CN219231215U - 具有共用参考电极的外骨架 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种具有共用参考电极的外骨架，包括四个固定架，四个固定架由上至下分别为上身固定架、大腿固定架、小腿固定架以及脚固定架，于各固定架内均设置有探头，探头均包括探测电极组，探测电极组包括一组平行电极以及一个参考电极，于大腿固定架与小腿固定架之间设置有共用参考电极，各参考电极均电连接至共用参考电极。在本实用新型中，各探头的参考电极均电连接至一共用参考电极，一方面可以简化电极布置结构，另一方面可以达到共用接地的目的，有效降低干扰影响，且共用参考电极位于大腿固定架与小腿固定架之间，与人体膝关节对应，接地效果非常好。

Description

具有共用参考电极的外骨架

技术领域

本实用新型涉及医疗器械，尤其涉及一种具有共用参考电极的外骨架。

背景技术

脑损伤、下肢周围神经损伤后，步行周期中，一侧下肢在迈步时，另一侧下肢需要提供一个稳定的支撑，但脑损伤偏瘫下肢不能提供一个稳定的支持，导致患者步行训练时偏瘫下肢支撑相缩短，患者容易跌倒。目前多采用刺激仪或者矫形器的方式进行康复治疗，电刺激常用的外加电流刺激神经、肌肉诱发肌肉产生动作，为完成功能性的活动一般使用的是一定频率的电刺激，在开始工作前，固定刺激的频率35～50Hz，调整刺激强度，直到可以产生关节的运动。但这种单纯的电刺激有其局限性，需要采集电刺激下肌肉的肌电信号，但是目前的肌电信号采集易受干扰，影响采集准确值。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术至少部分缺陷，提供了一种具有共用参考电极的外骨架。

本实用新型是这样实现的：

本实用新型提供一种具有共用参考电极的外骨架，包括四个固定架，四个所述固定架由上至下分别为上身固定架、大腿固定架、小腿固定架以及脚固定架，于各所述固定架内均设置有探头，所述探头均包括探测电极组，所述探测电极组包括一组平行电极以及一个参考电极，于所述大腿固定架与所述小腿固定架之间设置有共用参考电极，各所述参考电极均电连接至所述共用参考电极。

进一步地，还包括位于所述大腿固定架与所述小腿固定架之间的束缚带，所述共用参考电极贴合安装于所述束缚带的内表面，所述束缚带与所述大腿固定架或者所述小腿固定架连接。

进一步地，所述束缚带包括捆绑部与连接部，所述捆绑部与所述连接部垂直且两者组成T字形，所述共用参考电极位于所述捆绑部与所述连接部的交汇处。

进一步地，于所述大腿固定架与所述小腿固定架内表面均贴合安装有多组平行电极，各所述平行电极分别对应人体的大腿与小腿的各肌群。

进一步地，相邻的两个所述固定架之间通过两组所述阻尼控制器连接，且两组所述阻尼控制器沿对应所述固定架的周向间隔分布。

进一步地，所述共用参考电极位于对应两组所述阻尼控制器内侧。

进一步地，所述阻尼控制器为三种，且三种所述阻尼控制器分别为髋关节阻尼控制器、膝关节阻尼控制器以及踝关节阻尼控制器，位于所述大腿固定架内的空间姿态传感器电连接所述髋关节阻尼控制器与所述膝关节阻尼控制器，位于所述小腿固定架内的空间姿态传感器电连接所述膝关节阻尼控制器与所述踝关节阻尼控制器。

本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型的外骨架中，设置共用参考电极，各探头均电连接至该共用参考电极，达到共用接地的目的，能够有效降低干扰影响。对于共用参考电极，其设置于大腿固定架与小腿固定架之间，且当患者穿戴外骨架后，该共用参考电极刚好对应膝关节，有效避开下肢的肌肉位置，能够起到接地的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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它的附图。

图1为本实用新型实施例提供的电刺激辅助步行方法的流程图；

图2为本实用新型实施例提供的具有共用参考电极的外骨架的第一视角结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的具有共用参考电极的外骨架的第二视角结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的具有共用参考电极的外骨架的共用参考电极的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

