CN104759027A - 基于电刺激的气囊减重下肢训练装置 - Google Patents

Abstract

一种基于电刺激的气囊减重下肢训练装置，包括由底板、两立柱和两扶手组成的机架，机架后部连接有箱体。还包括步行器、气囊支架、气囊、紧身短裤、操作显示器、鼓风机、电刺激模块、两组刺激电极、控制器、电源模块和气体压力传感器。本发明装置采用功能性电刺激与气囊减重下肢步行联合康复训练模式，使康复训练的效果更明显；采用气囊式减重，可以使患者在步行训练时更好的左右、上下调整重心；气囊支架的高度可调，可实现个性化减重步态训练。

Description

基于电刺激的气囊减重下肢训练装置

技术领域

本发明涉及一种医疗康复器械，特别涉及一种基于电刺激的气囊减重下肢训练装置。

背景技术

脑卒中俗称脑中风，属于严重脑血管病，易引发偏瘫，导致患者四肢肌肉运动障碍，尤其影响患者行走及运动能力。目前的功能性电刺激和下肢模拟步行训练两种治疗临床效果都很好。Barsi GI对功能性电刺激(FES)治疗脑卒中偏瘫进行了深入研究，临床证明使用低频电流对患者下肢肌肉进行刺激，逐步恢复肢体功能，临床效果显著。步行训练也是非常普及的训练方式，据目前的康复病例报告，70％以上患者通过早期开始介入步行训练恢复步行能力。基于这两种治疗方式的有效性，很多医院采用功能性电刺激联合康复训练治疗脑卒中偏瘫下肢的方法，临床结果表明：患者运动功能恢复期明显缩短，各项指标改善程度提高。而且由于采用低频刺激患足胫前肌，改善神经系统功能增强患足肌肉力量，矫正行走和摆动姿势，下肢步行训练效果更加明显，平衡功能也得到很大的提高。

但是目前缺乏功能性电刺激和气囊减重下肢训练有效联合治疗的仪器。主要由医生手动控制电刺激治疗与步行训练的模式，实现过程繁琐，而且由于没有实时评估功能，也无法及时调整治疗方案。因此，设计一台内置一些康复训练模式的功能性电刺激与气囊减重下肢步行联合训练装置是临床上迫切需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的，就是为了解决上述问题，提供一种基于电刺激的气囊减重下肢训练装置。

本发明的目的是这样实现的：一种基于电刺激的气囊减重下肢训练装置，其包括：

机架，包含底板、两立柱和两扶手，机架后部连接有箱体；

步行器，设置在机架的底板上并可独立运动，在步行器下设有承重压力传感器；

气囊支架，安装在机架的两立柱上并可沿两立柱上下移动；

气囊，其上部与气囊支架相连，下部与机架的底板密封相连并将步行器包围在内；

紧身短裤，用于穿在人身上并可与气囊密封连接；

操作显示器，连接在气囊支架上可随气囊支架一起运动；

鼓风机，安装在机架后部的箱体内并通过管路与气囊连接连通；

电刺激模块，安装在机架后部的箱体内；

两组刺激电极，用于与人体下肢接触相连并与电刺激模块电连接；

控制器，设置在机架后部的箱体内并与操作显示器、鼓风机、电刺激模块以及步行器电信相连；

电源模块，设置在机架后部的箱体内并与控制器、电刺激模块电连接向控制器、电刺激模块提供电源；

气体压力传感器，设置在机架的底板上并与控制器电信相连，通过控制器将气体压力传输至操作显示器显示。

所述机架的两立柱上分别设有上下延伸的滑动槽，所述气囊支架与该滑动槽嵌套滑动相连，气囊支架上设有锁定机构，可在任意位置将气囊支架锁紧。

所述电刺激模块包括微处理器、脉冲信号产生模块、功率放大和升压电路、接口电路模块、输出电流检测和保护电路以及运行状态指示灯；微处理器的一个输出连接脉冲信号产生模块，脉冲信号产生模块的输出连接功率放大和升压电路，功率放大和升压电路的输出连接输出电流检测和保护电路，输出电流检测和保护电路与微处理器双向通信相连，接口电路模块与微处理器双向通信相连，运行状态指示灯的输入连接微处理器；所述控制器与接口电路模块双向通信相连；所述两组刺激电极分别与输出电流检测和保护电路电连接。

