CN116077889A - 基于节律性听觉刺激的步态康复训练系统及训练方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于节律性听觉刺激的步态康复训练系统，包括运动数据采集模块、基准步频测试模块、刺激节律生成模块、节律性刺激生成模块、即时节律生成模块以及即时夹带刺激模块。本发明可以实现居家环境的步态康复训练，帮助脑卒中、帕金森等步态障碍患者通过步态康复训练，调节患者的生物节律性活动。本发明还公开了一种基于节律性听觉刺激的步态康复训练方法。
Description
本申请是申请日为2021年9月22日、发明名称为“基于节律性视听觉刺激的步态康复训练系统及训练方法”且申请号为2021111047622的中国发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种医疗康复器械，具体涉及一种基于节律性视听觉刺激的步态康复训练系统。本发明还涉及一种基于节律性视听觉刺激的步态康复训练方法。
背景技术
现代医学认为，人的步行运动指令起始于大脑基底节的位置，冲动传导至大脑皮层，再由大脑皮层向下传达运动指令启动步行。然而，对于患有脑卒中、帕金森病等中枢神经系统疾病的患者，由于其神经系统发生病变，导致了步行的运动指令不能有效传输。医疗技术发展至今，康复治疗在整个医疗的过程中已成为一个不可或缺的角色，患者已不满足于把病灶切除或把骨折端接上，而是追求治疗后的生活质量，因此各类医疗康复机器人应运而生。
中国发明专利文献CN108567548A公开了一种视听觉刺激导向的步行辅助装置，分为视觉目标投影装置和听觉节奏引导装置，通过视听觉的刺激导致，引导步态障碍患者进行日常步行。但是，该技术提供的听觉、视觉反馈手法单一，且如果用户感知步行节律的能力较弱，则无法产生耦合震荡，导致康复效果较差。
中国发明专利文献CN108785975A公开了一种结合虚拟现实技术的抗阻训练装置，其可在患者训练时提供更丰富和贴近实际的交互，模拟实际环境场景，增强本体感知反馈输入。该技术将虚拟现实(Virtual Reality，简称VR)技术应用于运动康复训练领域，能够为用户提供丰富的视觉、触觉反馈，但应用该技术的设备需占用一定的空间，且价格昂贵，无法让用户在居家环境中使用。另外，其听觉反馈较为欠缺，手法单一，素材简单，无法与视觉反馈配合形成闭环刺激，不能完整地使运动镜像神经元激活，导致康复效果较差。
综上所述，现有的医疗康复机器人虽然应用了大量诸如虚拟现实等新技术，导致造价昂贵，体积庞大，但康复效果不尽如人意，并且无法实现居家康复训练。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于节律性听觉刺激的步态康复训练系统，它可以实现居家环境的步态康复训练，帮助脑卒中、帕金森等步态障碍患者通过步态康复训练，调节患者的生物节律性活动。
为解决上述技术问题，本发明基于节律性听觉刺激的步态康复训练系统的技术解决方案为：
包括运动数据采集模块、基准步频测试模块、刺激节律生成模块、节律性听觉刺激模块、即时节律生成模块以及夹带听觉刺激模块；
运动数据采集模块用于采集触地信号；
基准步频测试模块，用于接收预测试过程中来自于所述运动数据采集模块的触地信号，根据触地信号计算基准步频；
刺激节律生成模块，用于根据来自于所述基准步频测试模块的基准步频，生成刺激节律；所述刺激节律与所述基准步频相对应；
节律性听觉刺激模块，用于根据来自于所述刺激节律生成模块的刺激节律，生成RAS刺激音乐，并将所生成的RAS刺激音乐传送给听觉反馈设备；所述RAS刺激音乐的节律为刺激节律生成模块所生成的刺激节律；
即时节律生成模块，用于实时接收步态训练过程中来自于所述运动数据采集模块的即时触地信号，并根据即时触地信号生成即时节律；以及
夹带听觉刺激模块，用于根据所述即时节律生成模块所生成的即时节律，生成即时音乐节拍，并将所生成的即时音乐节拍传送给所述听觉反馈设备，使听觉反馈设备同时播放RAS刺激音乐和即时音乐节拍；所述RAS刺激音乐与即时音乐节拍形成即时夹带听觉刺激。
本发明将节律性听觉刺激融入虚拟现实步态康复训练，能够通过多元感官刺激的方式引导用户调整自己的训练节奏，从而增强康复效果。
