CN108992778A - 一种基于传感器智能鞋垫的功能性肌肉电刺激系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于传感器智能鞋垫的功能性肌肉电刺激系统及方法，传感器鞋垫与微处理器连接，用于将采集的压力和角度传感器数据发送给微处理器，微处理器采用无线方式与上位机连接，在患者小腿胫骨前肌处设置有功能性电刺激模块和肌电传感器，功能性电刺激模块和肌电传感器均与微处理器连接，传感器鞋垫、微处理器、功能性电刺激模块和肌电传感器均与电池模块连接。本发明通过微处理器接收传感器鞋垫上采集的压力和角度传感器数据，能够判断患者的运动意图驱动功能性电刺激器刺激挛缩的胫骨前肌，并通过采集压力数据和踝关节角度信息来获得患者的运动学和动力学信息来量化患者踝关节的康复效果。

Description

一种基于传感器智能鞋垫的功能性肌肉电刺激系统及方法

技术领域

本发明属于可穿戴设备技术领域，具体涉及脑卒中患者踝关节康复的一种基于传感器智能鞋垫的功能性肌肉电刺激系统及方法。

背景技术

脑卒中又称中风或脑血管意外，是一种遍及世界范围内的慢性非传染性疾。目前脑卒中依然是世界范围内人口死亡的第三位病因和成人残疾的首要原因。据我国卫生部统计中心发布的人群监测数据显示，无论是城市还是农村，脑血管病近来在全死因顺位中都呈明显前移的趋势。随着人群中高血压患病率的不断上升及人口老龄化，脑卒中的发病率还有上升的趋势。

脑卒中足下垂患者的背屈肌肉胫骨前肌出现挛缩，跖屈肌肉出现痉挛导致前脚掌的下垂进而在行走过程中出现拍打地面，腿部无法抬起、拖地、站立不稳等现象，现阶段通常运用踝关节康复机器人和功能性电刺激(FES)对中风偏瘫患者进行踝关节康复。在功能性电刺激中，检测脑卒中患者的运动意图进而适时控制功能性电刺激器刺激胫骨前肌，激活胫骨前肌提高背屈功能，进而增强患者的运动机能，使得步态更加接近于正常步态，一种基于压力传感器智能鞋垫的功能性电刺激系统就可以精确识别患者的运动意图进而驱动功能性电刺激器进行踝关节康复。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供基于传感器智能鞋垫的功能性肌肉电刺激系统及方法，通过足底压力变化和踝关节角度变化直观的实时的判断患者踝关节所处的空间姿态。

本发明采用以下技术方案：

基于传感器智能鞋垫的功能性肌肉电刺激系统，包括传感器鞋垫，微处理器和上位机，传感器鞋垫与微处理器连接，用于将采集的数据发送给微处理器，微处理器采用无线方式与上位机连接，在患者小腿胫骨前肌处设置有功能性电刺激模块和肌电传感器，功能性电刺激模块和肌电传感器均与微处理器连接，传感器鞋垫、微处理器、功能性电刺激模块和肌电传感器均与电池模块连接。

具体的，传感器鞋垫从下至上依次层叠设置有基底层、传感器层和上覆增敏保护层。

进一步的，传感器层包括多个电阻式薄膜压力传感器和第一角度传感器，多个电阻式薄膜压力传感器分别布置在脚掌、脚中和足跟处，第一角度传感器设置在足弓处，在小腿胫骨处设置有第二角度传感器。

进一步的，电阻式薄膜压力传感器包括布置在脚掌第一脚趾处的第一电阻式薄膜压力传感器，布置在第一跖骨处的第二电阻式薄膜压力传感器，布置在第三跖骨处的第三电阻式薄膜压力传感器，布置在第五跖骨处的第四电阻式薄膜压力传感器，布置在第一角度传感器对应处的第五电阻式薄膜压力传感器以及布置在足跟处的第六电阻式薄膜压力传感器。

