专利名称：基于人体行走模式的功能性低频电刺激治疗装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于医疗器械领域，涉及一种低频电刺激治疗设备，具体的 说是基于人体行走模式的功能性电刺激治疗装置。
背景技术：
在各种电刺激治疗手段中，功能性电刺激治疗(FES)以低频电脉冲刺激患 肢神经肌肉，改善中枢神经损伤患者的肢体功能。现有功能性电刺激治疗仪多 为双通道结构，以间歇刺激的模式，诱发患肢个别肌群重复简单的收缩-放松 动作。人体行走活动包含站立和摆腿两个交替动作，涉及大腿前群的股四头肌、 后群的胭绳肌，小腿前群的胫前肌、后群的三头肌等肌群，各肌群按照时间顺 序，或同时、或依次、或反复、交替的收缩-放松，相互配合完成行走动作，当 患肢举步困难时，可借助人工、器械或低频电刺激等方式实施康复训练。基于 行走模式的功能性电刺激训练、治疗，不仅刺激脉冲的频率、脉宽、电流要符 合功能性电刺激的要求，而且刺激通道数目、脉冲输出时序要符合行走模式的 需要，时序进程要适应患者步态动作的变化。目前，临床应用的功能性低频治 疗仪，如Respond Select (美国)、NeurTrac Continence (英国)等，由于刺激 脉冲的输出通道少、间歇时序和控制模式单一等方面的限制，无法刺激患肢肌 群模拟行走动作，制约了功能性电刺激治疗在行走功能训练中的应用。 发明内容
为了克服现有功能性低频电刺激治疗仪的不足，本实用新型提供一种基 于人体行走模式的功能性低频电刺激治疗装置，该装置不只刺激个别肌群收 缩一放松，而且能够刺激、协调患肢模拟人体行走动作。本实用新型解决其技术问题所釆用的方案是针对行走动作涉及肌群数 量多、动作时序复杂和患者步态可能随时变化等特点和要求，设置行走时序 模块、刺激通道模块、进程控制模块三个主要结构模块，输出符合行走时序、 适应步态变化的多路低频刺激脉冲。具体方法是行走时序模块主要由时基 计数单元和时序逻辑单元构成，其构成单元可以是硬件电路系统也可以是软 件程序系统，内部设置时序进程受控结构，生成多列可控时序脉冲；进程控 制模块主要由循环控制单元和暂停控制单元构成，外接足控传感单元反馈下 肢动作状态、调控时序进程；刺激通道模块由多路刺激脉冲通道构成，输出 多路低频刺激脉冲刺激患肢肌群，达到诱发和协调患肢模拟行走动作的目的。
本实用新型的效果在于，拓展功能性电刺激治疗在行走功能训练中的应 用和功效，降低患者在行走训练中对器械和人员的依赖程度，有助于患者在 "自主"训练中增强康复信心，降低治疗、训练成本。 附阁说明
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。.
图l是行走时序示意图。
图2是本实用新型一种实施例的模块结构图。
图3是图2行走时序模块与进程控制模块的电路示意图。
图4是图3电路的波形示意图。
图5是图2刺激脉冲通道的电路示意图。
图6是本实用新型另一种实施例主程序的流程示意图。
图中，l.行走时序模块，101.时基计数单元，102.时序逻辑单元，2.刺激 通道模块，201~ 204.刺激脉冲通道，211.刺激脉冲发生电路、212.刺激脉冲 调制电路、213.驱动升压电路，214.输出电极，3.进程控制模块，301.循环控制单元，302.暂停控制单元，303.足控开关。
图1中，图la是正常行走时下肢肌群的动作时序，各图线对应于A. 小腿前肌群、B.大腿前肌群、C.小腿后肌群、D.大腿后肌群，其中粗线为收 缩动作时段、细线为放松休息时段。时间t从O—l为步态周期T，其始、末 端对应于(相邻两次)下肢前伸、足根着地的时刻，半周期L和"对应于下 肢踏地站立和抬腿摆动的动作状态。图lb是基于行走模式的一种电刺激时 序，图线中粗实线为刺激脉冲输出时段、细实线为无输出的间歇时段。各图 线对应的刺激通道为a通道刺激小腿前肌群、b通道刺激大腿前肌群的、c 通道刺激小腿后肌群的.d通道刺激大腿后肌群。若直接按图la时序启动剌 激，患肢将首先进入负重站立时段(t,),为使起步平稳，图lb改为从t。时 段刺激患肢摆腿、起步，启动后则按正常时序(阴影区)的t"仁和T交替 循环，其中虛线段t'、 t"、 V所示图例，为时序半周期进程受控暂停情况。