本发明将虚拟现实技术与节律性听觉刺激技术有机地结合在一起，使之所依托的媒介与节律性听觉刺激相同，都以音乐节拍为媒介，加强了用户步行节律与RAS音乐节律之间的耦合关系，增强了用户对自身步行节律的感知，使患者步行节律向RAS提示节律的靠近变得更简单，降低了训练难度，提升了康复训练效果。
在另一实施例中，所述听觉反馈设备为具有双声道音场播放音效的无线听觉反馈设备；所述听觉反馈设备所播放的RAS刺激音乐和即时音乐节拍采用不同音量。
在另一实施例中，还包括训练难度选择模块，以来自于所述基准步频测试模块的所述基准步频为计算基准，分别增加或减少1N％、2N％、3N％、……、M×N％作为多个难度模式；在所述多个难度模式中选择其中之一作为模式指令；所述刺激节律生成模块生成的所述刺激节律与所选择的难度模式的刺激节律相对应。
在另一实施例中，所述听觉反馈设备播放节律性听觉刺激模块所生成的节律性的RAS刺激音乐；所述RAS刺激音乐内嵌有重音，内嵌重音的出现频率与所选择的难度模式的刺激节律相吻合，从而为用户提供节律性的听觉刺激并为用户的步态训练节奏进行引导。
本发明根据用户的基准步频确定与其相匹配的训练难度，并根据不同的训练难度生成具有刺激节律的RAS刺激音乐和视觉刺激信号，能够使得RAS刺激音乐和视觉刺激信号的刺激节律与训练难度相匹配，从而能够实现与不同用户的自适应，因此对于各种体能的用户都能够产生良好的康复训练效果。
在另一实施例中，还包括训练数据反馈模块；所述训练数据反馈模块实时接收步态训练过程中来自于所述运动数据采集模块的即时触地信号和即时运动速度，并结合训练时长，生成训练数据报告。
在另一实施例中，所述运动数据采集模块包括安装于走步机上的振动传感器、安装于走步机的传送轴上的转速传感器以及控制器，振动传感器用于采集振动信号并将其传递给控制器，转速传感器用于采集传送轴的转动速度并将其传递给控制器；控制器用于将采集到的振动信号转换为触地信号，将采集到的转动速度转换为运动速度，并将触地信号和/或运动速度作为输出信号通过无线或有线网络传输给所述基准步频测试模块或即时节律生成模块。
在另一实施例中，所述走步机为脚感控速走步机，用于为用户提供触觉反馈。
在另一实施例中，所述听觉反馈设备为音响，或者耳机。
在另一实施例中，所述虚拟现实显示设备为家用电视或电脑显示屏，或者头戴式显示器。
本发明还提供一种基于节律性听觉刺激的步态康复训练方法，其技术解决方案为，包括以下步骤：
步骤一，设置走步机的初始速度，将其调整到适合自身步行的速度；
步骤二，基准步频的预测试；运动数据采集模块采集预测试过程中的触地信号，基准步频测试模块根据预测试过程中的触地信号计算基准步频，以基准步频为基准确定刺激节律；
步骤三，刺激节律生成模块根据所述步骤二所得的基准步频，生成刺激节律；
步骤四，节律性听觉刺激模块根据所述步骤三所确定的刺激节律，生成RAS刺激音乐，并将所生成的RAS刺激音乐传送给听觉反馈设备；
步骤五，步态训练；
步骤5.1，开始进行步态训练；
步骤5.2，运动数据采集模块采集即时触地信号；
步骤5.3，即时节律生成模块实时接收来自于运动数据采集模块的即时触地信号，根据即时触地信号生成即时节律；
步骤5.4，夹带听觉刺激模块根据所述步骤5.3生成的即时节律生成即时音乐节拍，并将所生成的即时音乐节拍传送给听觉反馈设备，使听觉反馈设备同时播放RAS刺激音乐和即时音乐节拍；所述RAS刺激音乐与即时音乐节拍形成即时夹带听觉刺激；
步骤5.5，结束步态训练。
在另一实施例中，所述步骤三中的刺激节律为多个；所述刺激节律的确定方法为：以所述步骤二所得的基准步频为计算基准，分别增加或减少1N％、2N％、3N％、……、M×N％；其中，M、N为自然数；任选其中一个刺激节律作为所述步骤三所生成的刺激节律。
在另一实施例中，还包括：步骤六，训练数据反馈模块根据所述运动数据采集模块记录的触地信息以及训练时长，生成训练数据报告。
本发明可以达到的技术效果是：
本发明的节律性听觉刺激模块生成节律性RAS刺激音乐，节律性视觉刺激模块生成节律性的视觉刺激信号，利用听觉节律和视觉节律对运动系统的生理影响来改善神经受损患者在功能、稳定和适应性步态康复中对运动的控制。该节律性RAS刺激音乐和视觉刺激信号可以以略高于用户基准步频的刺激节律向用户提供听觉和视觉刺激，能够使患者借谐振效应来改善异常步态。