进一步的，电阻式薄膜压力传感器的输出电阻与受到的压力满足以下关系：

其中，F为加载到压力传感器上的压力值；R为压力传感器变化值；k为斜率；b为常数。

进一步的，上覆增敏保护层和基底层均采用聚氨酯材料制成。

具体的，在小腿胫骨前肌处的表面设置有肌肉刺激电极，肌肉刺激电极与功能性电刺激模块的输出端连接，功能性电刺激模块的输入端与微处理器连接。

具体的，上位机包括PC数据处理终端和移动终端，PC数据处理终端和移动终端通过蓝牙模块与微处理器连接。

一种功能性肌肉电刺激系统的使用方法，功能性肌肉电刺激系统的微处理器将采集到的多个压力传感器数据和角度传感器数据存储并通过无线方式发送至上位机，上位机通过步态检测算法控制功能性电刺激模块刺激胫骨前肌，并显示脑卒中足下垂患者在行走训练过程中足底各区域压力数据变化、压力云图和踝关节角度信息。

具体的，步态相分为支撑相和摆动相，步态检测算法具体如下：

当足跟触地时，足跟处设置的压力传感器处于开状态，其余压力传感器处于关状态，步态从摆动相进入支撑早期，此时足踝执行背屈运动，控制信号发送至功能性电刺激模块刺激胫骨前肌；

当所有压力传感器都处于开状态时，检测步态从足跟触地进入全足触地，刺激停止；

当足跟处的压力传感器处于关的状态，其余压力传感器处于开状态，此时步态全足触地进入足跟离地，足踝开始跖屈运动，刺激继续保持停止；

当所有压力传感器都处于关状态时，步态从脚趾离地进入摆动相，此时足踝开始背屈运动，控制信号发送到功能性电刺激器刺激胫骨前肌；

当足跟处的压力传感器处于开状态，开始下一轮步态和刺激循环。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

本发明基于传感器智能鞋垫的功能性肌肉电刺激系统，通过微处理器接收传感器鞋垫上采集的压力和角度传感器数据，能够判断患者的运动意图以便驱动功能性电刺激器刺激挛缩的胫骨前肌，并可以通过采集压力数据和踝关节角度信息来获得患者的运动学和动力学信息来量化患者踝关节的康复效果。

进一步的，基底层、传感器层和上覆增敏保护层从下至上依次层叠设置，该设置提高了压力传感器智能鞋垫的灵敏度、导电性和耐用性。

进一步的，结合人体足部在行走过程中足底受力机制，六个电阻式压力传感器分别设置在脚掌、脚中和脚跟处，可以充分全面反应在步态中足底各区域受力情况，两个角度传感器与微处理器相连接，一个放置在鞋垫足弓处，另一个放置在小腿胫骨处于并保证X轴与足弓处的角度传感器X轴同方向。确保在患者行走过程中测量踝关节绝对角度，并且可以通过足弓处的角度传感器来测量踝关节的相对地面的相对踝关节角度。

进一步的，上位机包括PC数据处理终端和移动终端，PC数据处理终端和移动终端对数据经过处理后进行图形用户界面显示(GUI)，六通道电阻式薄膜压力传感器数据变化曲线，两个角度传感器求得的相对踝关节角度和相对地面的踝关节角度显示，还有多组压力数据经过处理后生成的压力云图可以直观的显示患者足底压力分布变化。

本发明还公开一种基于传感器智能鞋垫的功能性肌肉电刺激系统的使用方法，患者穿戴功能性肌肉电刺激系统，微处理器将采集到的多个压力传感器数据和角度传感器数据存储并通过无线方式发送至上位机，上位机通过步态检测算法控制功能性电刺激模块12刺激胫骨前肌，并显示脑卒中足下垂患者在行走训练过程中足底各区域压力数据变化、压力云图和踝关节角度信息，直观的显示患者足底压力分布变化，本发明结构紧凑，易于穿戴，可以在医院用于中风患者踝关节康复，也可以在家里佩戴康复，使用方便，操作简单，而且成本较低，便于更多中风患者康复。

进一步的，本发明基于压力数据的步态检测算法主要用于检测患者的运动意图，适时的控制功能性电刺激器刺激胫骨前肌，减少萎缩，提高背屈功能，防止患者在脚跟触地时出现脚掌拍地，摆动相中拖地和站立不稳等现象，增强患者的运动感知能力使得步态更趋于正常。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明系统的简图；

