES助行裝置的實用性要求，而普通足底開關的觸發方式，又只能簡單檢測 患肢的步頻變化、調節單通道電刺激的間斷時間和重復周期，無法滿足連續跟蹤患肢動作 過程、同步調控多路電刺激的控制要求，制約了小型多通道FES助行裝置輔助行走的實用 性能和臨床應用。
【發明內容】
[0003] 針對小型多通道FES助行裝置的不足，本發明提供一種基于行走模式的多通道 FES同步助行治療儀，不但能刺激患肢離地模擬行走動作，還能跟蹤患者著地行走的動作過 程、同步控制電刺激的進程，適應不同患者的步態特征。
[0004] 本發明解決其技術問題的方案是：同步助行治療儀由主機、觸發器、電極組成。在 主機設置同步控制器連接到觸發器、設置刺激器連接到電極，構成能夠跟蹤患者行走過程、 檢測患肢離地和著地的轉接動作，同步調節電刺激進程的閉環控制回路。在主機的刺激器 中設置四路電刺激通道連接到四組電極，分別刺激患肢大腿和小腿的前、后肌群，誘發患肢 伸膝、屈膝、踝背屈等行走動作，電刺激脈沖的頻率、脈寬、波形和刺激電流可以調節、設定。 所述主機中的同步控制器，由運行時相切換、調制時序發生、周期循環控制等時序運行控制 模塊組成，各模塊相互嵌套連接，將低頻脈沖的調制時序按照運行時相分割為四個控制時 段，與患肢的步態轉接動作同步切換、逐段運行。同步控制器與觸發器之間采取可拆連接， 當兩者拆離時，同步控制器以程控方式自動切換、連續運行和循環，適用患肢離地練習動 作。當同步控制器連接觸發器時，同步控制器由觸發元件鍵控切換、逐段同步運行，適用患 者著地行走。所述觸發器包含左右兩路觸發元件，兩路觸發元件分別設置在患者的兩側下 肢，跟蹤患肢的行走過程、檢測左右交替的離地和著地轉接動作；觸發器的兩路觸發元件還 可以左右交錯的同時連接到兩個主機、控制雙機聯動切換，刺激病人兩側下肢相互配合、交 替動作。在同步助行治療儀的主機設置主控器和主控程序，編輯、存取電刺激的頻率、脈寬、 波形和治療時間等FES處方參數，預設電刺激運行控制參數，啟動、運行治療程序，干預治 療過程。
[0005] 本發明提供一種同步助行治療儀的控制方法包括：
[0006] A.在同步助行治療儀中設置調制低頻脈沖群序列及其分段切換、逐段運行的控 制程序和運行參數；
[0007] B.根據低頻脈沖群序列的切換、運行參數，選擇程控自動運行或鍵控同步運行，包 括以下步驟：
[0008] 選擇程控自動運行，同步助行治療儀拆離觸發器、在患肢刺激部位置放電極，設定 行走時序和電刺激參數，啟動模擬行走訓練程序、按設定時序和參數自動連續運行，循環輸 出模擬行走時序的刺激脈沖序列群、刺激患肢行走動作。
[0009] 選擇鍵控同步運行，同步助行治療儀連接到觸發器、在患者下肢置放電極和觸發 元件，設定行走時序預控參數和電刺激參數，啟動同步助行程序，觸發元件檢測兩側患肢行 走的轉接動作、以鍵控優先方式同步切換行走時序的運行時相：當患者行動遲緩或站立不 動、轉接動作滯后于設定的預控時間時，延續該時相的電刺激、等待轉接動作；當患肢動作 超前、轉接動作早于設定的時間，則執行鍵控切換、提前運行下一時相；主控器"記憶"前一 步動作過程、自動修正下一步預控參數。
[0010] 所述的控制方法還包括以下雙機聯動步驟：兩部主機的共用觸發器置于患者左右 下肢，共用觸發器的兩路觸發元件與兩部主機交叉連接，聯動控制兩側下肢的電刺激：當某 一側患肢離地、觸發元件翻轉時，同側主機切換到擺腿相刺激該下肢擺動、對側主機切換到 支撐相刺激其下肢單腿支撐動作，雙腿配合邁步；當擺動側的患肢著地、觸發元件返轉時， 擺動側主機切換到前伸站立相、對側主機切換到后伸站立相，分別刺激兩腿配合站立。站立 動作結束時，交替為對側的患肢離地、觸發元件翻轉，兩側的主機互換聯動步驟。
[0011] 本發明的有益效果是，同步助行治療儀的結構及同步控制方法簡單實用、運行可 靠，既能與患者動作緩慢、雙腿站立時間長、左右腿動作不對稱的步態保持同步，也能與患 者站立不動的狀態保持同步，保證輔助行走過程的安全。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012] 下面結合附圖和實施例對本發明做進一步說明。
[0013] 圖1是本發明一種實施例的系統框圖。
[0014] 圖2是本發明雙機聯動的觸發器連接圖
[0015] 圖3是圖1實施例電刺激脈沖序列同步切換、運行不意圖。
[0016] 圖4是圖3電刺激脈沖序列同步切換、運行的控制程序流程圖。
[0017] 圖中，01.左側主機，02.共用觸發器，03.右側主機，04.便攜式主機，05.健肢觸發 元件,06.患肢觸發元件。
【具體實施方式】
[0018] 圖1中，主機在同步控制器設置的多個時序運行控制模塊嵌套連接，經線束插接 到觸發器的兩路足控觸發元件，交替切換行走時序的運行、同步控制刺激器輸出的刺激脈 沖序列。刺激器設置低頻脈沖電路模塊和刺激脈沖功率驅動電路模塊，由線束插接到A、B、 C、D四組電極、刺激患肢動作。主控器包括操作界面、存儲器、單片機及其控制程序。
