基于行走模式的功能性低频电刺激同步助行仪及控制方法
【专利摘要】一种多通道FES同步助行治疗仪包括主机、触发器、电极，主机中设置刺激器连接到电极、设置同步控制器连接到触发器，组成跟踪患肢步态动作的电刺激闭环控制回路。在主机中，同步控制器设置的多个时序运行控制模块嵌套连接，经线束插接到触发器的两路足控触发元件，交替切换行走时序的运行、同步控制刺激器输出的刺激脉冲序列。刺激器设置低频脉冲电路模块和刺激脉冲功率驱动电路模块，由线束插接到A、B、C、D四组电极、刺激患肢动作。主控器包括操作界面、存储器、单片机及其控制程序。同步助行治疗仪既能刺激患肢离地练习步态动作、也能辅助患者着地行，不但能单基应用、刺激单侧患肢，还能双机联动、刺激双侧患肢相互交替的配合动作。
【专利说明】基于行走模式的功能性低频电刺激同步助行仪及控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于康复医疗设备领域，具体涉及一种基于行走模式的功能性低频电刺激 同步助行治疗仪及其控制方法。
【背景技术】
[0002] 功能性低频电刺激（FES)辅助行走装置包括刺激器、电极、触发器，当刺激器输出 低频脉冲，经电极刺激患肢、诱发行走动作时，由触发器控制刺激电流与患肢动作保持同 步。典型的植入式FES步行系统设置有24?32路电刺激通道还对应的植入电极，能准确 刺激患肢实现精细的步态动作、辅助瘫痪病人站立和行走，但是植入系统的结构和使用操 作复杂，目前尚未实用化。常用的便携式单（双）通道FES足下垂助行仪，利用足底开关控 制刺激电流的通断，在患肢摆动相诱发踝背屈、校正足下垂步态。单通道助行仪简单实用， 但是只能间断刺激个别肌群、诱发单一的动作。基于行走模式的小型多通道FES助行装置， 设置数路电刺激通道，可以模拟行走时序刺激单侧患肢的多组肌群，既能诱发患肢离地练 习步态动作，也能辅助患者着地走动，兼顾了助行功能和临床实用性。多通道FES助行装置 辅助着地行走的电刺激过程，既要符合行走时序又需要与患者的步态保持同步，问题在于 不同患者的步态与正常行走步态有很大的差异，采用肌电或脑电反馈等复杂的同步控制模 式，不符合小型FES助行装置的实用性要求，而普通足底开关的触发方式，又只能简单检测 患肢的步频变化、调节单通道电刺激的间断时间和重复周期，无法满足连续跟踪患肢动作 过程、同步调控多路电刺激的控制要求，制约了小型多通道FES助行装置辅助行走的实用 性能和临床应用。
【发明内容】
[0003] 针对小型多通道FES助行装置的不足，本发明提供一种基于行走模式的多通道 FES同步助行治疗仪，不但能刺激患肢离地模拟行走动作，还能跟踪患者着地行走的动作过 程、同步控制电刺激的进程，适应不同患者的步态特征。
[0004] 本发明解决其技术问题的方案是：同步助行治疗仪由主机、触发器、电极组成。在 主机设置同步控制器连接到触发器、设置刺激器连接到电极，构成能够跟踪患者行走过程、 检测患肢离地和着地的转接动作，同步调节电刺激进程的闭环控制回路。在主机的刺激器 中设置四路电刺激通道连接到四组电极，分别刺激患肢大腿和小腿的前、后肌群，诱发患肢 伸膝、屈膝、踝背屈等行走动作，电刺激脉冲的频率、脉宽、波形和刺激电流可以调节、设定。 所述主机中的同步控制器，由运行时相切换、调制时序发生、周期循环控制等时序运行控制 模块组成，各模块相互嵌套连接，将低频脉冲的调制时序按照运行时相分割为四个控制时 段，与患肢的步态转接动作同步切换、逐段运行。同步控制器与触发器之间采取可拆连接， 当两者拆离时，同步控制器以程控方式自动切换、连续运行和循环，适用患肢离地练习动 作。当同步控制器连接触发器时，同步控制器由触发元件键控切换、逐段同步运行，适用患 者着地行走。所述触发器包含左右两路触发元件，两路触发元件分别设置在患者的两侧下 肢，跟踪患肢的行走过程、检测左右交替的离地和着地转接动作；触发器的两路触发元件还 可以左右交错的同时连接到两个主机、控制双机联动切换，刺激病人两侧下肢相互配合、交 替动作。在同步助行治疗仪的主机设置主控器和主控程序，编辑、存取电刺激的频率、脉宽、 波形和治疗时间等FES处方参数，预设电刺激运行控制参数，启动、运行治疗程序，干预治 疗过程。