图2为本发明系统框图；

图3为本发明压力传感器的标定的电导率和压力拟合曲线图；

图4为本发明压力传感器的标定的电阻和压力的曲线变化图；

图5为本发明被试穿戴该系统的步态检测图；

图6为本发明基于压力传感器智能鞋垫的功能性肌肉电刺激的系统流程图；

图7为本发明基于压力传感器智能鞋垫的功能性肌肉电刺激的数据终端GUI显示图。

其中：1.第一电阻式薄膜压力传感器；2.第二电阻式薄膜压力传感器；3.第三电阻式薄膜压力传感器；4.第四电阻式薄膜压力传感器；5.第五电阻式薄膜压力传感器；6.第六电阻式薄膜压力传感器；7.基地层；8.上覆增敏保护层；9.第一角度传感器；11.第二角度传感器；12.功能性电刺激模块；13.蓝牙模块；15.电池模块；16.微处理器；17.PC数据处理终端；18.手机移动终端。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“一侧”、“一端”、“一边”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。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明提供了一种基于传感器智能鞋垫的功能性肌肉电刺激系统，通过微处理器采集到六通道的压力数据和两个角度传感器数据，然后通过蓝牙模块将所得到的数据发送到上位机PC数据处理终端和移动终端，最后经过数据分析和计算之后，在数据处理终端和移动终端实时显示足底六通道压力数据变化、踝关节角度变化和足底压力云图，

请参阅图1和图2，本发明一种基于传感器智能鞋垫的功能性肌肉电刺激系统，包括传感器鞋垫，控制模块和上位机，传感器鞋垫设置有电阻式压力薄膜传感器和角度传感器，电阻式压力传感器和角度传感器通过导线与控制模块的微处理器16连接，微处理器16通过蓝牙模块13与上位机连接，运用微处理器16采集压力和角度传感器数据并通过无线蓝牙模块13发送到上位机的PC数据处理终端17和移动终端18，然后经过数据处理终端将控制信号经微处理器16发送给设置在患者小腿胫骨前肌的功能性电刺激模块12和肌电传感器，微处理器16、电阻式压力传感器和角度传感器、功能性电刺激模块12和肌电传感器和蓝牙模块13均与电池模块15连接，用于供电。

传感器鞋垫从下至上依次层叠设置有基底层7、传感器层和上覆增敏保护层8。

传感器层包括六个电阻式薄膜压力传感器和一个角度传感器，结合人体行走过程中，脚部不同受力点，将电阻式压力传感器分别布置在脚掌、脚中和足跟处。

具体的，第一电阻式薄膜压力传感器1布置在脚掌的第一脚趾处，第二电阻式薄膜压力传感器2布置在第一跖骨处，第三电阻式薄膜压力传感器3布置在第三跖骨处，第四电阻式薄膜压力传感器4布置在第五跖骨处，第五电阻式薄膜压力传感器5布置在脚中且避开足弓处，第六电阻式薄膜压力传感器6布置在足跟处。

第一角度传感器9设置在足弓处，第二角度传感器11设置在小腿胫骨处并保证两角度传感器沿同一方向平行，以便测量踝关节绝对角度。

第一角度传感器9是六轴加速度计、陀螺仪MPU6050模块，该模块是具有卡尔曼滤波功能的角度传感器，可以测出X、Y和Z的加速度、角速度和温度，并通过计算可以直接测出三轴的角度，测量精度0.01度，稳定性高。

上覆增敏保护层8和基底层7由聚氨酯材料构成，具有柔性、防水功能。

功能性电刺激模块12的输入端与微处理器16相连接，输出端与设置在小腿胫骨前肌处的表面肌肉刺激电极相连接，肌电传感器同样设置在小腿胫骨前肌处用于在训练前后进行肌电信号测量使用，肌电传感器与微处理器16相连接。

蓝牙模块13的一端与微处理器16用导线相连接，并将采集的数据发送到上位机。

在传感器层所使用的压力传感器是电阻式压力传感器，该传感器受压之后，电阻变化进而致使电压变化，输出电压值，要想计算出压力传感器所承受的力就必须对压力传感器进行标定，薄膜压力传感器的输出电阻与所受到的压力在理想情况下满足下面的关系：