参见图1、图2以及图3，本实用新型实施例提供一种具有共用参考电极的外骨架，通过外骨架1与电刺激仪配合辅助偏瘫患者步行训练，具体是在人体的健侧肢体与患侧肢体上均配装有外骨架1，将电刺激仪的多个探头分别设置于健侧肢体与患侧肢体上，且健侧肢体与患侧肢体的探头位置分布相同，健侧肢体一侧的探头主要是用于采集步行时对应位置的肌电信号，而患侧肢体一侧的探头一方面可以采集步行时对应位置的肌电信号，同时还能够输出刺激信号，在外骨架1对应关节连接处设置有阻尼控制器2且在外骨架1的关节上设置有空间姿态传感器(图中未示出)，其中阻尼控制器2控制对应两个关节之间的屈伸角度，具体地，空间姿态传感器可以采用陀螺仪，通过陀螺仪则检测对应关节的空间信息，每一外骨架1由上至下分为四个部分，上身固定架11、大腿固定架12、小腿固定架13以及脚固定架14，两两之间均通过阻尼控制器2连接，具体为髋关节的阻尼控制器2、膝关节的阻尼控制器2以及踝关节的阻尼控制器2，而陀螺仪则可以为两组，一组设置于大腿固定架12上，另一组设置于小腿固定架13上，通过大腿固定架12与小腿固定架13的空间位置变化来确定步行状态，实际上空间姿态传感器还可以采用九轴传感器，其包括三轴陀螺仪、三轴加速度传感器以及三轴地磁传感器，可以更加精确获取各部分的空间姿态，进而精确判定人体的步行状态。其中，陀螺仪是可以获取对应位置关节的角度与角速度，且将该角度信息反馈至对应位置的阻尼控制器2，通过阻尼控制器2来控制对应关节的屈伸角度，具体是预先设定阻尼控制器2的阈值，阻尼控制器2调节关节角度避免超过该阈值。具体地，针对不同位置的阻尼控制器2，其阈值范围不同，比如髋关节的阻尼控制器2其逆时针旋转角度应不大于130°，顺时针旋转不大于10°；膝关节阻尼控制器2逆时针旋转不大于5°，顺时针旋转不大于120°；踝关节阻尼控制器2逆时针旋转不大于20°，顺时针旋转不大于40°，否则可能会导致患侧肢体的关节受损，影响恢复训练。

参见图2以及图3，具体地，外骨架1各部分均采用片状结构，可以弯折包裹人体肢体各部分，其表面可以设置束缚带进行捆绑，从而可以保证外骨架1与肢体紧贴，使得两者为一整体，另外外骨架1还采用中空结构，至少部分为中空结构，将陀螺仪或者九轴传感器设置于该中空结构内，且将电刺激仪的电线路也布设于对应的中空结构内，一方面可以达到定位电线路的作用，另一方面还可以避免电线路外露。

参见图3以及图4，对于电刺激仪的探头，包括电刺激电极组与探测电极组，其中探测电极组可以采用三电极形式，两个平行电极，一个参考电极，各探头的参考电极共用以形成共用参考电极3，其中两个平行电极采用差分输入的形式采集对应位置的肌电，而共用参考电极3作为共用接地使用，可以降低干扰影响。电刺激电极组与两个平行电极均与对应位置的肌肉表面接触，由此可以将两者均贴合安装于外骨架1的内表面，当将束缚带进行捆绑时，以保证其与对应位置肌肉表面贴合紧密。而共用参考电极3其不能与肌肉表面接触，可以将其与关节表面接触，比如膝关节，具体是在外骨架1的大腿固定架12底部或者小腿固定架13顶部设置有一个束缚带15，且在该束缚带15上设置有共用参考电极3，通过该束缚带15可以将共用参考电极3绑扎于膝关节外表面，共用参考电极3对应的电线路也布设于束缚带15内，另外由于膝关节对应区域位置有限，为适应不同身高患者使用，该束缚带15能够使得共用参考电极3与大腿固定架12或者小腿固定架13之间形成相对移动，具体可以是伸缩节(柔软型)，或者是滑动结构形式，可以达到调节共用参考电极3位置的目的，当然也可以采用具有一定弹性的材料，通过外力拉伸。当然束缚带15不会影响大腿固定架12与小腿固定架13之间的转动，具体是束缚带15采用T字形结构，包括捆绑部与连接部，其中捆绑部与连接部垂直，将共用参考电极3设置于两者的交汇处，捆绑部用于实现绑扎功能，而连接部则是连接大腿固定架12或者小腿固定架13，为条状结构，使得该束缚带15不会对与其连接的大腿固定架12或者小腿固定架13形成干扰，即不会对膝关节的阻尼控制器2工作产生影响，其位于阻尼控制器2的内侧。