[0019] 圖2中，共用觸發器02交叉連接左主機01和右主機03。當左腿離地、左觸發元件 翻轉時，左主機01刺激左腿擺腿動作、右主機03刺激右腿支撐動作，雙腿配合邁步；當左腿 著地、觸發元件返轉時，左主機01刺激左腿前伸站立、右主機03刺激右腿后伸站立。站立 動作過后交替為右腿離地時，兩側主機互換聯動刺激動作。
[0020] 圖3中上半部，便攜式主機04與患肢觸發元件06、健肢觸發元件05之間采用線束 (未畫出）連接。a (a'）、b、c、d是患者兩側下肢交替著地、離地的轉接動作,轉接動作之間 分別是時序周期（T)的四個步態時相。圖中下半，A、B、C、D代表模擬行走時序的四路電刺 激脈沖群序列，粗線段為電刺激時段、細線段為停止刺激時段：當患肢著地（結束擺動）的 動作a翻轉患側的觸發元件06時，電刺激切換到前伸站立相、誘發患肢前伸站立動作；當雙 腿站立過程結束、健肢離地的動作b翻轉健側的觸發元件05時，電刺激切換到單腿支撐相、 誘發患肢單腿支撐動作；當健肢擺動結束的著地動作C再次返轉健側的觸發元件05時，電 刺激切換到后伸站立相、誘發患肢后伸站立動作；當雙腿站立過程結束、患肢離地的動作d 翻轉患側的觸發元件06時，電刺激切換到擺動相、誘發患肢向前擺動。患肢擺動結束的著 地動作a'完成電刺激的運行周期、啟動下一步動作過程。
[0021] 圖4是圖2實施例同步觸發控制的流程圖。在任何一側下肢的離地動作之前，控 制程序不啟動、不運行單腿支撐或擺腿的電刺激，在刺激單腿支撐、擺動的時段，也不干預、 不中斷動作過程，避免患肢動作紊亂、保證行走安全。
【權利要求】
1. 一種多通道同步助行治療儀包括主機、觸發器、電極，其特征是：在主機設置刺激器 連接到電極、設置同步控制器連接到觸發器，構成能夠跟蹤患肢步態過程、同步調節電刺激 進程的閉環控制回路。
2. 根據權利要求1所述多通道同步助行治療儀，其特征是：所述觸發器中包含兩路觸 發元件、分別設置在患者的兩側下肢，檢測左右足交替離地和著地的動作、跟蹤患肢行走過 程中的時序循環和時相動作的轉接。
3. 根據權利要求1所述多通道同步助行治療儀，其特征是：所述主機中的同步控制器， 由多個時序運行控制模塊嵌套連接組成，將低頻脈沖的調制時序分割為四個控制時段，與 患肢的轉接動作同步切換、逐段運行。
4. 根據權利要求2和權利要求3所述多通道同步助行治療儀的觸發器、同步控制器，其 特征是：所述的觸發器與同步控制器之間采取可拆離的連接，當觸發器連接到同步控制器 時，同步控制器由觸發元件鍵控切換、逐段同步運行；當觸發器拆離后，同步控制器以程控 方式自動切換、連續運行和循環。
5. 根據權利要求1和權利要求2所述多通道同步助行治療儀的主機和觸發器，其特征 是：所述觸發器的兩路觸發元件可以左右交錯的同時連接到兩個主機、控制雙機聯動切換， 刺激病人兩側下肢相互配合、交替動作。
6. -種多通道同步助行治療儀的控制方法，其特征在于， A. 在同步助行治療儀中設置調制低頻脈沖群序列及其分段切換、逐段運行的控制程序 和運行參數； B. 根據低頻脈沖群序列的切換、運行參數，選擇程控自動運行或鍵控同步運行，包括以 下步驟： 選擇程控自動運行，同步助行治療儀拆離觸發器、在患肢刺激部位置放電極，設定行走 時序和電刺激參數，啟動模擬行走訓練程序、按設定時序和參數自動連續運行，循環輸出模 擬行走時序的刺激脈沖序列群、刺激患肢行走動作。 選擇鍵控同步運行，同步助行治療儀連接到觸發器、在患者下肢置放電極和觸發元件， 設定行走時序預控參數和電刺激參數，啟動同步助行程序，觸發元件檢測兩側患肢行走的 轉接動作、以鍵控優先方式同步切換行走時序的運行時相：當患者行動遲緩或站立不動、轉 接動作滯后于設定的預控時間時，延續該時相的電刺激、等待轉接動作；當患肢動作超前、 轉接動作早于設定的時間，則執行鍵控切換、提前運行下一時相；主控器"記憶"前一步動作 過程、自動修正下一步預控參數。
7. 根據權利要求6所述控制方法，其特征在于，還包括以下雙機聯動步驟：兩部主機的 共用觸發器置于患者左右下肢，共用觸發器的兩路觸發元件與兩部主機交叉連接，聯動控 制兩側下肢的電刺激：當某一側患肢離地、觸發元件翻轉時，同側主機切換到擺腿相刺激該 下肢擺動、對側主機切換到支撐相刺激其下肢單腿支撐動作，雙腿配合邁步；當擺動側的患 肢著地、觸發元件返轉時，擺動側主機切換到前伸站立相、對側主機切換到后伸站立相，分 別刺激兩腿配合站立。站立動作結束時，交替為對側的患肢離地、觸發元件翻轉，兩側的主 機互換聯動步驟。
【文檔編號】A61H3/00GK104056353SQ201310113309
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2013年3月21日 優先權日:2013年3月21日
【發明者】燕鐵斌 申請人:燕鐵斌