其中，F表示加载到压力传感器上的压力值(N)；R表示压力传感器变化值(MΩ)；k表示斜率；b表示常数；

薄膜压力传感器的标定通过实验对其加载等间隔的力得到对应的输出电阻值，然后通过曲线拟合的方法，求出上式中的斜率k和b的值，为了对薄膜压力传感器进行标定，用4个0.5kg和4个2.5kg的哑铃进行实现，分别取0.5kg，1kg，1.5kg，2kg，2.5kg，3kg，3.5kg，4kg，4.5kg，5kg，5.5kg，6kg，6.5kg，7kg共14个测试力进行实验，得到电压值，然后通过电压和电阻函数表达式1/R＝(5/V-1)/10000得到电阻值。

表1为通过实验得到压力和电导率的数据：

通过数据拟合得到电导率和压力的曲线如图3，电阻和压力的曲线变化如图4。

压力和电导率的函数关系式：F＝(1.4×10⁶)1/R+0.3

在图1中，第一电阻式薄膜压力传感器1、第二电阻式薄膜压力传感器2、第三电阻式薄膜压力传感器3、第四电阻式薄膜压力传感器4、第五电阻式薄膜压力传感器5和第六电阻式薄膜压力传感器6与微处理器16通过导线相连接，第一角度传感器9和第二角度传感器11的一端与微处理器16相连接，利用微处理器16采集六通道压力传感器数据和第一角度传感器9、第二角度传感器11的角度数据并通过蓝牙模块13发送到PC数据处理终端17和手机移动终端18等上位机并保证软件通讯串口与蓝牙模块相匹配，保存数据并实时GUI显示，经过处理后将控制信号发送到功能性电刺激模块12。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中的描述和所示的本发明实施例的组件可以通过各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

微处理器16采用Arduino微处理器，型号是Arduino MEGA2560，该款基于ATmega2560的微控制器板，它有54个数字输入/输出引脚(其中15个可用作PWM输出)、16个模拟输入、4个硬件串行端口、1个16MHz晶体振荡器，1个USB连接、1个电源插座、1个ICSP头和1个复位按钮，该微处理器拥有多个输入引脚这样可以同时连接多个传感器，这样便可用一个微处理器采集多通道传感器数据并控制功能性电刺激器，并通过TX0和RX0连接的蓝牙模块将数据发送到上位机PC数据处理终端和手机移动终端，当然还可以是STM32或者ARM主控制器。

蓝牙模块13采用HC-05主从一体蓝牙模块，其输入电压是3.6V-6V，有效传输距离10米，默认波特率是9600bps，供电模块采用9V充电锂电池，容量为1000mAh。

被试穿戴该系统的步态检测如图5所示，以人体右侧为例，步态相主要分为支撑相和摆动相，具体细分为右侧支撑早期，右侧支撑中期，右侧支撑末期，右侧摆动前期，右侧摆动早期，右侧摆动中期，右侧摆动末期。

当足跟触地时第六电阻式薄膜压力传感器6处于“开”状态时，步态进去支撑早期；

当脚趾第一电阻式薄膜压力传感器1处于“开”的状态时，步态进去支撑中期；

当足跟离地，第六电阻式薄膜压力传感器6处于“关”的状态时，步态进去支持末期并迅速进入右侧摆动前期；

当脚趾离地，第一电阻式薄膜压力传感器1处于“关”的状态时，步态进去右侧摆动早期；

当足跟再次触底时，步态进入下一个相同的循环。

表2为基于压力传感器的智能鞋垫的功能性肌肉电刺激的运动意图算法原理：

表2中,当足跟处的第六电阻式薄膜压力传感器6处于“开”的状态，足中处的第五电阻式薄膜压力传感器5，第一跖骨处的第二电阻式薄膜压力传感器2，第三跖骨处的第三电阻式薄膜压力传感器3，第五跖骨处的第五电阻式薄膜压力传感器4和脚掌处的第一电阻式薄膜压力传感器1都处于“关”的状态时，步态从摆动相进入足跟触地，足部执行背屈运动，功能性电刺激器刺激胫骨前肌。