所述底板上还设有传感器变送器，所述承重压力传感器和气体压力传感器分别与传感器变送器相连并通过传感器变送器与控制器电信相连。

所述步行器设有电机控制器，该电机控制器的输入连接控制器，输出连接步行器的电机，电机控制器接收控制器的信号以控制步行器电机的停止、启动、速度、正反转和转动时间。

所述控制器包括主控电路、传感器接口电路、步行器电机驱动电路和鼓风机电机驱动电路；主控电路的输入连接控制器，输出连接步行器电机驱动电路和鼓风机电机驱动电路；传感器接口电路的输入连接传感器变送器，输出连接操作显示器；步行器电机驱动电路的输出连接步行器电机，鼓风机电机驱动电路的输出连接鼓风机电机。

所述气囊上面设有圆形开口，在圆形开口上设有半边气密拉链；下部设有进气口和出气口，周围设有视窗，底部为敞口，敞口四周与机架的底板四周密封相连，所述气囊支架与圆形开口处相连。

所述紧身短裤上部设有用于与气囊密封连接的半边气密拉链，以及用于固定整个紧身短裤上部形状的铅丝套圈。

所述机架后部的箱体内设有进气管路和出气管路；进气管路的进口连接鼓风机的出气口，出口连接气囊的进气口；出气管路的进口连接气囊的出气口，出口连接鼓风机的进气口，在进气管路和出气管路上分别设有电磁控制阀，该电磁控制阀与控制器相连由控制器控制其开关。

所述操作显示器可由用户设置并显示步行器的运动速度、步行器的倾斜角度和气囊减重程度，步行训练时间以及电刺激脉冲的幅值、脉宽、频率和治疗时间。

本发明的基于电刺激的气囊减重下肢训练装置设有两种治疗模式，即处方训练模式和自由编程训练模式；在微处理器内存储有多种训练方案供选用。

处方训练模式有3种：第一电刺激训练每天1次。每次1小时，每周5次，在此基础上的减重训练从每次15min，逐渐增加到每次30min，每天1次，每周5次。第二种减重步行训练组负重训练系统，设置初始速度为0.05m／s，坡度为0度，30min／次，每天1次，每周5天。之后电刺激20min次，每天1次，每周5天。第三种采用减重步行训练和电刺激同时进行的方式，电刺激20分钟，减重训练1小时每天1次，每周5天。

自由编程治疗模式通过控制器设定电刺激和步行训练同时或交替治疗训练，也可以根据训练需要设定电刺激脉冲的幅值、脉宽、频率和治疗时间；设定步行训练的速度及时间等。

输出电流检测和保护电路用于检测刺激电流的强度并通过微处理器在液晶显示屏上显示，当刺激电流的强度大于预设值时，微处理器切断电流停止输出刺激脉冲。

脉冲信号产生机构输出的脉冲信号的频率为10～150Hz，宽度为50～500us。

本发明具有以下优点和特点：

一、采用功能性电刺激与气囊减重下肢步行联合康复训练模式，使康复训练的效果更明显。

二、训练装置内置处方训练模式和自由编程训练模式两种模式；操作更加简单和灵活，减轻了护理人员的负担。

三、采用气囊式减重，可以使患者在步行训练时更好的左右、上下调整重心。

四、气囊支架的高度可调，可实现个性化减重步态训练。

附图说明

图1为本发明基于电刺激的气囊减重下肢训练装置的总体结构示意图；

图2为本发明中的气囊的结构示意图；

图3为本发明中的紧身短裤的结构示意图；

图4为本发明中的底板部分结构示意图；

图5为本发明中的电刺激模块的结构示意图。

具体实施方式

参见图1，配合参见图2-图5，本发明的基于电刺激的气囊减重下肢训练装置，包括由底板1、两立柱2和两扶手3组成的机架，机架后部连接有箱体4。还包括步行器5、气囊支架6、气囊7、紧身短裤8、操作显示器9、鼓风机10、电刺激模块11、两组刺激电极12、控制器13、电源模块14和气体压力传感器15。图1中所示，a为人体模型。

配合参见图4，步行器5设置在机架的底板1上并可独立运动；在步行器5下装有承重传感器16，该承重传感器16与控制器13相连并通过控制器将人体施加在步行器上的重量传输至操作显示器显示。步行器5设有电机控制器51，该电机控制器的输入连接控制器，输出连接步行器的电机52，电机控制器接收控制器的信号以控制步行器电机的停止、启动、速度、正反转和转动时间。

气囊支架6安装在机架的两立柱上并可沿两立柱上下移动；在两立柱2上分别设有上下延伸的滑动槽，下部气囊支架与该滑动槽嵌套滑动相连，下部气囊支架上设有锁定机构(未图示出来)，可在任意位置将下部气囊支架锁紧。

配合参见图2，在气囊7上面设有圆形开口71，在圆形开口上设有半边气密拉链(未图示出来)；下部设有进气口73和出气口74，周围设有视窗75，底部为敞口76，敞口四周与机架的底板四周密封相连并将步行器包围在内，气囊7的圆形开口71处与气囊支架6相连。