本发明在用户训练过程中通过听觉反馈设备同时播放节律性RAS刺激音乐和即时音乐节拍，两种音乐能够对人体形成即时夹带听觉刺激；同时，本发明还通过虚拟现实显示设备同时显示视觉刺激信号和视觉节律，两种视觉反馈能够对人体形成即时夹带视觉刺激。这种视听觉的夹带刺激能够使得大脑的中枢神经系统在没有输入的情况下启动并且协调运动，从而对具有中枢神经系统疾病的患者起到有效的康复作用。
本发明的RAS刺激音乐和视觉刺激信号的刺激节律以用户的基准步频为基准，而用户在训练过程中的训练步频必然与自己的基准步频相关，因此RAS刺激音乐与用户在训练过程中的即时音乐节拍之间必然具备耦合关系，且视觉刺激信号与用户在训练过程中的视觉节律之间必然具备耦合关系；用户同时受到听觉和视觉夹带刺激，会不自觉地调整自己的运动节奏，使即时音乐节拍与RAS刺激音乐逐步吻合，使视觉节律与视觉刺激信号逐步吻合，使自己的运动节奏最终达到所选择的训练难度，从而逐步达到预设的训练效果，有效改善患者的步态，增强康复效果。
本发明的夹带听觉刺激模块将用户在训练过程中的训练步态以即时音乐节拍的方式直观地显示给用户，夹带视觉刺激模块将用户在训练过程中的训练步态以视觉节律的方式直观地显示给用户，VR场景模块将用户在训练过程中的运动速度以VR场景的推进方式直观地显示给用户，从而将用户的实时训练状态以可视化的方式显示给用户，使用户能够直观地感知自身的步态，即使用户感知步行节律的能力较弱，也能够借助于即时音乐节拍和视觉节律以及VR场景推进的提示下实时感知自己的步行节律，使用户能够根据自身的步态情况进行调整，从而能够提高训练的针对性。
附图说明
本领域的技术人员应理解，以下说明仅是示意性地说明本发明的原理，所述原理可按多种方式应用，以实现许多不同的可替代实施方式。这些说明仅用于示出本发明的教导内容的一般原理，不意味着限制在此所公开的发明构思。
结合在本说明书中并构成本说明书的一部分的附图示出了本发明的实施方式，并且与上文的总体说明和下列附图的详细说明一起用于解释本发明的原理。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1是本发明基于节律性视听觉刺激的步态康复训练系统的示意图；
图2是本发明的工作原理示意图；
图3是应用本发明的实施例的示意图；
图4是本发明的虚拟现实显示设备的视觉反馈实施例的示意图；
图5是本发明的听觉反馈设备的听觉反馈实施例的示意图；
图6是本发明基于节律性视听觉刺激的步态康复训练方法的流程示意图。
具体实施方式
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的附图，对本发明实施例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的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的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。除非另外定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。
如图1、图2所示，本发明基于节律性视听觉刺激的步态康复训练系统，包括运动数据采集模块、基准步频测试模块、刺激节律生成模块、节律性刺激生成模块、即时节律生成模块、即时夹带刺激模块、VR场景模块、训练数据反馈模块；
运动数据采集模块包括安装于走步机1上的振动传感器、安装于走步机1的履带传送轴上的转速传感器以及Arduino主板，振动传感器用于采集振动信号并将其传递给Arduino主板，转速传感器用于采集履带传送轴的转动速度并将其传递给Arduino主板；Arduino主板用于将采集到的振动信号转换为触地信号，将采集到的转动速度转换为运动速度，并将触地信号和运动速度等运动数据作为输出信号通过无线网络传输给基准步频测试模块、即时节律生成模块、VR场景模块或训练数据反馈模块；
走步机1为脚感控速走步机，用于为用户提供触觉反馈；
基准步频测试模块接收预测试过程中来自于运动数据采集模块的触地信号，根据触地信号计算基准步频，并将基准步频传送给刺激节律生成模块；
刺激节律生成模块根据基准步频测试模块所得到的基准步频，生成刺激节律；
