一种用于缓解冻结步态的辅助鞋的制作方法

本发明涉及医疗辅助技术领域，具体涉及一种用于缓解冻结步态的辅助鞋。

背景技术：

冻结现象表现为行走或转弯时突然出现短暂的不能迈步，双足似乎粘在地上，须停顿数秒钟后才能再继续前行或无法再次启动，医学上称为“冻结步态”。冻结步态的发生是导致患者跌倒和外伤的重要因素，严重影响患者的生活质量和社会功能。

老年人的步态和平衡障碍随着年龄增加而显著增加，60-69岁的老年人约10％有步态和平衡障碍，而80岁以上则超过60％。一项社区老年人群的调查发现，有24％由于神经系统疾病出现步态障碍，17.4％由非神经系统疾病所致，9.2％由以上两种原因共同造成的，总体上32.2％有步态障碍。这些数据只是基于社区人群得出的，而在医院患者中此比例会更高。在神经系统疾病所致的步态障碍中69.2％是由单一疾病因素造成的，30.8％是由多种神经系统疾病因素造成的。神经系统疾病所致的步态障碍与反复跌倒相关。

在各种类型的步态障碍中，约三分之二是由神经系统疾病所致，大约一半是由非神经系统疾病所致，大约三分之一的患者是由多种原因所致的步态障碍。在神经系统病因中，18％是感觉性共济失调，16％是帕金森综合征所致，这两种病因是最常见的，其次是额叶型步态障碍，占8％，除此之外还有小脑性共济失调步态，痉挛性偏瘫步态，痉挛性截瘫步态，感觉性共济失调步态，肌张力障碍性步态，舞蹈样步态，神经肌肉病和脊髓病变所致的步态障碍，心因性步态障碍等。骨关节炎和下肢骨骼变形是成年人步态障碍最常见的非神经系统疾病病因，此外还有周围动脉阻塞性疾病所致的间歇性跛行；腰椎管狭窄所致的神经源性跛行；药源性步态障碍。

总体上，帕金森病患者中约39.9％会出现冻结步态，患病10年以上的70.8％有冻结步态，而患病20年的患者则可高达81％会出现冻结步态；患病在5年以上的53.3％有冻结步态,小于5年的有22.4％有冻结步态。

冻结步态是一种严重帕金森病患者生活质量的症状，尽管有个案报道变频dbs治疗、脊髓电刺激、激光引导等方法可能对帕金森患者冻结步态有效，但总体而言目前对于帕金森病冻结步态症状国、内外尚无确切有效的治疗方法。为此中国专利公开号cn109480857a，名称为“一种用于帕金森病患者冻结步态检测的装置”。公开了一种用于帕金森病患者冻结步态检测的装置及方法，所述装置包括1号惯性节点、2号惯性节点、惯性节点同步器、压力鞋垫、移动终端和无线蓝牙耳机。所述1号惯性节点和2号惯性节点用于采集患者左右腿部加速度数据、角速度数据和磁力值；所述惯性节点同步器用于使2个惯性节点处于同步模式；所述压力鞋垫用于采集患者足部压力数据；所述无线蓝牙耳机用于当患者发生冻结步态时给予一段音频刺激，帮助患者恢复正常步态。所述方法包括实时冻结步态检测，音频反馈，信息记录。可以自动检测并评估患者冻结步态，以便于做出及时防护，帮助专业医师制定康复治疗计划。

上述的可穿戴冻结步态检测的装置实时可以对帕金森患者冻结步态进行检测，并在检测到患者发生冻结步态时给与一段音频刺激，帮助患者正常步态。但上述所公开的装置其检测冻结步态的敏感性和特异性不详，若敏感性不足则导致部分冻结步态在发生时不能被检测到，使患者无法及时接收音频提示，若特异性不足则导致在没有冻结步态发生时给予音频刺激，容易使对患者听力造成干扰，极大可能的会引起相反的效果，干扰患者正常行走，引起不必要的危险。