配合参见图3，紧身短裤8用于穿在人身上并可与气囊7密封连接；在紧身短裤上部设有用于与气囊密封连接的半边气密拉链81，以及用于固定整个紧身短裤上部形状的铅丝套圈82。紧身短裤是由氯丁橡胶制成的弹性密闭短裤。气囊与机架底板及紧身短裤密封连接后，气囊与机架底板及紧身短裤之间形成一个密闭的充气空间。

操作显示器9连接在气囊支架6上可随气囊支架一起运动。该操作显示器可由用户设置并显示步行器的运动速度、步行器的倾斜角度和气囊减重程度，步行训练时间以及电刺激脉冲的幅值、脉宽、频率和治疗时间。

鼓风机10安装在机架后部的箱体4内，在箱体内设有进气管路和出气管路(未图示出来)；进气管路的进口连接鼓风机的出气口，出口连接气囊的进气口73；出气管路的进口连接气囊的出气口74，出口连接鼓风机的进气口。在进气管路和出气管路上分别设有电磁控制阀(未图示出来)，该电磁控制阀与控制系统相连由控制系统控制其开关。

配合参见图5，本发明中的电刺激模块11安装在机架后部的箱体内，它包括微处理器111、脉冲信号产生模块112、功率放大和升压电路113、液晶显示和触摸屏控制面板114、输出电流检测和保护电路115、运行状态指示灯116，以及接口电路模块117。微处理器的一个输出连接脉冲信号产生模块，脉冲信号产生模块的输出连接功率放大和升压电路，功率放大和升压电路的输出连接输出电流检测和保护电路，输出电流检测和保护电路与微处理器双向通信相连，接口电路模块与微处理器双向通信相连，运行状态指示灯的输入连接微处理器；所述控制器与接口电路模块双向通信相连；所述两组刺激电极分别与输出电流检测和保护电路电连接。上述脉冲信号产生模块输出的脉冲信号的频率为15～150Hz，宽度为50～500us。

两组刺激电极12用于与人体下肢接触相连并分别与电刺激模块中的输出电流检测和保护电路电连接。两组刺激电极可同时进行两组肌肉刺激，主要用于股二头肌、胫前肌、腓骨长短肌为主的肌群组。

控制器(由计算机或单片机实现)13设置在机架后部的箱体内并与操作显示器9、鼓风机10、电刺激模块11以及步行器5电信相连；该控制器包括无线接收模块、主控电路、传感器接口电路、步行器电机驱动电路和鼓风机电机驱动电路，无线接收模块与足底压力传感器无线通信相连，主控电路的输入连接控制器，输出连接步行器电机驱动电路和鼓风机电机驱动电路；传感器接口电路的输入连接传感器变送器，输出连接操作显示器；步行器电机驱动电路的输出连接步行器电机，鼓风机电机驱动电路的输出连接鼓风机电机。

电源模块14设置在机架后部的箱体内并与电刺激模块、控制器电连接向电刺激模块、控制器提供电源。

气体压力传感器15设置在机架的底板上并与控制器电信相连，通过控制器将气体压力传输至操作显示器显示。

配合参见图2，在底板1上还设有传感器变送器17，承重压力传感器16和气体压力传感器15分别与传感器变送器相连并通过传感器变送器与控制器电信相连。传感器变送器还可以调节传感器的精度及量程，以满足实际的需求。

本发明的工作过程原理如下：

将气囊与底板密封连接并与气囊支架相连，让人穿上紧身短裤，把气囊支架降低到最低位置，让人站进气囊支架内并站在步行机上，将紧身短裤与气囊通过气密拉链密封连接。然后拉起提高气囊支架到达合适位置后用锁定机构将其锁紧。并将两刺激电极连接在下肢的适当位置。用户在操作显示器上设置减重程度控制鼓风机充气或放气来调节气囊内的气压，使人体的下肢呈现浮起的状态，从而达到减重的效果。然后启动步行机，用户可以在显示装置上设置步行机的速度及倾斜角度。最后可进行步行训练。由设定的处方模式或自由选择的模式。在自由编程治疗模式下，可根据实际状况和经验自编程序处方，通过控制面板预先调节和设定刺激脉冲的参数和步行训练的速度以及坡度，再由相应的刺激脉冲参数包括幅值、脉宽，刺激频率、治疗时间等，通过控制电刺激模块的微处理器，从而控制电刺激的程度。同理，通过控制面板预先调节和设定的步行训练的减重程度，步行速度以及坡度参数，通过控制鼓风机电机驱动电路电流，从而控制电机的转速来调节充气量，实现不同程度的减重，通过控制步行驱动电路电流，实现步速的控制。

