一种基于视本体反馈的步态训练设备的制作方法

本发明属于康复训练器材领域，具体涉及一种基于视本体反馈的步态训练设备。

背景技术：

步行功能障碍是影响脑卒中偏瘫患者的最主要问题，会导致日常生活活动困难及跌倒风险，重获步行能力是脑卒中患者最关心的问题，而步态再训练往往是康复的主要内容。虽然有52％-85％的患者会重获步行能力，但是他们仍然会存在异于常人的偏瘫步态，典型的表现是双下肢时空参数及运动学参数的不对称，并伴有下肢伸肌协同模式如伸髋内收、伸膝和踝跖屈内翻。目前市场上针对下肢及步行的训练产品是训练型下肢机器人，主要的应用原理是基于脑功能重塑和神经可塑性的理论，通过计算机控制模拟正常的步行运动学规律，强化外周深浅感觉输入刺激，不断重复的训练激活患者脑功能重塑，能有效促进运动神经元损伤患者步行能力的恢复。训练型下肢机器人虽能改善下肢的运动功能和平衡功能，但却不能有效的改善偏瘫患者的不对称步态，而目前还未有专门针对步态时空参数异常及不对称步态的康复器械。

申请公布号为：cn101912324a的发明，异常步态矫正减重步态重塑训练装置及其使用方法，该发明通过上肢支撑和下肢控制训练系统，一定程度上控制了患者的异常步态，同时设有保护系统，保护患者安全，但是该发明的上下肢控制系统主要是通过各种矫正带被动的矫正患者上下肢各关节异常状态，缺乏反馈，患者难以达到逐级的自我控制。也不能实现迈步过程中的动态平衡把握，难以保持中立位力线稳定和实现双下肢对称的时空参数。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种基于视本体反馈的步态训练设备，用于解决患者的步态异常的问题，不仅能使患者保持躯干的中立位，而且能改善患者异常步态模式及不对称步态。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种基于视本体反馈的步态训练设备，包括支撑框架、减重保护装置、视觉反馈装置和下肢反馈装置，所述减重保护装置包括依次连接的吊绳、横杆、可伸缩背带、穿戴式保护背心及下肢保护带，所述吊绳固定连接在所述支撑框架上，所述支撑框架两侧还垂直设置有扶手杆，所述视觉反馈装置包括发射器和反馈部，所述反馈部用于采集发射器发射的信号，所述下肢反馈装置用于采集关节空间角度信号和足底压力信号。

进一步地，所述反馈部包括led屏和轨迹图像采集装置，所述轨迹图像采集装置设置在所述led屏内部。

进一步地，所述反馈部还包括平面镜，所述平面镜设置在所述led屏下方。

进一步地，所述发射器为头戴式发射器。

进一步地，所述下肢反馈装置包括足底压力反馈装置和关节角度本体反馈装置，所述关节角度本体反馈装置用于采集空间角度信号，所述足底压力反馈装置用于采集足底压力信号。

进一步地，所述足底压力反馈装置包括下肢被动支撑装置、压力传感器和动力装置，所述压力传感器设置在所述下肢被动支撑装置上，用于采集足底压力信号，所述动力装置设置在所述下肢被动支撑装置内部。

进一步地，所述下肢被动支撑装置包括支撑导轨和托板，所述托板设置在所述支撑导轨上，用于支撑足部以承托整个下肢或全部身体的重量，所述压力传感器设置在所述托板内部，所述支撑导轨为与步行时足部空间摆动所形成的轨迹相一致的半弧形结构，所述动力装置用于提供所述托板在所述支撑导轨上运动的动力。

本发明的有益效果是：

1、一般的康复训练器通过保护装置使患者保持直立位，本发明通过视觉反馈装置的发射器和led投射靶点图，实现视觉反馈，使头部能保持空间的直立稳定同时利用反馈部的平面镜提高整个中轴力线的直立稳定。

2、本发明可以通过led屏投射不同图案和轨迹图像采集装置采集到发射器发射的激光信号在led屏上形成的轨迹图案，通过外部设备进行数据分析并提供矫正方案；

3、足底压力反馈装置可以采集患者足底在运动过程中各个时相的压力变化情况，了解患者摆动相踝、膝和髋的屈曲能力，同时通过设置一定的压力阈值，当出现压力阈值报警时，患者需要在当前状态下主动屈曲下肢，并在该时相保持下肢各关节的空间位置，可达到逐级递增的摆动相训练；

4、通过关节角度本体反馈装置监测患者下肢在运动过程中各关节的空间角度，尤其是矢状面的关节角度变化，同时通过设置一定的髋膝踝各矢状面角度阈值，当出现阈值报警偏离矢状面角度过大时，通过外部设备实时反馈提醒，达到自我修正的目的；

5、与传统康复训练器不同，而本发明从视觉和本体觉两个方面达到在单个步行周期的各个时相的头部和下肢各关节的运动控制，从而建立早期步行中的动态中轴力线稳定，并对步行周期的各个时相进行定点反馈训练，以改善患者的步态；

6、减重保护装置减少患者对跌倒的心理恐惧，使患者肌肉更佳放松的进行步态训练，同时起到保护作用，防止患者训练时摔倒。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明具体实施例所述的一种基于视本体反馈的步态训练设备的整体示意图；