作为一优选实施例，刺激节律生成模块利用训练难度选择模块生成刺激节律；刺激节律生成模块的训练难度选择模块接收来自于基准步频测试模块的基准步频，以接收到的基准步频为计算基准，分别增加5％、10％、15％作为简单、普通、困难三种模式；根据用户指令，训练难度选择模块选择三种模式中的任一模式作为模式指令并传送给节律性刺激生成模块；
节律性刺激生成模块包括节律性听觉刺激模块、节律性视觉刺激模块，节律性听觉刺激模块根据来自于刺激节律生成模块的刺激节律，生成节律性的RAS(RhythmicAuditory Stimulation，节律性听觉刺激)刺激音乐，不同模式对应不同的刺激节律，并将所生成的RAS刺激音乐传送给听觉反馈设备2，从而在步态训练过程中对用户进行节律性听觉刺激；节律性视觉刺激模块根据来自于刺激节律生成模块的刺激节律，生成节律性的视觉刺激信号，并将所生成的视觉刺激信号传送给虚拟现实显示设备3，从而在步态训练过程中对用户进行节律性视觉刺激；所生成的RAS刺激音乐和视觉刺激信号的节律对应于所选择的难度模式的刺激节律；听觉反馈设备2可以为蓝牙立体声音响，以提供双声道音场播放的3D音效的听觉反馈，增加用户的临境感；也可以为蓝牙立体声耳机；虚拟现实显示设备3可以是用户家中的电视或电脑显示屏，也可以是头戴式显示器以增加用户沉浸感；
即时节律生成模块实时接收步态训练过程中来自于运动数据采集模块的即时触地信号，根据即时触地信号生成即时节律；并将所生成的即时节律发送给即时夹带刺激模块；
即时夹带刺激模块包括夹带听觉刺激模块、夹带视觉刺激模块，夹带听觉刺激模块根据来自于即时节律生成模块的即时节律生成即时音乐节拍，并将所生成的即时音乐节拍传送给听觉反馈设备2，使听觉反馈设备2同时播放RAS刺激音乐和即时音乐节拍；RAS刺激音乐和即时音乐节拍采用不同音量，以使用户容易区别；显然，即时音乐节拍能够反映用户在训练过程中的脚步；
夹带视觉刺激模块根据来自于即时节律生成模块的即时节律生成视觉节律；夹带视觉刺激模块将视觉节律传送给虚拟现实显示设备3，使虚拟现实显示设备3同时显示视觉刺激信号和视觉节律；视觉刺激信号和视觉节律采用不同的表现形式，以使用户容易区别，如图3所示；
VR场景模块实时接收步态训练过程中来自于运动数据采集模块的即时运动速度，并将即时运动速度转化为VR场景的推进速度；VR场景模块将推进速度传送给虚拟现实显示设备3，使虚拟现实显示设备3在显示视觉节律的同时显示具有推进速度的VR场景；
如图4所示，作为一实施例，虚拟现实显示设备3显示VR场景，该VR场景沿箭头方向推进；显然VR场景的推进速度由用户在步态训练过程中的即时运动速度决定，因此用户能够直观地感知到自己的运动速度；
虚拟现实显示设备3显示节律性刺激生成模块的节律性视觉刺激模块所生成的节律性的视觉刺激信号，使脚印A四周的光晕亮起或熄灭；由于光晕亮起或熄灭的频率与节律性视觉刺激模块所生成的视觉刺激信号的节律相吻合，因此能够为用户提供节律性的视觉刺激；由于视觉刺激信号的节律反映了不同难度模式的刺激节律，因此能够为用户的训练节奏进行引导；
虚拟现实显示设备3显示夹带视觉刺激模块所生成的视觉节律，使脚印A亮起或熄灭；由于脚印A亮起或熄灭的频率与用户在训练过程中所产生的即时触地信号相吻合，因此脚印A的亮起或熄灭能够产生即时视觉反馈，从而为用户提供即时夹带视觉刺激。
如图5所示，作为一实施例，听觉反馈设备2播放节律性刺激生成模块的节律性听觉刺激模块所生成的节律性的RAS刺激音乐，该RAS刺激音乐内嵌有重音，内嵌重音的出现频率与所选择的难度模式的刺激节律相吻合，因此能够为用户提供节律性的听觉刺激并为用户的训练节奏进行引导；
听觉反馈设备2同时播放即时夹带刺激模块所生成的即时音乐节拍，由于即时音乐节拍与用户在训练过程中所产生的即时触地信号相吻合，因此能够产生即时听觉反馈，从而为用户提供即时夹带听觉刺激；
图5中的RAS刺激音乐的节律周期较用户的基准步频周期增加10％，灰色立柱为左脚触地RAS内嵌重音及即时夹带刺激提示，黑色立柱为右脚触地RAS内嵌重音及即时夹带刺激提示。
用户在训练过程中的步频周期与即时夹带刺激周期一致，用户在训练过程中在RAS刺激音乐节律与即时音乐节拍的夹带刺激下，能够不自觉地加快训练步频，使步频周期逐步与RAS音乐节律周期相吻合，从而提高康复训练效果。
同理，视觉刺激信号的刺激节律与RAS刺激音乐的节律相同，用户在训练过程中在视觉刺激信号与视觉节律的夹带刺激下，能够不自觉地加快训练步频，使步频周期逐步与视觉刺激信号的节律周期相吻合，从而提高康复训练效果。
