電子神經假體步態矯正和助行系統的製作方法
2023-07-14 16:31:21
專利名稱：電子神經假體步態矯正和助行系統的製作方法
技術領域：
本實用新型是一種步態矯正系統，特別是涉及一種電子神經假體步態矯正和助行系統。
背景技術：
由中樞神經系統損傷如中風、腦外傷、脊椎損傷和疾病、腦癱等導致的足下垂等異常步態，會嚴重影響患者的步行能力，甚至危及安全。研究表明導致這些異常步態的原發因素為肌肉失神經支配，即由於神經系統損失神經傳輸受阻導致肌肉無力或癱瘓。電子神經假體是利用功能性電刺激(FES)代替大腦發出的神經衝動，來支配控制失神經的肢體肌肉，達到肌肉活動來完成需要的生理功能。電子神經假體助行系統是通過功能性電刺激來代替腓總神經來支配脛前肌等活動完成足背屈動作，實現幫助行動不便的足下垂人士行走。中國專利公開號:CN101496748A，
公開日2009年8月5日，公開了一種功能性電刺激FES助行人工神經假體裝置，包括依次相連的單片機、D/A轉換器、恆流源、波形翻轉單元、刺激電極，還包括與單片機相連的功能鍵、顯示單元，所述單片機連接到波形翻轉單元，所述恆流源連接為其供電的電源模塊。此技術方案雖然能夠產生刺激性的波形，但是此波形的刺激效果與患者的配合不佳，不能產生有效的刺激，導致此技術方案有較大的缺陷。
發明內容本實用新型的目的是為解決現有技術波形的刺激效果與患者的配合不佳，不能產生有效的刺激的問題，提供一種通過功能性電刺激來代替腓總神經來支配脛前肌等活動完成足背屈動作，實現幫助行動不便的足下垂人士行走的電子神經假體步態矯正和助行系統。本實用新型解決其技術問題所採用的技術方案是:一種電子神經假體步態矯正和助行系統，包括功能性刺激器、用於和人體相固定的綁帶和電極片，所述的電極片與所述的功能性刺激器電連接，所述的功能性刺激器與所述的綁帶活動連接，所述的電子神經假體步態矯正和助行系統還包括無線足底步態傳感器，所述的無線足底步態傳感器與所述的功能性刺激器通訊連接。本實用新型中的無線足底步態傳感器可以檢測使用者的步態信息，通過檢測不同的步態信息給出不同的控制信號，針對不同的使用者能夠給出不同的刺激信號，適合各種使用者和使用者的各個不同的階段，其中，功能性刺激器起到，一是通過採集步態傳感器數據並結合算法，在特定步態時機即患足擺動相時，發出特定的功能性電刺激波形，刺激患者的神經肌肉以達到預期目的即產生足背屈幫助行走；二是具有記錄患者使用日誌功能即記錄每天使用時間、刺激步行次數、行走距離等的作用。無線足底步態傳感器則起到檢測患足跟步態時機，並將預置步態時機信號發送給功能性刺激器。作為優選，所述的功能性刺激器為雙向平衡脈衝波功能性刺激器。雙向平衡脈衝波功能性刺激器在一個脈衝周期中能夠輸出包含正負兩種極性的波形，且正負電荷相等，保證了使用者可以進行長時間的使用，不會產生一般矯正儀器由於長時間輸出單極性的脈衝，導致人體皮膚和肌肉電解受到損傷的情況；同時本使用新型輸出的正負波形，可以為不對稱的波形，這樣就使得，每個脈衝周期中正向波形和負向波形對應使用者的刺激有了較大的不同，能夠更好地刺激使用者，對使用者的康復和治療有較好的效果。作為優選，所述的功能性刺激器由內置的電池及電源管理電路供電，包括時鐘電路、存儲器、人機互動裝置、升壓電路、處理器、無線通訊模塊、擺動傳感器、人體負載檢測電路和刺激控制電路，所述的無線通訊模塊、時鐘電路、存儲器、人機互動裝置和擺動傳感器均與所述的處理器電連接，所述升壓電路的輸入端與所述的電池及電源管理電路輸出端連接，所述升壓電路的輸出端與所述刺激控制電路的輸入端連接，所述刺激控制電路的輸出端與所述的電極片連接，所述刺激控制電路的監測端與人體負載檢測電路的輸入端連接，人體負載檢測電路的輸出端與處理器連接，所述刺激控制電路的控制端、升壓電路的控制端均與所述的處理器連接。