图2中，行走时序模块l由时基计数单元l01 、时序逻辑单元l02构成，经a'、 b'、 c，、 d，端连接各刺激脉冲通道；刺激通道模块2由四路刺激脉冲通道201、 202、 203、 204构成，经a、 b. c. d端连接四对输出电极214;进程控制模块 3由循环控制单元301和暂停控制单元302构成，外接足控开关303、内控行走
时序模块l的时序进程，
图3中，时基计数单元101由时基ICU1 ( 555 )、外围元件W、 Rl、 R2、 Cl、 C2以及计数IC U2 (CD4017)构成。U1的时基脉冲经S点触发U2输出步进计数 脉冲序列"0—9",电位器W1调节步进时长。时序逻辑单元102由电阻R3 R6 和二极管D1 D16矩阵电路构成，经a'、 b，、 c，、 d'端输出时序脉冲，改变二 极管阵列可预置时序的间歇进程。计数电路、矩阵电路经由受控端口P(五线) 与进程控制模块连接。足控开关303由电缆M、插件N (五针)和双联开关K1构成，步态传感开关件K1置于患者健肢足底，其开关状态随健肢的抬起或踏 下翻转，图中为健肢抬起状态。暂停控制单元302由二极管D18、 D19、 D20构 成，循环控制单元301由二极管D17和开关K2构成，K2的开关状态随插件N的 插、拔切换，图中为插接N已插入、开关K2切换至足控循环模式，其时序循环 的进程调控如下当行走时序运行至半周期交替、患肢与健肢互换站立一摆 腿动作时，患者若没有及时将健肢主动抬起(或着地)，则应暂停患肢的剌激 动作，为此连接在U1第13脚与第1脚(或第ll脚)之间的K1下键、二极管D20 (或D19)锁定该半周的时序进程，等待健肢抬起(或下踏着地)、Kl翻转后 接续时序进程；若健肢抬起后摆动较快、提前着地使K1闭合，则经由K1上键、 二极管D18连接矩阵电路c'支路和Ul第15脚提前停止该半周的进程、清零启动 下一半周时序。拔离足控开关303后，开关K2经二极管D17切换至自动循环模 式，时序脉冲以固定周期连续循环，适用于卧姿、单患肢步态动作训练。
图4波形分别是[S]为Ul输出的时基脉冲，[0] — [9]为U2输出的步 进脉冲序列，[a，]、〖b，〗、〖c，]、 [d，]为矩阵电路输出的四列时序脉冲。
图5为刺激脉冲通道(a)的一种电路，刺激通道模块中共有四路图示 的电路单元。刺激脉冲发生电路211由U3 (555)及外围元件构成；脉冲调 制电路212主要由三极管Q1构成，经a，端与矩阵电路对应连接；驱动升压 电路213主要由三极管Q2和变压器T构成，电位器W4经a端接电极214。 电位器W2、 W3、 W4分别用于治疗中调节刺激脉冲的频率、脉宽和输出强度。
图6是另一种实施例的主程序流程，该例的时基定时和时序逻辑、多路 间歇刺激脉冲、循环控制和暂停控制等，均由微电脑及其软件系统编程实现。
在以上附图和实施例中简略了治疗参数的设置、显示与存储，调节键钮、 定时关机和电源电路等辅助单元和结构。
权利要求1.一种基于人体行走模式的功能性低频电刺激治疗装置，其特征在于所述治疗装置由步行时序模块、刺激通道模块、进程控制模块三个主要模块连接构成。
2. 根据权利要求1所述的治疗装置，其特征在.于所述步行时序模块 由时基计数单元和时序逻辑单元构成，内置时序进程受控结构，其构成单元 可以是硬件电路系统也可以是软件程序系统。
3. 根据权利要求l所述的治疗装置，其特征在于所述进程控制模块 由循环控制单元和暂停控制单元构成，外接进程调控动作传感单元。
4. 根据权利要求l所述的治疗装置，其特征在于所述刺激通道模块 由四路以上刺激脉冲通道构成。
专利摘要一种基于人体行走模式的功能性低频电刺激治疗装置，由行走时序模块1、刺激通道模块2、进程控制模块3三个主要模块连接构成。进程控制模块3由循环控制单元301和暂停控制单元302构成、外接调控时序进程的足控开关303，连接时序模块1实时协调时序进程；行走时序模块1由时基计数单元101、时序逻辑单元102构成，生成行走时序脉冲，经a’、b’、c’、d’端连接通道模块2调制各通道刺激脉冲；刺激通道模块2由四路并行的刺激脉冲通道201、202、203、204构成，经a、b、c、d端连接四对输出电极214，模拟行走时序刺激患肢小腿和大腿的前后肌群，诱发、协调患肢模拟行走动作。本装置拓展了功能性电刺激治疗在行走功能训练中的应用和功效。
文档编号A61N1/36GK201431704SQ20092015956
公开日2010年3月31日 申请日期2009年6月10日 优先权日2009年6月10日
发明者燕铁斌, 淼 秦 申请人:燕铁斌;秦 淼