脑卒中下肢运动障碍智能康复仪的制作方法

1.本实用新型涉及机械设备技术领域，具体涉及一种脑卒中下肢运动障碍智能康复仪。


背景技术：

2.足下垂是中风患者可能出现的后遗症之一，因大脑中枢神经元的受损会导致躯体肌肉调控能力下降，进而表现出足部肌肉无力而难以抬起足尖部分，从而使患者的踝关节在行走时背屈失败。功能性电刺激为治疗足下垂提供了一种行之有效的方法，且该方法能够增强患者的康复意识、促进神经系统的康复。在治疗足下垂的方案中，功能性电刺激脉冲系统的治疗效果和治疗时效在一定程度上都优于传统的治疗方案，但其输出脉冲强度的可控性以及脉冲发生的时序性却有待提高。其输出脉冲精准度、可控度，以及是否贴合患者本身已成为当今功能性电刺激亟待解决的问题。为解决以上问题，本文提出了一种智能化的方案。脑卒中下肢运动障碍智能康复仪是基于肌电信号智能化开关与智能控制调节的助行系统，可输出精准、可控的符合人体生理参数的电脉冲，在达到治疗的同时可以提升患者体验降低不适感，通过主动与被动康复相结合，在完成目标动作的同时使患肢肌肉得到锻炼达到预防肌肉萎缩增加肌肉力功能，而且可以激发患者进行康复治疗的主动性，实现从神经到肌肉的整个运动环路的康复，促使中风后下肢功能障碍的再生修复，改善卒中后下肢运动以及步行功能，脑卒中下肢运动障碍智能康复仪为下肢功能障碍提供了一种整体性智能化康复方案，是一种基于智能化电刺激的被动康复与患者主动康复训练相结合的新的整体性智能化康复模式。


技术实现要素：

3.为此，本实用新型提供一种脑卒中下肢运动障碍智能康复仪，以解决传统功能性电刺激系统在时序性和准确性上的不足以及有线式级联方式导致穿戴行走不便的问题。
4.为了实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种脑卒中下肢运动障碍智能康复仪，所述装置包括无线连接的肌电检测模块和智能化电刺激输出模块；
5.所述肌电检测模块包括第一上壳体、第一下壳体、开关电路板、第一镍电极以及肌电电极片，所述第一上壳体与第一下壳体连接，所述开关电路板设置在所述第一上壳体和第一下壳体之间，所述第一镍电极一端连接开关电路板，另一端穿过壳体通过按扣式设计连接外部的肌电电极片，所述肌电电极片吸附贴敷于目标肌肉皮肤表面；
6.所述智能化电刺激输出模块包括第二上壳体、第二下壳体、功能性电刺激电路板、第二镍电极以及电疗电极片，所述第二上壳体与第二下壳体连接，所述功能性电刺激电路板设置在所述第二上壳体和第二下壳体之间，所述第二镍电极一端连接功能性电刺激电路板，另一端穿过壳体通过按扣式设计连接外部的电疗电极片，所述电疗电极片吸附贴敷于待刺激肌肉皮肤表面；
7.所述开关电路板与所述功能性电刺激电路板无线连接，所述开关电路板用于将采
集到的目标肌肉皮肤表面的肌电信号无线传输至功能性电刺激电路板，所述功能性电刺激电路板用于根据采集到的肌电信号电压值控制启动输出电脉冲刺激信号，并对输出脉冲强度进行实时调节。
8.进一步地，所述开关电路板包括依次连接的表面肌电信号采集电路、第一微处理器和数据传输电路，所述表面肌电信号采集电路用于采集目标肌肉皮肤表面的肌电信号，所述第一微处理器用于将表面肌电信号由模拟信号转换为数字信号并通过数据传输电路无线传输至智能化电刺激输出模块。
9.进一步地，所述功能性电刺激电路板包括依次连接的数据接收电路、第二微处理器以及电刺激发生电路，所述数据接收电路与所述数据传输电路无线连接，所述第二微处理器用于根据采集到的肌电信号电压值控制电刺激发生电路的启闭，并对电刺激发生电路的输出脉冲强度进行实时调节，所述电刺激发生电路用于输出双相电脉冲刺激信号。
10.进一步地，所述第二微处理器还用于当采集到的肌电信号电压值超过预设阈值时控制电刺激发生电路启动输出电脉冲刺激信号。