当所有压力传感器都处于“开”状态时，刺激停止，步态从足跟触地进入全足触地。

当足跟处的第六电阻式薄膜压力传感器6处于“关”的状态，其他压力传感器处于“开”的状态时，步态从全足触地进入足跟离地，足踝执行跖屈运动，刺激继续保持停止。

当第一趾骨处的第一电阻式薄膜压力传感器1处于“开”的状态，其他压力传感器处于“关”的状态时，足部执行跖屈运动，步态从足跟离地，进入摆动前期，刺激继续停止。

当脚趾处的第一电阻式薄膜压力传感器1处于“关”的状态，及其他所有的电阻式压力传感器都处于“关”的状态时，步态从脚趾离地进入摆动相，足踝执行背屈运动，功能性电刺激器刺激胫骨前肌。

基于压力传感器智能鞋垫的功能性电刺激系统的流程图如图6所示，微处理器将采集到的多个压力传感器数据和角度传感器数据存储并通过无线蓝牙模块发送至移动终端或数据处理终端，并通过上位机数据处理终端Processing软件设计的图形用户界面(GUI)来显示出脑卒中足下垂患者在行走训练过程中足底各区域压力数据变化、压力云图显示和踝关节角度，并在结束后对患者训练进行评估，以便医师结合评估结果制定治疗方案，提高踝关节康复效果。其中，被试穿戴该系统训练主要步骤如下：

首先被试穿戴该设备，并开启蓝牙与上位机PC数据处理终端与之相对应的软件通讯串口相连接，并确保连接成功。

利用肌电传感器模块采集被试的胫骨前肌的肌电信号。

被试对象开始行走训练，当足跟第六电阻式薄膜压力传感器6处于“开”的状态时，采集六通道压力传感器数据和两个角度传感器数据通过无线蓝牙发送到上位机PC数据处理终端，用Processing软件执行界面用户显示(GUI)，包括六通道的压力传感器数据及其变化曲线显示，两个角度传感器数据计算得到的相对地面的踝关节角度和踝关节绝对角度，还包括足底压力云图变化显示。

经过数据处理后，将控制信号发送到功能性电刺激器刺激胫骨前肌，足部执行背屈运动。

当第一电阻式薄膜压力传感器1处于“开”的状态且其他压力传感器都处于“开”的状态时，步态进入全足触地，刺激停止。

当第六电阻式薄膜压力传感器6处于“关”的状态，第一电阻式薄膜压力传感器1处于“开”的状态时，足踝开始跖屈运动，刺激继续停止。

当第一电阻式薄膜压力传感器1处于“关”的状态，且其他压力传感器全部都处于“关”的状态时，足部开始背屈运动，将控制信号发送到功能电刺激器刺激胫骨前肌。

训练达到20分钟便停止训练，再一次利用肌电传感器测量胫骨前肌的肌电信号，结合在训练过程中的压力和踝关节角度数据对被试踝关节进行评估。

上位机PC数据处理终端的软件编程的GUI如图7所示，软件数据传输波特率为9600bps，程序中有通讯串口设置，数据采集，处理，人体步态检测算法，控制功能性电刺激器的算法。

GUI内容主要包括第一电阻式薄膜压力传感器1，第二电阻式薄膜压力传感器2，第三电阻式薄膜压力传感器3，第四电阻式薄膜压力传感器4，第五电阻式薄膜压力传感器5和第六电阻式薄膜压力传感器6在训练过程中压力实时显示及其压力随时间的曲线变化，两角度传感器的X轴实时角度，及其通过计算得出的踝关节相对和绝对角度实时显示和随时间变化的曲线图，还包含压力云图，通过压力数据进行编程得到的压力云图可以直观反映被试在行走过程中足底压力变化图。

本发明的基于压力传感器智能鞋垫的功能电刺激系统适用于医院和家庭个人，主要用于脑卒中后遗症足下垂患者的踝关节康复，通过实时采集系统中压力数据和踝关节角度来判断被试足踝的空间姿态及其运动意图，然后将控制信号发送到功能性电刺激器刺激萎缩的胫骨前肌，可以辅助足下垂患者将受损的踝关节机能恢复到正常人水平，步态恢复到正常步态。本发明还可以评估被试的康复效果，便于医师分析制定新的治疗方案。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于传感器智能鞋垫的功能性肌肉电刺激系统，其特征在于，包括传感器鞋垫，微处理器(16)和上位机，传感器鞋垫与微处理器(16)连接，用于将采集的数据发送给微处理器(16)，微处理器(16)采用无线方式与上位机连接，在患者小腿胫骨前肌处设置有功能性电刺激模块(12)和肌电传感器，功能性电刺激模块(12)和肌电传感器均与微处理器(16)连接，传感器鞋垫、微处理器(16)、功能性电刺激模块(12)和肌电传感器均与电池模块(15)连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于传感器智能鞋垫的功能性肌肉电刺激系统，其特征在于，传感器鞋垫从下至上依次层叠设置有基底层(7)、传感器层和上覆增敏保护层(8)。