训练数据反馈模块实时接收步态训练过程中来自于运动数据采集模块的即时触地信号和即时运动速度，并结合训练时长，生成训练数据报告。
如图6所示，本发明基于节律性视听觉刺激的步态康复训练方法，包括以下步骤：
步骤S1，设置走步机1的初始速度，将其调整到适合自身步行的速度；
步骤S2，基准步频的预测试；具体包括以下步骤：
步骤S2.1，开始在走步机1上行走；
步骤S2.2，走步机1的振动传感器持续采集左右脚触地信号并将其传送给基准步频测试模块；
步骤S2.3，基准步频测试模块根据触地信号计算基准步频；
步骤S2.4，结束在走步机1上的行走动作；
步骤S3，选择训练难度；
训练难度选择模块以基准步频为计算基准，分别增加5％、10％、15％作为简单、普通、困难三种模式，每种模式对应一种刺激节律；根据用户指令，训练难度选择模块选择三种模式中的任一模式作为模式指令并传送给节律性刺激生成模块；
步骤S4，节律性刺激生成模块的节律性听觉刺激模块根据来自于训练难度选择模块的模式指令，生成节律性的RAS刺激音乐，并将所生成的RAS刺激音乐传送给听觉反馈设备2，从而在步态训练过程中对用户进行节律性听觉刺激；节律性刺激生成模块的节律性视觉刺激模块根据来自于训练难度选择模块的模式指令，生成节律性的视觉刺激信号，并将所生成的视觉刺激信号传送给虚拟现实显示设备3，从而在步态训练过程中对用户进行节律性视觉刺激；
步骤S5，RAS步态训练；
步骤S5.1，开始进行VR-RAS步态训练；
步骤S5.2，走步机的振动传感器、转速传感器分别采集即时触地信号、即时速度信号；
步骤S5.3，即时节律生成模块实时接收来自于振动传感器的即时触地信号，根据即时触地信号生成即时节律；
即时夹带刺激模块的夹带听觉刺激模块根据即时节律生成即时音乐节拍，并将所生成的即时音乐节拍传送给听觉反馈设备，使听觉反馈设备同时播放RAS刺激音乐和即时音乐节拍；
即时夹带刺激模块的夹带视觉刺激模块根据即时节律生成视觉节律，并将所生成的视觉节律传送给虚拟现实显示设备3，使虚拟现实显示设备3同时显示视觉刺激信号和视觉节律；
VR场景模块实时接收步态训练过程中来自于运动数据采集模块的即时运动速度，并将即时运动速度转化为VR场景的推进速度；VR场景模块将推进速度传送给虚拟现实显示设备3，使虚拟现实显示设备3在显示视觉节律的同时显示具有推进速度的VR场景；
步骤S5.4，结束训练；
步骤S6，训练数据反馈模块根据记录的触地信息以及训练时长生成训练数据报告，以便对训练效果进行评估。
本发明利用家用走步机作为步态训练触觉反馈及引导设备，利用家用电视机作为外接显示设备，能够大大减小康复设备的占地面积，用户得以轻松地在不影响居家生活的条件下在居家环境中使用及存放该设备，从而方便用户在居家环境中进行康复训练，实现居家康复，节约医疗资源。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变形，而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变形在内。
Claims (10)
1.一种基于节律性听觉刺激的步态康复训练系统，其特征在于，包括：
运动数据采集模块，用于采集触地信号；
基准步频测试模块，用于接收预测试过程中来自于所述运动数据采集模块的触地信号，根据触地信号计算基准步频；
刺激节律生成模块，用于根据来自于所述基准步频测试模块的基准步频，生成刺激节律；所述刺激节律与所述基准步频相对应；
节律性听觉刺激模块，用于根据来自于所述刺激节律生成模块的刺激节律，生成RAS刺激音乐，并将所生成的RAS刺激音乐传送给听觉反馈设备；所述RAS刺激音乐的节律为刺激节律生成模块所生成的刺激节律；
即时节律生成模块，用于实时接收步态训练过程中来自于所述运动数据采集模块的即时触地信号，并根据即时触地信号生成即时节律；以及
夹带听觉刺激模块，用于根据所述即时节律生成模块所生成的即时节律，生成即时音乐节拍，并将所生成的即时音乐节拍传送给所述听觉反馈设备，使听觉反馈设备同时播放RAS刺激音乐和即时音乐节拍；所述RAS刺激音乐与即时音乐节拍形成即时夹带听觉刺激。
2.根据权利要求1所述的基于节律性听觉刺激的步态康复训练系统，其特征在于：所述听觉反馈设备为具有双声道音场播放音效的无线听觉反馈设备；所述听觉反馈设备所播放的RAS刺激音乐和即时音乐节拍采用不同音量。