這樣設置，保證了本實用新型中功能性刺激器可以與無線足底步態傳感器配合，通過擺動傳感器監測人腿的擺動加速度，整合多種參數與算法，達到完善脈衝波形刺激，滿足各種使用者不同醫療階段的需求。作為優選，所述的刺激控制電路包括輸出電流控制電路、H橋驅動電路和電流調節電路，所述的輸出電流控制電路的輸入端與處理器連接，所述H橋驅動電路的輸入端與所述輸出電流控制電路的輸出端連接，所述H橋的控制端與所述的處理器連接，所述H橋驅動電路的接地端通過電流調節電路接地，所述H橋驅動電路的輸出端與電極片連接，所述人體負載檢測電路的輸入端與所述電流調節電路電連接，所述電流調節電路的控制端與所述輸出電流控制電路的輸出端連接。這樣設置，可以控制雙相平衡波調製的脈寬、極性，能產生不同PWM來控制輸出電流的幅度，符合不同使用者的要求。作為優選，所述的電子神經假體步態矯正和助行系統還包括遙控設置連接器，所述的遙控設置連接器與所述的無線足底步態傳感器通訊連接，所述的遙控設置連接器還與功能性刺激器通訊連接。這樣設置，控器功能:遙控調節功能性刺激器的工作狀態與模式，此外，還可以與電腦或PDA相連接後，成為無線連接器，使電腦或PDA能與功能性刺激器無線通訊，從而通過管理設置軟體完成對功能性刺激器的相關屬性參數，具體為:刺激、步態屬性參數的設置，讀取功能性刺激器中的患者使用日誌記錄。作為優選，所述的遙控設置連接器由遙控設置連接器內置的連接器電池及電源管理電路供電，包括連接器處理器、連接器無線通訊模塊、連接器人機互動裝置和USB-UART電路，所述的連接器無線通訊模塊、連接器人機互動裝置和USB-UART電路分別與所述的連接器處理器電連接。通過這樣連接的遙控設置連接器，結構簡單，功能強大，適合本實用新型在各種情況下的使用、遙控、傳輸數據。作為優選，所述綁帶的兩端設置有相互匹配的連接件，所述綁帶的正面開設有兩個對稱設置的固定袋，所述的固定袋的袋底開設有供連接電極片的連接線通過的通孔，所述的連接件為彈性連接件。這樣設置，綁帶可以隨意與患者的肢體進行固定，同時固定袋也可以對裝載本實用新型中的功能性刺激器，方便走線，使得電極片能更好地安裝。作為優選，所述綁帶的上緣為對稱的M形。這樣設置保證了綁帶能夠符合人體工學，確保了綁帶能夠適應使用者的左腿和右腿任意一處的損傷。本實用新型的實質性效果是:本實用新型通過檢測不同的步態信息給出不同的控制信號達到捕獲精確有效刺激時機，針對不同的使用者能夠給出不同的刺激信號，適合各種使用者和使用者的各個不同的階段，本實用新型的雙向平衡脈衝波功能性刺激器在一個脈衝周期中能夠輸出包含正負兩種極性的波形，且正負電荷相等，保證了使用者可以進行長時間的使用，不會產生一般矯正儀器由於長時間輸出單極性的脈衝，導致人體皮膚和肌肉電解受到損傷的情況同時本使用新型輸出的正負波形，可以為不對稱的波形，這樣就使得，每個脈衝周期中正向波形和負向波形對應使用者的刺激有了較大的不同，能夠更好地刺激使用者，對使用者的康復和治療有較好的效果。
圖1是本實用新型的一種電路方框圖；圖2是本實用新型中功能性刺激器的一種電路原理圖；圖3是本實用新型中綁帶的一種結構示意圖。圖中:1、功能性刺激器，2、無線足底步態傳感器，3、遙控設置連接器，4、終端，5、電極片，10、電池及電源管理電路，11、處理器，12、無線通訊模塊，13、人機互動裝置，14、擺動傳感器，15、人體負載檢測電路，16、刺激控制電路，17、BOOST升壓電路，18、RTC時鐘，19、EEPROM存儲器，20、觸感器電池及電源管理電路，21、傳感器處理器，22、傳感器無線通訊模塊，23、傳感器人機互動裝置，24、信號調理電路，25、足底傳感器，30、連接器電池及電源管理電路，31、連接器處理器，32、連接器無線通訊模塊，33、連接器人機互動裝置，34、USB-UART電路，50、綁帶，51、固定袋，52、綁帶上緣，53、第一連接件，54、第二連接件，61、H橋驅動電路，62、輸出電流控制電路，63、電流調節電路。