11.进一步地，所述智能化电刺激输出模块还包括与所述第二微处理器连接的上位机交互电路，所述上位机交互电路用于与上位机进行数据传输。
12.本实用新型具有如下优点：
13.本实用新型提出的一种脑卒中下肢运动障碍智能康复仪，所述康复仪包括无线连接的肌电检测模块和智能化电刺激输出模块，采用的表面肌电信号控制下的电刺激系统使得输出脉冲在时序上更加准确，在强度上更加贴合实际应用，可以有效的避免电刺激的盲目性，使得输出的电脉冲更加安全，减少不适感，并且有效减少肌肉的疲劳。在表面肌电信号的控制下，功能性电刺激系统的开启不再机械，输出幅度经正常肌肉活性的协调下变得更加丰富、更加贴合，步态更加自然。各模块之间通过无线通信的方式连接，减少了各种级联导线带来的干扰。
附图说明
14.为了更清楚地说明本实用新型的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
15.本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。
16.图1为本实用新型实施例1提供的一种脑卒中下肢运动障碍智能康复仪的结构示意图；
17.图2为本实用新型实施例1提供的一种脑卒中下肢运动障碍智能康复仪中肌电检测模块的结构示意图；
18.图3为本实用新型实施例1提供的一种脑卒中下肢运动障碍智能康复仪中智能化
电刺激输出模块的结构示意图；
19.图4为本实用新型实施例1提供的一种脑卒中下肢运动障碍智能康复仪中表面肌电信号采集电路图；
20.图5为本实用新型实施例1提供的一种脑卒中下肢运动障碍智能康复仪中第一微处理器电路图；
21.图6为本实用新型实施例1提供的一种脑卒中下肢运动障碍智能康复仪中数据传输电路和数据接收电路图；
22.图7为本实用新型实施例1提供的一种脑卒中下肢运动障碍智能康复仪中上位机交互电路图；
23.图8为本实用新型实施例1提供的一种脑卒中下肢运动障碍智能康复仪中电刺激发生电路图。
24.图中：肌电检测模块100、智能化电刺激输出模块200、上位机300、表面肌电信号采集电路110、第一微处理器120、数据传输电路130、数据接收电路210、第二微处理器220、电刺激发生电路230、上位机交互电路240、第一上壳体140、第二下壳体150、开关电路板160、镀氯化银的第一镍电极170、肌电电极片180、第二上壳体250、功能性电刺激电路板270、第二下壳体260、第三镍电极280、电疗电极片290。
具体实施方式
25.以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
26.实施例1
27.如图1所示，本实施例提出了一种脑卒中下肢运动障碍智能康复仪，该装置包括基于表面肌肉电信号的肌电检测模块100、智能化电刺激输出模块200 这二个部分。各模块之间通过无线连接，且均采用一次性贴附式电极贴来进行信号的提取和电刺激的施加。
28.肌电检测模块100由表面肌电信号采集电路110、第一微处理器120、数据传输电路130组成，此外还有基本的3.7v锂电池和电源管理电路。该模块的主要功能为采集特定肌肉皮肤表面的肌电信号，并将所采集的肌电电压值在模数转换后传递给智能化电刺激输出模块200。该肌电检测模块100一般贴附在患腿大腿的股直肌处，在行走时，股直肌处皮肤表面的肌电信号会被实时的监测，并根据此处监测的电压进行阈值判断。
29.智能化电刺激输出模块200包括数据接收电路210、第二微处理器220、电刺激发生电路230、上位机交互电路240和供电系统。该模块接收来自肌电检测模块100所传递的表面肌电信号，并对所接收的电压数据进行计算。当肌电检测模块100所发送的肌电电压高于阈值时，就会开启功能性电刺激。电刺激所发出的脉冲强度会在微处理器中实时调节，使患者在抬腿迈步到患腿落地这半个步态周期内的刺激强度随步态的变化而变化。这些阈值参数、强度调节参数和电刺激强度值可以通过上位机交互电路240传递到上位机300如电脑或手机上，方便该系统脉冲输出的监测和患者自身健康参数的记录。
