[发明专利]多感互动多模控制功能性电刺激系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种康复装置，尤其涉及一种功能性电刺激（Functional Electrical Stimulation, FES）、运动辅具、物联网技术、多感互动游戏及人体生命体征参数有机结合康复装置。

背景技术

根据第六次全国人口普查及第二次全国残疾人抽样调查我国残疾人占全国总人口的比例和各类残疾人占残疾人总人数的比例，推算2010年末我国残疾人总人数为 8502万人，占全国人口总数的6..35%，其中运动障碍者2472万人。这些残障人士不仅自身生活水平大大下降，甚至降低寿命，而且给家庭和社会带来的巨大的危害。同时调查数据分析报告预测，残疾人士规模即将进入快速增长期，残疾率将会持续上升。所以如何改善残疾人士的自主生活水平，是亟待解决的问题。

功能性电刺激（Functional Electrical Stimulation, FES）是通过电流脉冲序列来刺激肢体运动肌群及其外周神经，有效地恢复或重建截瘫患者的部分运动功能的技术。其本质就是利用功能性电刺激系统刺激肌肉，诱发细胞发生生理变化，致使细胞膜对离子的选通性发生变化，即细胞膜对钠离子、钾离子和氯离子的通透性发生变化，导致细胞内外离子浓度发生变化，致使细胞膜电位发生突变，形成动作电位，诱发神经细胞产生动作电位，引起骨骼肌细胞的兴奋，进而引起骨骼肌收缩，继而产生运动效应，同时通过扩张血管，促进肌体的局部血液循环，加强神经冲动，促进神经再生。

20世纪60年代，Liberson首次成功地利用电刺激腓神经矫正了偏瘫患者足下垂的步态，开创了功能性电刺激用于运动和感觉功能康复治疗的新途径。目前，FES已经成为了恢复或重建残障人士的部分运动功能的重要康复治疗手段。

功能性电刺激经过近四十年的发展，已由使用者通过操作相应按钮来控制刺激器而发展到利用肌电、心电、脑电、语音等反馈控制功能性电刺激。目前，已有专门的机构组织残障人士在功能性电刺激帮组下参加体育竞技，虽然在控制的精度和主动性有所改善，在应用功能性电刺激也得到互动娱乐，但是在运动缺乏参考的示范和对运动状态的实时评估。多感互动多模式控制功能性电刺激系统将功能性电刺激、运动辅具、物联网、多感觉互动游戏、生命体征参数运动评价有机结合，即可实时反馈控制功能性电刺激，又能将训练效果通过游戏以视觉、听觉多感觉方式反馈至训练者，指导训练过程，提高训练的效果。同时亦将训练打破地域性、时间性限制，自由组合训练竞技，能够激发和维持训练者训练动机。本发明有利于建立康复训练过程的适时训练指导、动态评价和功能重建过程效果的实时反馈系统。

发明内容

本发明的主旨是针对目前康复产业的现状及不足，将功能性电刺激技术、运动辅具、物联网技术、多感互动游戏及人体生命体征参数有机结合，以至于形成运动过程和运动效果的多模态反馈信息融合，建立一种多感互动多模控制功能性电刺激系统。

本发明主要是通过以下技术方案来实现的：一种多感互动多模控制功能性电刺激系统，主要由功能性电刺激模块、运动辅具、生命体征参数采集模块、运动辅具信息采集模块、信息融合模块、基于物联网技术的多感互动游戏竞技模块组成；其中，利用将生命体征参数信息与运动辅具参数信息有机结合，继而控制基于物联网技术的多感互动游戏竞技模块。生命体征参数主要包括血氧信息、心电信息、肌电信息、脑电信息、脉搏信息、体温及肢体运动（如关节角度）等，运动辅具数主要包括所消耗功率，运动速率等，信息融合模块将无线接收生命体征参数及运动辅具参数进行融合形成信息融合特征值，基于物联网技术的多感互动游戏竞技模块，跟据生命体征参数信息及运动辅具参数信息的融合特征值控制和操作游戏进行竞技。

功能性电刺激模块主要包括微处理器、通讯模块、刺激模块、电源模块等。电源模块为整个功能性电刺激供电，通讯模块包括无线通讯模块和键盘输入模块，刺激模块主要由恒流源电路、选择单元等。其中微处理器控制通讯模块以及刺激模块。

生命体征参数采集系统主要是由采集模块，放大电路、滤波电路、数模转换电路及微处理器，及无线传输模块等组成，可对对血氧、心电、肌电、脑电、体温等信号进行采集和对肢体运动等信息捕做，然后经过放大滤波等处理，数模转化经微处理器处理后利用无线传输模块传输信息融合模块进行分析处理，继而控制基于物联网技术的多感互动游戏竞技模块，结合运动辅具参数对训练效果进行评估，同时肌电、心电信号、肢体运动等信息融合后传输至功能性电刺激，反馈控制功能性电刺激的相关参数。