Claims (10)

1.一种基于电刺激的气囊减重下肢训练装置，其特征在于包括：

机架，包含底板、两立柱和两扶手，机架后部连接有箱体；

步行器，设置在机架的底板上并可独立运动，在步行器下设有承重压力传感器；

气囊支架，安装在机架的两立柱上并可沿两立柱上下移动；

气囊，其上部与气囊支架相连，下部与机架的底板密封相连并将步行器包围在内；

紧身短裤，用于穿在人身上并可与气囊密封连接；

操作显示器，连接在气囊支架上可随气囊支架一起运动；

鼓风机，安装在机架后部的箱体内并通过管路与气囊连接连通；

电刺激模块，安装在机架后部的箱体内；

两组刺激电极，用于与人体下肢接触相连并与电刺激模块电连接；

控制器，设置在机架后部的箱体内并与操作显示器、鼓风机、电刺激模块以及步行器电信相连；

电源模块，设置在机架后部的箱体内并与控制器、电刺激模块电连接向控制器、电刺激模块提供电源；

气体压力传感器，设置在机架的底板上并与控制器电信相连，通过控制器将气体压力传输至操作显示器显示。

2.根据权利要求1所述的基于电刺激的气囊减重下肢训练装置，其特征在于：所述机架的两立柱上分别设有上下延伸的滑动槽，所述气囊支架与该滑动槽嵌套滑动相连，气囊支架上设有锁定机构，可在任意位置将气囊支架锁紧。

3.根据权利要求1所述的基于电刺激的气囊减重下肢训练装置，其特征在于：所述电刺激模块包括微处理器、脉冲信号产生模块、功率放大和升压电路、接口电路模块、输出电流检测和保护电路以及运行状态指示灯；微处理器的一个输出连接脉冲信号产生模块，脉冲信号产生模块的输出连接功率放大和升压电路，功率放大和升压电路的输出连接输出电流检测和保护电路，输出电流检测和保护电路与微处理器双向通信相连，接口电路模块与微处理器双向通信相连，运行状态指示灯的输入连接微处理器；所述控制器与接口电路模块双向通信相连；所述两组刺激电极分别与输出电流检测和保护电路电连接。

4.根据权利要求1所述的基于电刺激的气囊减重下肢训练装置，其特征在于：所述底板上还设有传感器变送器，所述承重压力传感器和气体压力传感器分别与传感器变送器相连并通过传感器变送器与控制器电信相连。

5.根据权利要求1所述的基于电刺激的气囊减重下肢训练装置，其特征在于：所述步行器设有电机控制器，该电机控制器的输入连接控制器，输出连接步行器的电机，电机控制器接收控制器的信号以控制步行器电机的停止、启动、速度、正反转和转动时间。

6.根据权利要求4所述的基于电刺激的气囊减重下肢训练装置，其特征在于：所述控制器包括主控电路、传感器接口电路、步行器电机驱动电路和鼓风机电机驱动电路；主控电路的输入连接控制器，输出连接步行器电机驱动电路和鼓风机电机驱动电路；传感器接口电路的输入连接传感器变送器，输出连接操作显示器；步行器电机驱动电路的输出连接步行器电机，鼓风机电机驱动电路的输出连接鼓风机电机。

7.根据权利要求1所述的基于电刺激的气囊减重下肢训练装置，其特征在于：所述气囊上面设有圆形开口，在圆形开口上设有半边气密拉链；下部设有进气口和出气口，周围设有视窗，底部为敞口，敞口四周与机架的底板四周密封相连，所述气囊支架与圆形开口处相连。

8.根据权利要求1所述的基于电刺激的气囊减重下肢训练装置，其特征在于：所述紧身短裤上部设有用于与气囊密封连接的半边气密拉链，以及用于固定整个紧身短裤上部形状的铅丝套圈。

9.根据权利要求1所述的基于电刺激的气囊减重下肢训练装置，其特征在于：所述机架后部的箱体内设有进气管路和出气管路；进气管路的进口连接鼓风机的出气口，出口连接气囊的进气口；出气管路的进口连接气囊的出气口，出口连接鼓风机的进气口，在进气管路和出气管路上分别设有电磁控制阀，该电磁控制阀与控制器相连由控制器控制其开关。

10.根据权利要求1所述的基于电刺激的气囊减重下肢训练装置，其特征在于：所述操作显示器可由用户设置并显示步行器的运动速度、步行器的倾斜角度和气囊减重程度，步行训练时间以及电刺激脉冲的幅值、脉宽、频率和治疗时间。