具體實施方式
下面通過具體實施例，並結合附圖，對本實用新型的技術方案作進一步的具體說明。實施例:一種電子神經假體步態矯正和助行系統(參見附圖1)，包括功能性刺激器1、無線足底步態傳感器2、遙控設置連接器3、用於和人體相固定的綁帶50和電極片5，電極片5與功能性刺激器I電連接，功能性刺激器I與綁帶50活動連接，功能性刺激器I與無線足底步態傳感器2以及遙控設置連接器3為通訊連接，無線足底步態傳感器2與遙控設置連接器3也為通訊連接。功能性刺激器I為雙向脈衝波功能性刺激器。功能性刺激器I由內置的電池及電源管理電路10供電，包括採用RTC時鐘18的時鐘電路、使用EEPROM存儲器19的存儲器電路、人機互動裝置13、升壓電路、處理器11、無線通訊模塊12、擺動傳感器14、人體負載檢測電路15和刺激控制電路16，升壓電路為BOSST升壓電路17，無線通訊模塊12、時鐘電路、存儲器、人機互動裝置13和擺動傳感器14均與處理器11電連接，升壓電路的輸入端與電池及電源管理電路10輸出端連接，升壓電路的輸出端與刺激控制電路16的輸入端連接，刺激控制電路16的輸出端與電極片5連接，刺激控制電路16的監測端與人體負載檢測電路15的輸入端連接，人體負載檢測電路15的輸出端與處理器11連接，刺激控制電路16的控制端、升壓電路的控制端均與處理器11連接。遙控設置連接器3由遙控設置連接器3內置的連接器電池及電源管理電路30供電，包括連接器處理器31、連接器無線通訊模塊32、連接器人機互動裝置33和USB-UART電路34，連接器無線通訊模塊32、連接器人機互動裝置33和USB-UART電路34分別與連接器處理器電連接。USB-UART電路34可通過USB線與終端4連接，終端可以是PAD，也可以是電腦。無線足底步態傳感器2作為步態傳感器使用時放置與使用者的足底，由無線足底步態傳感器2內置的觸感器電池及電源管理電路20供電，包括傳感器處理器21、傳感器無線通訊模塊22、傳感器人機互動裝置23、信號調理電路24和足底傳感器25，足底傳感器25通過信號調理電路24與傳感器處理器21電連接，傳感器無線通訊模塊22和傳感器人機互動裝置23也均與傳感器處理器21電連接。刺激控制電路(參見附圖2)包括輸出電路控制電路62、H橋驅動電路61和電流調節電路63，輸出電路控制電路62的輸入端與處理器連接，H橋驅動電路61的輸入端與BOSST升壓電路17的輸出端連接，H橋的控制端與處理器連接，H橋驅動電路61的接地端通過電流調節電路63接地，H橋驅動電路61的輸出端與電極片連接，人體負載檢測電路15的輸入端與電流調節電路63電連接，電流調節電路63的控制端與輸出電路控制電路62的輸出端連接。H橋驅動電路61中四個三極體的基極作為H橋驅動電路61的控制端與處理器連接。電流調節電路63包括三極體Q2、穩壓管D3、電阻R39和電阻R53，三極體Q2的基極通過電阻R53與輸出電路控制電路62的輸出端連接，三極體Q2的集電極與H橋驅動電路61的接地端連接，三極體Q2的發射極與穩壓管D5的陰極連接以及電阻R39的第一端連接，穩壓管D5的陽極接地，電阻R39的第二端接地，三極體Q2的發射極與人體負載檢測電路15的輸入端連接。綁帶50 (參見附圖3)，綁的兩端設置有相互匹配的第一連接件53和第二連接件54，第一連接件53採用的是固定環，第二連接件54採用的是粘扣片，綁帶50的正面開設有兩個對稱設置的固定袋51。固定袋51用來放置功能性刺激器1，固定袋51的袋底開設有供連接電極片的連接線通過的通孔，綁帶上緣52為沿中心軸縱向對稱的M形。M形的凹口正好對應人體的膝蓋。以上所述的實施例只是本實用新型的一種較佳的方案，並非對本實用新型作任何形式上的限制，在不超出權利要求所記載的技術方案的前提下還有其它的變體及改型。