3.根据权利要求1所述的基于节律性听觉刺激的步态康复训练系统，其特征在于：还包括训练难度选择模块，以来自于所述基准步频测试模块的所述基准步频为计算基准，分别增加或减少1N％、2N％、3N％、……、M×N％作为多个难度模式；在所述多个难度模式中选择其中之一作为模式指令；所述刺激节律生成模块生成的所述刺激节律与所选择的难度模式的刺激节律相对应。
4.根据权利要求3所述的基于节律性听觉刺激的步态康复训练系统，其特征在于：所述听觉反馈设备播放节律性听觉刺激模块所生成的节律性的RAS刺激音乐；所述RAS刺激音乐内嵌有重音，内嵌重音的出现频率与所选择的难度模式的刺激节律相吻合，从而为用户提供节律性的听觉刺激并为用户的步态训练节奏进行引导。
5.根据权利要求1所述的基于节律性听觉刺激的步态康复训练系统，其特征在于：还包括训练数据反馈模块；所述训练数据反馈模块实时接收步态训练过程中来自于所述运动数据采集模块的即时触地信号和即时运动速度，并结合训练时长，生成训练数据报告。
6.根据权利要求1所述的基于节律性听觉刺激的步态康复训练系统，其特征在于：所述运动数据采集模块包括安装于走步机上的振动传感器、安装于走步机的传送轴上的转速传感器以及控制器，振动传感器用于采集振动信号并将其传递给控制器，转速传感器用于采集传送轴的转动速度并将其传递给控制器；控制器用于将采集到的振动信号转换为触地信号，将采集到的转动速度转换为运动速度，并将触地信号和/或运动速度作为输出信号通过无线或有线网络传输给所述基准步频测试模块或即时节律生成模块。
7.根据权利要求6所述的基于节律性听觉刺激的步态康复训练系统，其特征在于：所述走步机为脚感控速走步机，用于为用户提供触觉反馈。
8.一种基于节律性听觉刺激的步态康复训练方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，设置走步机的初始速度，将其调整到适合自身步行的速度；
步骤二，基准步频的预测试；运动数据采集模块采集预测试过程中的触地信号，基准步频测试模块根据预测试过程中的触地信号计算基准步频，以基准步频为基准确定刺激节律；
步骤三，刺激节律生成模块根据所述步骤二所得的基准步频，生成刺激节律；
步骤四，节律性听觉刺激模块根据所述步骤三所确定的刺激节律，生成RAS刺激音乐，并将所生成的RAS刺激音乐传送给听觉反馈设备；
步骤五，步态训练；
步骤5.1，开始进行步态训练；
步骤5.2，运动数据采集模块采集即时触地信号；
步骤5.3，即时节律生成模块实时接收来自于运动数据采集模块的即时触地信号，根据即时触地信号生成即时节律；
步骤5.4，夹带听觉刺激模块根据所述步骤5.3生成的即时节律生成即时音乐节拍，并将所生成的即时音乐节拍传送给听觉反馈设备，使听觉反馈设备同时播放RAS刺激音乐和即时音乐节拍；所述RAS刺激音乐与即时音乐节拍形成即时夹带听觉刺激；
步骤5.5，结束步态训练。
9.根据权利要求8所述的基于节律性听觉刺激的步态康复训练方法，其特征在于，所述步骤三中的刺激节律为多个；所述刺激节律的确定方法为：以所述步骤二所得的基准步频为计算基准，分别增加或减少1N％、2N％、3N％、……、M×N％；其中，M、N为自然数；任选其中一个刺激节律作为所述步骤三所生成的刺激节律。
10.根据权利要求8所述的基于节律性听觉刺激的步态康复训练方法，其特征在于，还包括：步骤六，训练数据反馈模块根据所述运动数据采集模块记录的触地信息以及训练时长，生成训练数据报告。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117204845A (zh) * | 2023-07-26 | 2023-12-12 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种用于步态康复训练的听觉提示方法、装置及系统 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116077889A (zh) * | 2021-09-22 | 2023-05-09 | 上海海压特智能科技有限公司 | 基于节律性听觉刺激的步态康复训练系统及训练方法 |