参见图1以及图2，针对上述的电刺激仪与外骨架1配合形式，当将外骨架1捆绑于健侧肢体与患侧肢体后，步行训练方法包括以下步骤：

S1.采集同一人健侧肢体各肌群的肌电信号，得到若干组多肌群肌电信号数据D1，在同一时刻采集患侧肢体各肌群的肌电信号，得到若干组多肌群肌电信号数据D2，其中各肌群包括腓肠肌、比目鱼肌、臀大肌、腘绳肌、髂腰肌、股内收肌、股四头肌以及胫前肌，健侧肢体与患侧肢体的采集肌电信号位置一致；

S2.分别对D1与D2进行数据分析，具体包括滤波、时域分析、频域分析、有效收缩持续时间，通过滤波以解决基线漂移与噪声的干扰，然后对信号进行分级，以获取运动起止时间序列，结合公式计算以得到对应组的信号参数值，信号参数值包括：

其中EMG(t)为单位时间内的肌电信号值，P(f)为随频率变化的功率函数，RMS为肌电均方根值，IEMG为积分肌电值，MPF为肌电平均功率频率值；

S3.将每一步行周期分解为八个步态，具体是站立前期、站立初期、站立中期、站立末期、迈步前期、迈步初期、迈步中期、迈步末期，且根据各陀螺仪以及阻尼控制器2判断对应的步态，其中健侧肢体的步态姿势与患侧肢体的步态姿势周期性对应，患侧肢体与健侧肢体各肌群交替活动，尤其是腓肠肌、腘绳肌、股四头肌以及胫前肌，进而可以找出患侧肢体与健侧肢体活动相同的肌群，分析D1与D2中对应步态姿势的对应信号参数值(在每两个步行周期中活动相同的肌群的信号参数值)的差异值，进而获取每一步态中多通道电刺激参数配比，具体是将两个步行周期作为一个电刺激周期；

S4.将D1信号参数值进行多通道电刺激参数配比，得到相应组的多通道低频脉冲电刺激参数配比，每一通道均采用单独的电刺激参数配比，且是根据患者实际的步行健康状态生成；

S5.利用多路电极根据多通道低频脉冲电刺激参数配比对患者患侧肢体进行电刺激，在第一个刺激周期内，可以分为两种形式，当患者是第一次进行步行训练时，在第一个周期内患侧肢体只进行肌电信号的采集，不对其进行刺激，而患者是再次进行步行训练时，则采用上一次各通道的低频脉冲电刺激参数配比对患侧肢体进行电刺激；

S6.在电刺激的同一时刻，采集患侧肢体若干组多肌群肌电信号，并进行预处理，得到患侧肢体多肌群肌电信号数据D3，即获取刺激后患侧肢体各肌群的肌电信号；

S7.对D3进行数据分析，具体包括滤波、频谱分析，时域分析、有效收缩持续时间，获取D3对应的各组信号参数值；

S8.对比分析D1与D3中相对应的信号参数值，判断刺激强度、刺激时间时序、刺激脉冲类别，且当D3-IEMG>D1-IEMG时，调整刺激强度系数，而当MPF_t＜75％MPF_t-1时，刺激脉冲调整为中频调制低频电刺激，其中t-1为t的前一时刻，通过这两者来判断刺激调整后的信号参数值变化情况，进而达到再次调整刺激信号的目的；