上述装置以冻结步态发生后改善症状为主，没有预防冻结步态发生的作用。在嘈杂的环境中，患者听不清或听不懂声音(尤其是老年患者，大部分伴有听力减退)，音频得不到很好的刺激，患者会受环境的干扰，导致摔跤。长期音频刺激对于患者的正常视、听、说能力来说会形成干扰，使患者无法聚焦于日常生活能力。帕金森患者可能会有焦虑、抑郁症状，长期命令式的告知(音频)可能会使患者焦虑、抑郁症状加重。音频刺激不能达到缓解肌肉僵硬的作用。穿戴装置较多，不够精简，患者容易丢失检测装置。患者可能有执行障碍，因为帕金森疾病会严重影像患者的运动执行能力，对于一些执行困难的患者，该方法可能完全无效。患者可操作性差，部分患者对音频刺激并不敏感，音频刺激一旦被激活此部分患者不仅不能获益，反而有可能加重症状。

技术实现要素：

鉴于上述问题，本发明实施例一种用于缓解冻结步态的辅助鞋，解决现有患者冻结步态的技术问题，通过外加振动刺激来给予患者运动感官补偿，达到重建完整运动控制环路的作用，进而主动引导患者的行走，抑制冻结步态的状态。

为解决上述技术问题，本发明提供一种用于缓解冻结步态的辅助鞋，包括鞋底以及固定在所述鞋底上的鞋帮，所述鞋底与鞋帮构成的穿置腔内设有鞋垫，所述鞋底与鞋垫之间设有冻结步态刺激装置，所述冻结步态刺激装置包括步态感知模块、控制模块和振动刺激模块，所述步态感知模块和振动刺激模块分别与控制模块连接，所述步态感知模块用于感知穿戴者行走过程中的步态信息并将步态信息传递给控制模块；所述控制模块用于采集穿戴者行走过程中的步态信息，并结合步态信息判断是否发出刺激控制信息；所述振动刺激模块用于接收控制模块发出的刺激控制信息形成刺激穿戴者足底运动感官的振动。

一实施例中，所述振动刺激模块包括多个振动马达，多个所述振动马达的振动波指向性与穿戴者的脚踝位置相对应，多个所述振动马达形成带有指向性的区域共振振动，所述振动马达均用于通过机械振动的方式补偿患者运动感官的刺激，所述振动马达的振动频率在1-15000hz范围内。

一实施例中，所述冻结步态刺激装置还包括无线通信模块，所述无线通信模块与所述控制模块连接，所述无线通信模块用于构建控制模块与移动终端之间的通讯链路，穿戴者通过所述移动终端对冻结步态刺激装置进行控制和/或升级。

一实施例中，所述无线通信模块为蓝牙模块、zig-bee模块、无线宽带模块、超宽带模块或近场通信模块，所述移动终端为智能手机、平板电脑或电子计算机。

一实施例中，所述所述冻结步态刺激装置还包括遥控接收模块，所述遥控接收模块与所述控制模块连接，所述遥控接收模块用于构建控制模块与遥控发射模块之间的通讯链路，穿戴者通过所述遥控发射模块对冻结步态刺激装置发送遥控指令。

一实施例中，所述遥控接收模块为红外接收器，所述遥控发射模块为红外遥控器，所红外述遥控器的操作面板上包括控制控制模块的启动功能键、停止功能键、刺激增强功能键和刺激减弱功能键。

一实施例中，所述步态感知模块为压力传感器，所述压力传感器设置为两个，其中一个压力传感器设置于鞋底前半部位置处且与穿戴者的前脚掌位置相对应，另一个压力传感器设置于鞋底后半部位置处且与穿戴者的后脚跟位置相对应。

一实施例中，所述冻结步态刺激装置还包括储能模块，所述储能模块分别与控制模块、步态感知模块和振动刺激模块连接，储能模块为控制模块、步态感知模块和振动刺激模块提供能量来源。