30.电刺激的开启时序和刺激强度由肌电检测模块100和微处理器所控制。在一个步态周期中，当患腿迈动时，股直肌的表面肌电电压会高于阈值，从而会触发智能化电刺激输出模块200开启电刺激，电刺激的强度会根据脉冲强度调节程序数组中的数据进行不断调整。由于肌电检测模块100和智能化电刺激输出模块200的协调控制，使得功能性电刺激的输出较传统的电刺激仪更加安全，更加贴合于患者的自身情况。该系统所述的功能性电刺激较传统的治疗方案时效性更快，且在表面肌电信号的控制和调整下比之前电刺激仪更加适合于患者自身，可以有效的避免肌肉疲劳和输出功率过高所带来的损伤。
31.具体的，肌电检测模块100、智能化电刺激输出模块200这二个部分，其中智能化电刺激输出模块200为整个系统的主体，它不仅能实现脉冲的发生，而且还能与其他连接模块以及上位机进行数据交互。肌电检测模块100用于控制功能性电刺激的开启，同时传达肌肉在运动中所产生的肌力大小。
32.在肌电检测模块100中，表面肌电信号采集电路110实时地采集目标肌肉皮肤表面的肌电信号(此处一般为大腿的股直肌)，该目标肌肉的运动与患腿步态相吻合。代表肌肉肌力的电压信号输入到微处理器的adc电压采集端，此处的微处理器型号为stm32f103c8t6。微处理器将表面肌电信号由模拟信号转换为数字信号，并通过数据传输电路1301进行无线传输，此处的数据传输电路1301由esp8266-12s及其外围电路所组成。
33.智能化电刺激输出模块200中，作为wifi模块服务端的数据接收电路210 会接收来自肌电检测模块100中的wifi客户端所发送的数据，所接收的数据会被存储到由stm32f103c8t6及其外围电路所组成的微处理器的存储器缓冲区中。微处理器会根据所传输的数据来控制功能性电刺激系统的工作，当肌电检测模块100所传递的表面肌电电压高于2.5v时，电刺激发生电路230将会被开启，其输出强度会被微处理器实时调节。同时，由hc-05及其外围电路组成的上位机交互电路240会将表面肌电电压、脉冲强度参数、电刺激输出等参数传递到电脑或手机上，通过相关应用即可实时查询该系统的输出参数。
34.具体处理过程：股直肌的表面肌电信号输入到对应的处理器后，模拟电压转换为数字信号，并经无线模块的客户端传输到智能化电刺激输出模块200 的无线模块服务端。无线模块服务端接收到肌电信号后，会传输到电刺激处理器进行处理和计算。在一个步态周期中，当表面肌电信号大于2.5v时，也就是患腿抬起时，就会开启功能性电刺激。开启的电刺激会被微处理器中的电压有效值映射所调节，调节后的脉冲电压会作用到特定的肌肉上。同时，电刺激处理器将所接收到的数据以及输出参数传输到上位机上，从而进行本系统的实时交互。
35.本实施例中，如图2所示，肌电检测模块100包括第一上壳体140、开关电路板160、第二下壳体150、镀氯化银的第一镍电极170、肌电电极片180。第一上壳体140和第一下壳体150起到固定电路和连接所有器件的作用，同时预留usb充电口、开启按键口等。开关电路板160上包含肌电检测模块100 上的所有电子器件，该电路板起到检测表面肌电信号、电压采集及处理、数据传输的作用。镀氯化银的第一镍电极170一端通过按扣式的设计与肌电电极片 180相连接，另一端与开关电路板160相连，起到传递表面肌电信号的作用。该电极扣以其良好的导电率，可以无损质的传输来自皮肤表面的肌电信号，并以其简洁的设计来使得安装和穿戴更加方便。贴在皮肤上的肌电电极片180 起到采集和传输表面肌电信号、固定整体器件的作用，在本实施例中，该肌电电极片180通常贴敷于股直肌处。该模块集肌电采