[0005] 本发明提供一种同步助行治疗仪的控制方法包括：
[0006] A.在同步助行治疗仪中设置调制低频脉冲群序列及其分段切换、逐段运行的控 制程序和运行参数；
[0007] B.根据低频脉冲群序列的切换、运行参数，选择程控自动运行或键控同步运行，包 括以下步骤：
[0008] 选择程控自动运行，同步助行治疗仪拆离触发器、在患肢刺激部位置放电极，设定 行走时序和电刺激参数，启动模拟行走训练程序、按设定时序和参数自动连续运行，循环输 出模拟行走时序的刺激脉冲序列群、刺激患肢行走动作。
[0009] 选择键控同步运行，同步助行治疗仪连接到触发器、在患者下肢置放电极和触发 元件，设定行走时序预控参数和电刺激参数，启动同步助行程序，触发元件检测两侧患肢行 走的转接动作、以键控优先方式同步切换行走时序的运行时相：当患者行动迟缓或站立不 动、转接动作滞后于设定的预控时间时，延续该时相的电刺激、等待转接动作；当患肢动作 超前、转接动作早于设定的时间，则执行键控切换、提前运行下一时相；主控器"记忆"前一 步动作过程、自动修正下一步预控参数。
[0010] 所述的控制方法还包括以下双机联动步骤：两部主机的共用触发器置于患者左右 下肢，共用触发器的两路触发元件与两部主机交叉连接，联动控制两侧下肢的电刺激：当某 一侧患肢离地、触发元件翻转时，同侧主机切换到摆腿相刺激该下肢摆动、对侧主机切换到 支撑相刺激其下肢单腿支撑动作，双腿配合迈步；当摆动侧的患肢着地、触发元件返转时， 摆动侧主机切换到前伸站立相、对侧主机切换到后伸站立相，分别刺激两腿配合站立。站立 动作结束时，交替为对侧的患肢离地、触发元件翻转，两侧的主机互换联动步骤。
[0011] 本发明的有益效果是，同步助行治疗仪的结构及同步控制方法简单实用、运行可 靠，既能与患者动作缓慢、双腿站立时间长、左右腿动作不对称的步态保持同步，也能与患 者站立不动的状态保持同步，保证辅助行走过程的安全。
【专利附图】
【附图说明】
[0012] 下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
[0013] 图1是本发明一种实施例的系统框图。
[0014] 图2是本发明双机联动的触发器连接图
[0015] 图3是图1实施例电刺激脉冲序列同步切换、运行不意图。
[0016] 图4是图3电刺激脉冲序列同步切换、运行的控制程序流程图。
[0017] 图中，01.左侧主机，02.共用触发器，03.右侧主机，04.便携式主机，05.健肢触发 元件,06.患肢触发元件。
【具体实施方式】
[0018] 图1中，主机在同步控制器设置的多个时序运行控制模块嵌套连接，经线束插接 到触发器的两路足控触发元件，交替切换行走时序的运行、同步控制刺激器输出的刺激脉 冲序列。刺激器设置低频脉冲电路模块和刺激脉冲功率驱动电路模块，由线束插接到A、B、 C、D四组电极、刺激患肢动作。主控器包括操作界面、存储器、单片机及其控制程序。
[0019] 图2中，共用触发器02交叉连接左主机01和右主机03。当左腿离地、左触发元件 翻转时，左主机01刺激左腿摆腿动作、右主机03刺激右腿支撑动作，双腿配合迈步；当左腿 着地、触发元件返转时，左主机01刺激左腿前伸站立、右主机03刺激右腿后伸站立。站立 动作过后交替为右腿离地时，两侧主机互换联动刺激动作。