Citations (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20020068986A1 (en) * | 1999-12-01 | 2002-06-06 | Ali Mouline | Adaptation of audio data files based on personal hearing profiles |
| CN103561826A (zh) * | 2011-05-25 | 2014-02-05 | 任康准 | 具备虚拟跑步影像装置的跑步机及跑步机驱动方法 |
| KR101410325B1 (ko) * | 2013-09-11 | 2014-06-24 | 태하메카트로닉스 (주) | 러닝머신 |
| US20160059068A1 (en) * | 2014-08-29 | 2016-03-03 | Icon Health & Fitness, Inc. | Laterally Tilting Treadmill Deck |
| CN106693280A (zh) * | 2016-12-29 | 2017-05-24 | 深圳市臻络科技有限公司 | 基于虚拟现实的帕金森训练方法、系统和装置 |
| CN106902496A (zh) * | 2017-03-17 | 2017-06-30 | 卢曼斯 | 一种人体运动监测纠正系统及方法 |
| CN110520188A (zh) * | 2017-03-20 | 2019-11-29 | 领先仿生公司 | 双模式听觉刺激系统 |
| CN110665173A (zh) * | 2019-09-27 | 2020-01-10 | 深圳市瑞源祥橡塑制品有限公司 | 一种跑步机运行控制方法、装置、设备以及存储介质 |
| CN111195385A (zh) * | 2018-11-17 | 2020-05-26 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 帕金森患者步态冻结症状康复训练方法和系统 |
| KR20200091594A (ko) * | 2019-01-23 | 2020-07-31 | (주)린텍씨엠에스 | 가상현실을 이용한 지진대피훈련시스템 |
| CN211328003U (zh) * | 2019-10-28 | 2020-08-25 | 林春 | 一种辅助帕金森患者步态训练设备 |
| CN111773037A (zh) * | 2020-07-13 | 2020-10-16 | 安杰莱科技(杭州)有限公司 | 单下肢康复外骨骼装置及其控制方法 |
| CN113599773A (zh) * | 2021-09-22 | 2021-11-05 | 上海海压特智能科技有限公司 | 基于节律性视觉刺激的步态康复训练系统及训练方法 |
| CN113633928A (zh) * | 2021-09-22 | 2021-11-12 | 上海海压特智能科技有限公司 | 基于节律性视听觉刺激的步态康复训练系统及训练方法 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4686681B2 (ja) * | 2004-10-05 | 2011-05-25 | 国立大学法人東京工業大学 | 歩行介助システム |
| US9521976B2 (en) * | 2013-01-24 | 2016-12-20 | Devon Greco | Method and apparatus for encouraging physiological change through physiological control of wearable auditory and visual interruption device |
| CN205832393U (zh) * | 2016-04-14 | 2016-12-28 | 上海乃欣电子科技有限公司 | 一种音乐与肌电反馈治疗服 |
| CN108309304B (zh) * | 2017-12-26 | 2021-04-13 | 上海交通大学医学院附属第九人民医院 | 一种生成冻结步态智能监测系统的方法 |
| CN108836347B (zh) * | 2018-05-10 | 2021-10-22 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 帕金森患者康复训练方法和系统 |