集、分析处理、无线发送为一身。在设计上，模块尽可能的做到集成化，采用镀氯化银的镍电极扣来连接电极片，使得整体器件体积减小，无冗长的导线，且更易与人体贴附。
36.如图3所示，智能化电刺激输出模块200由第二上壳体250、功能性电刺激电路板270、第二下壳体260、第三镍电极280、电疗电极片290所组成。上下壳体同样起着连接所有器件的作用，同时预留外接接口。fr-4材质的功能性电刺激电路板270在微处理器的控制下能输出功能性电刺激所需要的脉冲波，同时能接收来自开关电路板160上所发送的数据。连接功能性电刺激电路板270的输出电极同样为镀氯化银的镍电极，对电路所发生的的数据起到很好的传输作用。由水凝胶构成的电疗电极片290贴附在电刺激部位，通常为胫骨前肌处。由于良好的导电性和粘覆性，该电极片可以准确的输出双相电脉冲作用于带刺激肌肉。该模块同样使用镀氯化银的镍电极扣来连接电刺激电极片，代替之前电刺激仪使用绑带所带来的不适和穿戴不便。
37.图4是表面肌电信号采集电路110的电路图。图中的ad8236为低功耗仪表放大器，其具有输入阻抗高、输入偏置电流低(1pa)、共模抑制比高(cmrr， g＝100)、小体积、低功耗等特点。在表面肌电信号采集电路110中，该芯片的1脚接负差分输入端、4脚接正差分输入端，正负输入端分别通过电极扣连接目标肌肉。引脚2、3为增益控制端，本实施例通过电阻r25来调节芯片 ad8236对差分信号的放大。6脚为基准电压输入引脚，通过低阻抗的电压源来驱动该引脚，从而对输出电平进行转换。引脚5、8分别接3.3v电源和地。7脚为输出引脚，所输出的信号会经过后续的运放、滤波、功率积分等一系列操作，变成能被微处理器采集到的电压，从而输入到相应的采集端口。
38.图5是本实施例第一微处理器和第二微处理器的电路图。微处理器采用 cortex-m3内核的32位stm32f103c8t6芯片，该芯片具有64k的flash、12 路adc采集通道以及4个16位的定时器。在本实施例中，表面肌电电路输出的原始信号接微处理器的pa1脚，处理过的肌电信号接pa0脚，这两脚的adc 分别对所接入的电压进行采集并处理，并将处理后的数据经微处理器的pa9、 pa10脚传递给数据传输电路130。
39.图6是本实施例数据传输电路130和数据接收电路210。数据传输电路130 和数据接收电路210均由esp32-12s芯片所构成，其中数据传输电路130中的芯片起着客户端的作用，数据接收端的芯片起着服务端的作用。两电路芯片的 8脚、17脚均分别接3.3v电源和地，15脚、16脚分别接微处理器的pa10和 pa9。
40.图7为上位机交互电路240。该电路采用hc-05芯片，通过蓝牙透传的方式，将微处理器的数据传输给上位机。该芯片的12脚接3.3v电源，并接滤波电容，13脚接地。引脚31接状态指示灯，引脚34的输入电压表示该芯片的工作状态，本实施例的34引脚接低电平。
41.图8为本实施例的电刺激发生电路230。该电路中的r4、c3、q3、l1、 d1、c2一起构成升压的功能，在微处理器pb6口脉冲波的驱动下，可以产生 50v以上的高压，进而为三极管q1、q2、q4、q6提供集电极电压。三极管 q1、q2、q4、q6及其对应的电阻将微处理器pb5、pb3的单向脉冲信号转换为双向的脉冲波。
42.虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本实用新型作了详尽的描述，但在本实用新型基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本实用新型精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本实用新型要求保护的范围。