S9.采集刺激调整后的患侧肢体多肌群肌电信号数据D4，且将D4作为步骤S2中的D2，依次循环S1-S8，且在该过程中对检测到的肌群肌电信号数据进行分析以判断对应肌群的疲劳程度，具体是对患侧肢体的每一肌群均预先设定MPF值，且当检测分析的MPF值小于设定值时，则暂停对各肌群的电刺激，对于预先设定的MPF值根据患侧肢体的恢复情况设定，具体可以是休息一段时间继续刺激患侧肢体，或者可以直接中止本次训练。

在上述过程中，每一次刺激周期均是作为下一次刺激周期的基础，通过采集上一次刺激周期中的肌电信号以判断上一周期的电刺激对肌群作用效果，且该作用效果是同一时刻患侧肢体的肌电信号与健侧肢体的肌电信号比较得出，从而实时判断电刺激信号是否适用于患侧肢体的恢复，而当在合适范围之内时，则可以继续采用上一刺激周期的电刺激信号，而当不合适时，则根据实际情况来调整电刺激信号参数，以再次获取更合适的电刺激信号。另外在本申请中，由于各关节之间设置有阻尼控制器2，该阻尼控制器2的阈值设定与患侧肢体采集的肌电信号相关，具体是通过采集患侧肢体各肌群的肌电信号，从而可以计算出各肌群对应的关节的承重范围，且结合在不同步态中患侧肢体的承重比例，进而可以计算出各关节的屈伸角度范围，而该屈伸角度范围即为阻尼控制器2预设的阈值，即表明阻尼控制器2的阈值不是人为设定的，而是根据患侧肢体的实际情况进行实时计算设定，进而有效保护训练过程中的患侧肢体关节。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种具有共用参考电极的外骨架，包括四个固定架，四个所述固定架由上至下分别为上身固定架、大腿固定架、小腿固定架以及脚固定架，其特征在于：于各所述固定架内均设置有探头，所述探头均包括探测电极组，所述探测电极组包括一组平行电极以及一个参考电极，于所述大腿固定架与所述小腿固定架之间设置有共用参考电极，各所述参考电极均电连接至所述共用参考电极。

2.如权利要求1所述的具有共用参考电极的外骨架，其特征在于：还包括位于所述大腿固定架与所述小腿固定架之间的束缚带，所述共用参考电极贴合安装于所述束缚带的内表面，所述束缚带与所述大腿固定架或者所述小腿固定架连接。

3.如权利要求2所述的具有共用参考电极的外骨架，其特征在于：所述束缚带包括捆绑部与连接部，所述捆绑部与所述连接部垂直且两者组成T字形，所述共用参考电极位于所述捆绑部与所述连接部的交汇处。

4.如权利要求1所述的具有共用参考电极的外骨架，其特征在于：于所述大腿固定架与所述小腿固定架内表面均贴合安装有多组平行电极，各所述平行电极分别对应人体的大腿与小腿的各肌群。

5.如权利要求1所述的具有共用参考电极的外骨架，其特征在于：相邻的两个所述固定架之间通过两组阻尼控制器连接，且两组所述阻尼控制器沿对应所述固定架的周向间隔分布。

6.如权利要求5所述的具有共用参考电极的外骨架，其特征在于：所述共用参考电极位于对应两组所述阻尼控制器内侧。

7.如权利要求5所述的具有共用参考电极的外骨架，其特征在于：所述阻尼控制器为三种，且三种所述阻尼控制器分别为髋关节阻尼控制器、膝关节阻尼控制器以及踝关节阻尼控制器，位于所述大腿固定架内的空间姿态传感器电连接所述髋关节阻尼控制器与所述膝关节阻尼控制器，位于所述小腿固定架内的空间姿态传感器电连接所述膝关节阻尼控制器与所述踝关节阻尼控制器。

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