權利要求1.一種電子神經假體步態矯正和助行系統，包括功能性刺激器、用於和人體相固定的綁帶和電極片，所述的電極片與所述的功能性刺激器電連接，所述的功能性刺激器與所述的綁帶活動連接，其特徵在於:所述的電子神經假體步態矯正和助行系統還包括無線足底步態傳感器，所述的無線足底步態傳感器與所述的功能性刺激器通訊連接。
2.根據權利要求1所述的電子神經假體步態矯正和助行系統，其特徵在於:所述的功能性刺激器為雙向平衡脈衝波功能性刺激器。
3.根據權利要求1或2所述的電子神經假體步態矯正和助行系統，其特徵在於:所述的功能性刺激器由內置的電池及電源管理電路供電，包括時鐘電路、存儲器、人機互動裝置、升壓電路、處理器、無線通訊模塊、擺動傳感器、人體負載檢測電路和刺激控制電路，所述的無線通訊模塊、時鐘電路、存儲器、人機互動裝置和擺動傳感器均與所述的處理器電連接，所述升壓電路的輸入端與所述的電池及電源管理電路輸出端連接，所述升壓電路的輸出端與所述刺激控制電路的輸入端連接，所述刺激控制電路的輸出端與所述的電極片連接，所述刺激控制電路的監測端與人體負載檢測電路的輸入端連接，人體負載檢測電路的輸出端與處理器連接，所述刺激控制電路的控制端、升壓電路的控制端均與所述的處理器連接。
4.根據權利要求3所述的電子神經假體步態矯正和助行系統，其特徵在於:所述的刺激控制電路包括輸出電流控制電路、H橋驅動電路和電流調節電路，所述的輸出電流控制電路的輸入端與處理器連接，所述H橋驅動電路的輸入端與所述輸出電流控制電路的輸出端連接，所述H橋的控制端與所述的處理器連接，所述H橋驅動電路的接地端通過電流調節電路接地，所述H橋驅動電路的輸出端與電極片連接，所述人體負載檢測電路的輸入端與所述電流調節電路電連接，所述電流調節電路的控制端與所述輸出電流控制電路的輸出端連接。
5.根據權利要求1或2所述的電子神經假體步態矯正和助行系統，其特徵在於:所述的電子神經假體步態矯正和助行系統還包括遙控設置連接器，所述的遙控設置連接器與所述的無線足底步態傳感器通訊連接，所述的遙控設置連接器還與功能性刺激器通訊連接。
6.根據權利要求5所述的電子神經假體步態矯正和助行系統，其特徵在於:所述的遙控設置連接器由遙控設置連接器內置的連接器電池及電源管理電路供電，包括連接器處理器、連接器無線通訊模塊、連接器人機互動裝置和USB-UART電路，所述的連接器無線通訊模塊、連接器人機互動裝置和USB-UART電路分別與所述的連接器處理器電連接。
7.根據權利要求1所述的電子神經假體步態矯正和助行系統，其特徵在於:所述綁帶的兩端設置有相互匹配的連接件，所述綁帶的正面開設有兩個對稱設置的固定袋，所述的固定袋的袋底開設有供連接電極片的連接線通過的通孔，所述的連接件為彈性連接件。
8.根據權利要求7所述的電子神經假體步態矯正和助行系統，其特徵在於:所述綁帶的上緣為對稱的M形。
專利摘要本實用新型涉及一種電子神經假體步態矯正系統。本實用新型現有技術波形的刺激效果與患者的配合不佳，不能產生有效的刺激的問題其技術方案要點是包括功能性刺激器、用於和人體相固定的綁帶和電極片，所述的電極片與所述的功能性刺激器電連接，所述的功能性刺激器與所述的綁帶活動連接，所述的電子神經假體步態矯正系統還包括無線足底步態傳感器，所述的無線足底步態傳感器與所述的功能性刺激器通訊連接。本實用新型通過檢測不同的步態信息給出不同的控制信號達到捕獲精確有效刺激時機，針對不同的使用者能夠給出不同的刺激信號，適合各種使用者和使用者的各個不同的階段。
文檔編號A61F2/00GK202920822SQ20122060964
公開日2013年5月8日 申請日期2012年11月19日 優先權日2012年11月19日
發明者岑利亞, 潘洪濤 申請人:岑利亞