一实施例中，所述储能模块包括锂电池和充电接口，所述充电接口采用minusb接口。

从上述描述可知，本发明实施列提供一种用于缓解冻结步态的辅助鞋，其具有以下优点：通过外加振动刺激来给予患者运动感官补偿，达到重建完整运动控制环路的作用，进而主动引导患者的行走，改善冻结步态的状态和持续。通过检测患者的行走步态，激活外部特定频率的振动刺激来实现重建患者正常的行走节奏感，同时相对持续性的刺激可以起到预防冻结步态发生的作用，可以让患者重拾正常行走功能，通过特定部位的本体感觉刺激实现运动传入与发起的功能。长期特定频率刺激的外加振动刺激可以达到缓解患者肌肉紧张以及按摩肌肉的作用，同时抑制患者肌肉萎缩。本发明还具有设计简单，穿戴和使用方便，不受外界环境干扰，不会引起患者不适，不影响患者日常生活及活动的优点。

附图说明

图1所示为本发明实施例的结构示意图；

图2所示为本发明实施例中冻结步态刺激装置的结构示意图；

图3所示为本发明实施例中振动马达的分布示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明白，以下结合附图及具体实施方式对本发明作进一步说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1和图2所示，基于现有技术的缺点，本发明实施例提供了一种用于缓解冻结步态的辅助鞋的具体实施方式，该实施例具体包括鞋底100以及固定在鞋底100上的鞋帮200，鞋底100与鞋帮200构成的穿置腔内设有鞋垫300，鞋底100与鞋垫300之间设有冻结步态刺激装置10。冻结步态刺激装置10具体包括步态感知模块12、控制模块11和振动刺激模块13。步态感知模块12和振动刺激模块13分别与控制模块11连接，步态感知模块12用于感知穿戴者行走过程中的步态信息并将步态信息传递给控制模块11；控制模块11用于采集穿戴者行走过程中的步态信息，并结合步态信息判断是否发出刺激控制信息；振动刺激模块13用于接收控制模块11发出的刺激控制信息形成刺激穿戴者足底运动感官的振动。

本领域技术人员可以理解控制模块11可以采用dsp(digitalsignalprocessing)数字信号处理器、fpga(field-programmablegatearray)现场可编程门阵列、mcu(microcontrollerunit)系统板、soc(systemonachip)系统板或包括i/o的plc(programmablelogiccontroller)最小系统，在具体使用时可以还采用基于cotex-m3内核的处理器，利用内置逻辑可以实现刺激控制信息的传输，接收来自步态感知模块12的步态信息。

在实际应用过程中，本辅助鞋优先适用于患有冻结步态的帕金森及相关疾病导致出现冻结步态的患者，将该辅助鞋穿在患者的双脚上。众所周知，人体在行走过程中有两个步态信息，一是踩下的步态信息，另一个是抬起的步态信息。穿有辅助鞋的患者在行进过程中可以通过步态感知模块12检测这两个步态信息，具体地，当步态感知模块12检测到踩下的步态信息时，控制模块11会持续发出刺激控制信息(刺激控制信息即控制振动刺激模块13动作的指令信息)，这时振动刺激模块13收到刺激控制信息后会发出相对持续的振动，通过持续的振动刺激来给予患者运动感官补偿，达到重建完整运动控制环路的作用，进而主动引导患者的行走，达到缓解冻结步态的作用；当步态感知模块12检测到抬起的步态信息时，控制模块11会中止发出刺激控制信息，这时振动刺激模块13的振动停止。这样通过步态感知模块12检测患者行走的步态信息，在患者每次发起踩下动作时激活振动刺激，每次发起抬起动作时中止振动刺激，实现重建患者正常的行走节奏感，让患者重拾正常行走功能，相对持续性的刺激还可以启动预防冻结步态发生。长期特定频率刺激的外加振动刺激可以达到缓解患者肌肉紧张以及按摩肌肉的作用，同时抑制病患者肌肉萎缩。在穿戴方面可以通过改变鞋底100和鞋帮200的设计使得穿戴更加舒适。以单一振动刺激的方式直接与患者远动感官直接接触，不会受到外界嘈杂环境的干扰，不会引起患者不适，不影响患者日常生活及活动。