图2为图1中一种基于视本体反馈的步态训练设备中发射器的三视图；

图3为图1中一种基于视本体反馈的步态训练设备中足底压力反馈装置的侧视图。

附图标记：

1-支撑框架；2-减重保护装置；21-吊绳；22-横杆；23-可伸缩背带；24-穿戴式保护背心；25-下肢保护带；3-下肢反馈装置；31-足底压力反馈装置；311-下肢被动支撑装置；3111-支撑导轨；3112-托板；312-压力传感器；32-关节角度本体反馈装置；4-视觉反馈装置；41-发射器；42-反馈部；421-led屏；422-平面镜；5-扶手杆；6-调节扣；7-插扣。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

实施例

如图1所示，本发明所提供的一种基于视本体反馈的步态训练设备，包括支撑框架1、减重保护装置2、视觉反馈装置4和下肢反馈装置3，支撑框架1的结构强度足够承受正常成人体重，其承重范围大于80kg，减重保护装置2包括依次连接的吊绳21、横杆22、可伸缩背带23、穿戴式保护背心24及下肢保护带25，吊绳21上端固定连接在支撑框架1上的横杆中间，吊绳21下端固定连接在横杆22中间，横杆22两端连接有可伸缩背带23，可伸缩背带23上设置有调节扣6，使得可伸缩背带23的长度可调节，适应各身高的患者，穿戴式保护背心24为开襟式，其中穿戴式保护背心24外表面设置有带插扣7的保护带，穿戴式保护背心24下端固定连接用于套住大腿根部的下肢保护带25，支撑框架1两侧还垂直设置有扶手杆5，两侧扶手供患者行走时扶手，视觉反馈装置4包括发射器41和反馈部42，发射器41可以发射激光束与反馈部42形成反馈来矫正使用者的姿态，发射器41为头戴式发射器41，具体为头盔式结构，镭射激光灯设置在头盔式结构的正前方表面，头盔式结构下方设置有固定用的绑带，反馈部42设置在患者正前方的墙面上，用于采集发射器41发射的信号，下肢反馈装置3包括足底压力反馈装置31和关节角度本体反馈装置32，关节角度本体反馈装置32用于采集空间角度信号，具体由三维陀螺仪实现，关节角度本体反馈装置32分别绑定在患者的大腿、小腿与足背，通过外接的设备监测患者摆动相各关节的空间角度，通过设置内收外展、内翻外翻的等各关节角度的阈值，达到实时反馈并提醒患者能进行自我的下肢运动控制，修正自我的动作模式，足底压力反馈装置31用于采集足底压力信号。

进一步地，反馈部42包括led屏421和轨迹图像采集装置，轨迹图像采集装置设置在led屏421内部，led屏421与外接设备相连，可以投射不同形状的图案，例如靶点图和各种迷宫图等，让患者通过目视前面的led屏421，对准屏幕中的靶点图进行姿势的矫正，轨迹图像采集装置设置在led屏421内，采集通过发射器41发射的激光在led屏421上的轨迹图，并通过外接设备进行数据记录，以提供量化的数据分析。

进一步地，反馈部42还包括平面镜422，平面镜422设置在led屏421下方，通过平面镜422辅助患者进行自我躯干下肢的调整，进行姿势矫正。

进一步地，足底压力反馈装置31包括下肢被动支撑装置311、压力传感器312和动力装置，下肢被动支撑装置311包括支撑导轨3111和托板3112，支撑导轨3111为与步行时足部空间摆动所形成的轨迹相一致的半弧形结构，托板3112设置在支撑导轨3111上，用于支撑足部以承托整个下肢或全部身体的重量，托板3112可以沿着支撑导轨3111上移动，动力装置设置在下肢被动支撑装置311内部，且动力装置通过连杆等与托板3112连接，以实现托板3112在半弧形支撑导轨3111上的运动，其托板3112在半弧形支撑导轨3111上运动时大体与地面平行，进而模拟步行时足部空间摆动所形成的轨迹，压力传感器312设置在托板3112内部，或者以压力足垫的方式测得足底压力，用于提供患者在一个摆动周期中足底压力的信号并传输给外部设备，同时外部设备可以控制托板3112不同速度下沿支撑导轨3111的前后移动，并可以在某个位置定点停留，通过监测患者患侧足在摆动相时的负重程度，及患者个人主动的下肢屈髋屈膝及踝背屈的能力，调整不同的负重阈值，达到辅助-主动摆动下肢的能力，并根据患者在摆动轨迹中超过负重阈值的点位，通过停止托板3112在支撑导轨3111的运动，并做停留，达到空间不同点位的下肢主动控制，再结合上述关节角度本体反馈装置32的空间角度的监测功能提醒患者下肢角度的运动控制，达到实现良好步态的目的。

使用方法及原理，患者首先穿戴减重保护装置2并扣紧各个插扣7保证安全，调节可伸缩背带23，使患者直立站在下肢反馈装置3附近，患者手可以扶住两侧的扶手杆5，健侧腿起支撑的同时将患侧足放置于足底压力反馈装置31的托板3112上，起到健侧腿支撑期和患侧腿摆动期的同步训练，同时头上戴有头盔式的发射器41，并扣紧绑带，打开发射器41上的镭射激光灯，对准led屏421上的靶点图，调整姿态保持直立状态，通过患侧腿向前迈步的过程中，通过视觉反馈保持头颈部的控制，通过足部被动支撑装置对患者足底压力大于阀值点进行定位控制训练，和关节角度本体反馈装置32的空间角度实时反馈修正控制，实现患侧下肢摆动相的空间多角度自我控制和实现患侧下肢摆动相的良好对位对线，使步行中左右下肢时空参数的对称，最终实现良好的步态，同样可以通过患侧腿支撑，健侧腿放置于托板3112上运动的方式，进行一个患侧腿支撑期和健侧腿摆动期的训练，能够有效训练到患者的患侧腿的支撑能力。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。