-
2021
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- 2021-09-22 CN CN202111104762.2A patent/CN113633928A/zh active Pending
Patent Citations (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20020068986A1 (en) * | 1999-12-01 | 2002-06-06 | Ali Mouline | Adaptation of audio data files based on personal hearing profiles |
| CN103561826A (zh) * | 2011-05-25 | 2014-02-05 | 任康准 | 具备虚拟跑步影像装置的跑步机及跑步机驱动方法 |
| KR101410325B1 (ko) * | 2013-09-11 | 2014-06-24 | 태하메카트로닉스 (주) | 러닝머신 |
| US20160059068A1 (en) * | 2014-08-29 | 2016-03-03 | Icon Health & Fitness, Inc. | Laterally Tilting Treadmill Deck |
| CN106693280A (zh) * | 2016-12-29 | 2017-05-24 | 深圳市臻络科技有限公司 | 基于虚拟现实的帕金森训练方法、系统和装置 |
| CN106902496A (zh) * | 2017-03-17 | 2017-06-30 | 卢曼斯 | 一种人体运动监测纠正系统及方法 |
| CN110520188A (zh) * | 2017-03-20 | 2019-11-29 | 领先仿生公司 | 双模式听觉刺激系统 |
| CN111195385A (zh) * | 2018-11-17 | 2020-05-26 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 帕金森患者步态冻结症状康复训练方法和系统 |
| KR20200091594A (ko) * | 2019-01-23 | 2020-07-31 | (주)린텍씨엠에스 | 가상현실을 이용한 지진대피훈련시스템 |
| CN110665173A (zh) * | 2019-09-27 | 2020-01-10 | 深圳市瑞源祥橡塑制品有限公司 | 一种跑步机运行控制方法、装置、设备以及存储介质 |
| CN211328003U (zh) * | 2019-10-28 | 2020-08-25 | 林春 | 一种辅助帕金森患者步态训练设备 |
| CN111773037A (zh) * | 2020-07-13 | 2020-10-16 | 安杰莱科技(杭州)有限公司 | 单下肢康复外骨骼装置及其控制方法 |
| CN113599773A (zh) * | 2021-09-22 | 2021-11-05 | 上海海压特智能科技有限公司 | 基于节律性视觉刺激的步态康复训练系统及训练方法 |
| CN113633928A (zh) * | 2021-09-22 | 2021-11-12 | 上海海压特智能科技有限公司 | 基于节律性视听觉刺激的步态康复训练系统及训练方法 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117204845A (zh) * | 2023-07-26 | 2023-12-12 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种用于步态康复训练的听觉提示方法、装置及系统 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN113633928A (zh) | 2021-11-12 |
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