3.根据权利要求2所述的一种基于传感器智能鞋垫的功能性肌肉电刺激系统，其特征在于，传感器层包括多个电阻式薄膜压力传感器和第一角度传感器(9)，多个电阻式薄膜压力传感器分别布置在脚掌、脚中和足跟处，第一角度传感器(9)设置在足弓处，在小腿胫骨处设置有第二角度传感器(11)。

4.根据权利要求3所述的一种基于传感器智能鞋垫的功能性肌肉电刺激系统，其特征在于，电阻式薄膜压力传感器包括布置在脚掌第一脚趾处的第一电阻式薄膜压力传感器(1)，布置在第一跖骨处的第二电阻式薄膜压力传感器(2)，布置在第三跖骨处的第三电阻式薄膜压力传感器(3)，布置在第五跖骨处的第四电阻式薄膜压力传感器(4)，布置在第一角度传感器(9)对应处的第五电阻式薄膜压力传感器(5)以及布置在足跟处的第六电阻式薄膜压力传感器(6)。

5.根据权利要求4所述的一种基于传感器智能鞋垫的功能性肌肉电刺激系统，其特征在于，电阻式薄膜压力传感器的输出电阻与受到的压力满足以下关系：

其中，F为加载到压力传感器上的压力值；R为压力传感器变化值；k为斜率；b为常数。

6.根据权利要求2所述的一种基于传感器智能鞋垫的功能性肌肉电刺激系统，其特征在于，上覆增敏保护层(8)和基底层(7)均采用聚氨酯材料制成。

7.根据权利要求1所述的一种基于传感器智能鞋垫的功能性肌肉电刺激系统，其特征在于，在小腿胫骨前肌处的表面设置有肌肉刺激电极，肌肉刺激电极与功能性电刺激模块(12)的输出端连接，功能性电刺激模块(12)的输入端与微处理器(16)连接。

8.根据权利要求1所述的一种基于传感器智能鞋垫的功能性肌肉电刺激系统，其特征在于，上位机包括PC数据处理终端(17)和移动终端(18)，PC数据处理终端(17)和移动终端(18)通过蓝牙模块(13)与微处理器(16)连接。

9.根据权利要求1至8中任一项所述功能性肌肉电刺激系统的使用方法，其特征在于，功能性肌肉电刺激系统的微处理器将采集到的多个压力传感器数据和角度传感器数据存储并通过无线方式发送至上位机，上位机通过步态检测算法控制功能性电刺激模块刺激胫骨前肌，并显示脑卒中足下垂患者在行走训练过程中足底各区域压力数据变化、压力云图和踝关节角度信息。

10.根据权利要求9所述基于传感器智能鞋垫的功能性肌肉电刺激系统的使用方法，其特征在于，步态相分为支撑相和摆动相，步态检测算法具体如下：

当足跟触地时，足跟处设置的压力传感器处于开状态，其余压力传感器处于关状态，步态从摆动相进入支撑早期，此时足踝执行背屈运动，控制信号发送至功能性电刺激模块刺激胫骨前肌；

当所有压力传感器都处于开状态时，检测步态从足跟触地进入全足触地，刺激停止；

当足跟处的压力传感器处于关的状态，其余压力传感器处于开状态，此时步态全足触地进入足跟离地，足踝开始跖屈运动，刺激继续保持停止；

当所有压力传感器都处于关状态时，步态从脚趾离地进入摆动相，此时足踝开始背屈运动，控制信号发送到功能性电刺激器刺激胫骨前肌；

当足跟处的压力传感器处于开状态，开始下一轮步态和刺激循环。