随着社会老龄化的加剧,脑卒中患病率持续增加,卒中后70%以上的患者残留不同程度的运动功能障碍和日常生活障碍,而卒中后行走功能障碍,会严重影响患者康复的独自生活能力和身体整体的健康状况。下肢康复评定对患者病情诊断、康复计划制定、康复治疗评价等方面起着关键的作用,而电生理信息和运动学信息是下肢功能定量评价的两大核心内容。从电生理相关的诊断治疗器械角度来看,现有电生理相关的平台大多只具有单独的采集分析功能或单独的神经肌肉电刺激功能,无法实时完成多路表面肌电分析和电刺激治疗。而表面肌电信息一方面可以评价患者在治疗过程中的参与度,另外一方面可以提供准确的多肌肉协同工作状态,为神经肌肉电刺激提供实时参考。因此将多通道表面肌电采集分析系统和多模式电刺激平台结合起来可以更有效的促进下肢康复。从运动学检测技术角度来看,通过可穿戴的惯性传感单元,现有设备给面向诊所和家庭的医疗健康服务提供了一个可行的运动学分析解决方案,并在节约医院资源、缓解社会压力上做出了一定贡献。分析现有的运动学检测解决方案,一方面在实时检测复杂路面环境中的步态时相信息存在困难;另外一方面在实际的空间轨迹估计上仍受到惯性传感器的误差干扰。因此研制可改进现有问题的可穿戴运动学检测系统对下肢康复评定与干预有实际的应用价值。在调研卒中下肢康复评定方法的过程中,我们发现现有踝关节肌群的功能评价方法存在一定的局限性,现有方法主要关注主动拮抗肌的肌力,肌耐力或者时序分析,此类分析方法不能准确的评价多块协同作用。而踝关节的功能关系到步态过程中的动力与平衡控制。因此研究踝关节肌群协调性的评价指标,对于卒中下肢干预和恢复有较大的实用价值。本文的主要研究内容包括以下三个部分,前两个部分侧重于电生理以及运动学检测技术及器械,第三个部分关注基于表面肌电以及运动学分析的卒中下肢康复(踝关节肌群)评定方法。第一部分:表面肌电分析治疗平台的系统设计与实现:(1)多通道表面肌电采集分析平台的设计与实现:设计并实现了多通道表面肌电分析系统,系统可完成多通道的表面肌电采集,分析,存储。系统通过了医疗电气安全与相关行业标准的验证,通过与进口产品做人体试验对比,本系统在表面肌电时频域分析上与同类进口设备有较好的一致性。(2)肌电触发的神经肌肉电刺激(NMES)治疗系统的开发与验证:在表面肌电信号分析平台的基础上设计并实现了新型的复合肌电采集/神经肌肉刺激系统,系统可实现三种不同的治疗模式:循环NMES、功能NMES、肌电触发NMES。系统通过了相关医疗行业标准以及电气安全标准测试。在此基础上本系统在卒中患者上测试了肌电触发的神经肌肉电刺激功能,对比未接受肌电触发神经肌肉电刺激的控制组,接受肌电触发的神经肌肉电刺激治疗的试验组的目标肌肉的肌力和肌耐力均有显著的提高。第二部分运动学检测技术的研究:(3)基于惯性传感器的下肢运动学测量技术研究:设计提出了一种新型多传感器检测硬件系统和多传感器融合运动学时相检测算法,系统可以通过穿戴的方式固定在受试者的鞋上,方便受试者在临床或实际的生活环境中使用,也易于和其他治疗系统的集成。本文中改进了现有运动学检测系统中的:传感器检测系统、时相检测方法、误差建模方法。系统实现了空间信息测量(步长,空间轨迹)和时间信息(步态时相分割)检测,系统在步态时相分割上经过了不同步速,不同行走路面,不同年龄组成的受试者验证,展现出了一致的高准确率。通过与真值对比,系统在时相的检测精度和准确度上对比现有实时检测系统有明显提高。系统中集成的距离传感器数据也通过卡尔曼滤波算法融合到误差模型中。经过步行试验验证,本系统在空间轨迹上(步长)估计的误差在5%左右。因此本系统在临床和日常生活环境中的运动学检测和干预上有实用价值。第三部分基于表面肌电和运动学分析的卒中下肢康复评价方法研究:提出了基于肌电协同的踝关节肌群协同分析方法。通过人体试验,从下肢表面肌电信号中提取出了一类稳定存在于健康和卒中受试者步行中踝关节肌群的肌电协同结构,并与运动学参数有一定的相关性。健康受试者在肌电协同结构上展现了较好的规律性,因此本节提出的分析方法可用于卒中踝关节肌群的功能评价和干预。