为了精准的检测患者的步态信息，本实施例中将步态感知模块12具体地设置为压力传感器121，并将压力传感器121设置为两个。其中一个压力传感器121设置于鞋底100前半部位置处且与穿戴者的前脚掌位置相对应，另一个压力传感器121设置于鞋底100后半部位置处且与穿戴者的后脚跟位置相对应。在行进过程由后脚跟先着地然后前脚掌蹬地完成运动过程。控制模块11将位于后脚跟位置的压力传感器121动作然后位于前脚掌位置的压力传感器121动作识别为“踩下步态信息”，将两个压力传感器121同时无动作时识别为“抬起步态信息”，进而精准的激活振动刺激。同时在“踩下步态信息”产生过程中，在两个压力传感器121的作用下降其整体贯穿与从后脚跟向前脚掌过渡的整体时间均纳入到“踩下步态信息”中，这样就避免了不会出现步态识别未完成而振动刺激定停止的问题出现。

为了形成立体的带有指向性的振动刺激，如图3所示，在本实施例中振动刺激模块13具体包括多个振动马达，并且将多个振动马达的振动波指向性与穿戴者的脚踝位置相对应，通过调整每个振动马达的振动频率，多个振动马达形成带有指向性的区域共振振动。具体地，多个振动马达的振动波指向性可以与穿戴者的内脚踝位置相对应，也可以与穿戴者的外脚踝位置相对应，当然也可以直接指向穿戴者脚部的本体感觉感受器位置，在实际应用时，可以具体地将振动马达设置为四个，四个振动马达包括第一振动马达131、第二振动马达132、第三振动马达133和第四振动马达134，第一振动马达131设置在与脚心相对应的位置处，第二振动马达132设置在与跟骨相对应的位置处，第三振动马达133设置在距骨相对应的位置处，第四振动马达134设置在胫骨的下端相对应的位置处，并且第一振动马达131、第二振动马达132、第三振动马达133和第四振动马达134的振动波同时指向胫骨的下端，通过以上设置各个振动马达产生的振动主要作用在脚踝处的软骨接触区域，即胫骨、跟骨和距骨结合区域的肌腱、韧带和软骨上，上述位置为本体感觉感受器主要的附着器官。使得处在不同位置处的振动马达131对患者同一位置产生相同的振动效果，振动马达131均用于通过机械振动的方式补偿患者运动感官的刺激重建完整的运动控制环路。并且每个振动马达131的振动频率控制在1-15000hz范围内。

上述实施例中的冻结步态刺激装置10还包括无线通信模块14，无线通信模块14与控制模块11连接，无线通信模块为蓝牙模块、zig-bee模块、无线宽带模块、超宽带模块或近场通信模块等，无线通信模块14用于构建控制模块11与移动终端15之间的通讯链路，移动终端为智能手机、平板电脑或电子计算机等。具体地，控制模块11内置存储模块，存储模块用于存储步态感知模块12采集的步态信息，并在移动终端15的请求下将该数据发送给移动终端15，移动终端15通过后台程序对冻结步态刺激装置10进行控制和/或升级。从而使得患者在刺激不够显著的情况下通过移动终端调节振动刺激的频率。

上述实施例中的冻结步态刺激装置11还包括遥控接收模块16，遥控接收模块16与控制模块11连接，遥控接收模块16用于构建控制模块11与遥控发射模块17之间的通讯链路，穿戴者通过遥控发射模块17对冻结步态刺激装置10发送遥控指令。遥控接收模块16为红外接收器，遥控发射模块17为红外遥控器，红外述遥控器的操作面板上包括控制控制模块11的启动功能键、停止功能键、刺激增强功能键和刺激减弱功能键。从而使得患者在刺激不够显著的情况下还可通过遥控器调节振动刺激的频率。

上述实施例中的冻结步态刺激装置10还包括储能模块18，储能模块18分别与控制模块11、步态感知模块12和振动刺激模块13连接，储能模块18为控制模块11、步态感知模块12和振动刺激模块13提供能量来源。储能模块18包括锂电池181和充电接口19，充电接口19采用minusb接口。使用时长大约为8个小时，充电时间为2个小时，满足出行需求。

需要说明的是，上述的针对冻结步态的产生包括但不限于帕金森病相关冻结步态、帕金森叠加综合征相关冻结步态、正常颅压脑积水、脑血管疾病所致冻结步态、原发性老年人冻结步态等，这些冻结步态症状均可以通过辅助鞋进行缓解。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。