基于节律性听觉刺激的步态康复训练系统及训练方法与流程

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：

1、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。

2、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。

3、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。

4、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。

技术实现思路

1、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。

2、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：

3、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；

4、运动数据采集模块用于采集触地信号；

5、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；

6、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；

7、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；

8、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

9、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。

10、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。

11、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。

12、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。

13、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。

14、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。

15、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。

16、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。

17、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。

18、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。

19、在另一实施例中，所述听觉反馈设备为音响，或者耳机。

20、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。

21、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：

22、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；

23、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；

24、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；

25、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；

26、步骤五，步态训练；

27、步骤5.1，开始进行步态训练；

28、步骤5.2，运动数据采集模块采集即时触地信号；

29、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；

30、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；

31、步骤5.5，结束步态训练。

32、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。

33、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。

34、本发明可以达到的技术效果是：

35、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。

36、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。

37、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。

38、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。