[0020] 图3中上半部，便携式主机04与患肢触发元件06、健肢触发元件05之间采用线束 (未画出）连接。a (a'）、b、c、d是患者两侧下肢交替着地、离地的转接动作,转接动作之间 分别是时序周期（T)的四个步态时相。图中下半，A、B、C、D代表模拟行走时序的四路电刺 激脉冲群序列，粗线段为电刺激时段、细线段为停止刺激时段：当患肢着地（结束摆动）的 动作a翻转患侧的触发元件06时，电刺激切换到前伸站立相、诱发患肢前伸站立动作；当双 腿站立过程结束、健肢离地的动作b翻转健侧的触发元件05时，电刺激切换到单腿支撑相、 诱发患肢单腿支撑动作；当健肢摆动结束的着地动作C再次返转健侧的触发元件05时，电 刺激切换到后伸站立相、诱发患肢后伸站立动作；当双腿站立过程结束、患肢离地的动作d 翻转患侧的触发元件06时，电刺激切换到摆动相、诱发患肢向前摆动。患肢摆动结束的着 地动作a'完成电刺激的运行周期、启动下一步动作过程。
[0021] 图4是图2实施例同步触发控制的流程图。在任何一侧下肢的离地动作之前，控 制程序不启动、不运行单腿支撑或摆腿的电刺激，在刺激单腿支撑、摆动的时段，也不干预、 不中断动作过程，避免患肢动作紊乱、保证行走安全。
【权利要求】
1. 一种多通道同步助行治疗仪包括主机、触发器、电极，其特征是：在主机设置刺激器 连接到电极、设置同步控制器连接到触发器，构成能够跟踪患肢步态过程、同步调节电刺激 进程的闭环控制回路。
2. 根据权利要求1所述多通道同步助行治疗仪，其特征是：所述触发器中包含两路触 发元件、分别设置在患者的两侧下肢，检测左右足交替离地和着地的动作、跟踪患肢行走过 程中的时序循环和时相动作的转接。
3. 根据权利要求1所述多通道同步助行治疗仪，其特征是：所述主机中的同步控制器， 由多个时序运行控制模块嵌套连接组成，将低频脉冲的调制时序分割为四个控制时段，与 患肢的转接动作同步切换、逐段运行。
4. 根据权利要求2和权利要求3所述多通道同步助行治疗仪的触发器、同步控制器，其 特征是：所述的触发器与同步控制器之间采取可拆离的连接，当触发器连接到同步控制器 时，同步控制器由触发元件键控切换、逐段同步运行；当触发器拆离后，同步控制器以程控 方式自动切换、连续运行和循环。
5. 根据权利要求1和权利要求2所述多通道同步助行治疗仪的主机和触发器，其特征 是：所述触发器的两路触发元件可以左右交错的同时连接到两个主机、控制双机联动切换， 刺激病人两侧下肢相互配合、交替动作。
6. -种多通道同步助行治疗仪的控制方法，其特征在于， A. 在同步助行治疗仪中设置调制低频脉冲群序列及其分段切换、逐段运行的控制程序 和运行参数； B. 根据低频脉冲群序列的切换、运行参数，选择程控自动运行或键控同步运行，包括以 下步骤： 选择程控自动运行，同步助行治疗仪拆离触发器、在患肢刺激部位置放电极，设定行走 时序和电刺激参数，启动模拟行走训练程序、按设定时序和参数自动连续运行，循环输出模 拟行走时序的刺激脉冲序列群、刺激患肢行走动作。 选择键控同步运行，同步助行治疗仪连接到触发器、在患者下肢置放电极和触发元件， 设定行走时序预控参数和电刺激参数，启动同步助行程序，触发元件检测两侧患肢行走的 转接动作、以键控优先方式同步切换行走时序的运行时相：当患者行动迟缓或站立不动、转 接动作滞后于设定的预控时间时，延续该时相的电刺激、等待转接动作；当患肢动作超前、 转接动作早于设定的时间，则执行键控切换、提前运行下一时相；主控器"记忆"前一步动作 过程、自动修正下一步预控参数。
7. 根据权利要求6所述控制方法，其特征在于，还包括以下双机联动步骤：两部主机的 共用触发器置于患者左右下肢，共用触发器的两路触发元件与两部主机交叉连接，联动控 制两侧下肢的电刺激：当某一侧患肢离地、触发元件翻转时，同侧主机切换到摆腿相刺激该 下肢摆动、对侧主机切换到支撑相刺激其下肢单腿支撑动作，双腿配合迈步；当摆动侧的患 肢着地、触发元件返转时，摆动侧主机切换到前伸站立相、对侧主机切换到后伸站立相，分 别刺激两腿配合站立。站立动作结束时，交替为对侧的患肢离地、触发元件翻转，两侧的主 机互换联动步骤。
【文档编号】A61H3/00GK104056353SQ201310113309
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2013年3月21日 优先权日:2013年3月21日
【发明者】燕铁斌 申请人:燕铁斌