步态即为人体走路时的姿态,是一种复杂而有规律的运动过程。步态包含了许多运动信息,通过采集和分析步态信息得到的步态参数,在康复治疗中可以发挥重要作用。我国足下垂患者数量庞大,功能性电刺激是目前应用最为广泛的足下垂康复治疗方法。功能性电刺激通过在行走的摆动阶段以低频脉冲电流刺激胫骨前肌,促进胫骨前肌主动收缩,使足部产生背屈运动,从而治疗足下垂。相比于足下垂的其他康复治疗方法,功能性电刺激不仅能够帮助患者恢复正常行走能力,而且使患者行走时更加自信、步态更稳健且不易疲劳,是足下垂的一种有效的康复治疗方法。本文设计并实现了功能性电刺激仪,并基于MEMS传感器采集步态数据,实时识别患者行走时的摆动相,在摆动相触发功能性电刺激输出,给予胫骨前肌电刺激。本文主要研究内容为:(1)基于MEMS传感器芯片MPU6050,设计了一种穿戴式步态信号采集系统,为寻找最优传感器穿戴位置及进行算法研究,系统由上位机和下位机两个部分组成,下位机负责数据的采集,上位机负责数据的接收,并将接收到的数据传输到计算机中处理,上下位机之间通过低功耗蓝牙4.0进行数据通信。(2)将传感器分别穿戴在大腿、小腿和踝关节三个位置,在平地自由行走模式和跑步机平台下,采集了8个志愿者的步态参数,通过分析步态参数曲线图,提出了基于阈值的角速度步态分段算法,实时识别步态的摆动相。在平地自由行走模式和跑步机平台下,测试了基于阈值的角速度步态分段算法,该算法对脚跟离地和脚跟着地两个时刻的识别率分别为97%和98%以上,并且传感器穿戴在小腿位置最优,验证了算法的准确性。(3)设计了基于CC2541的功能性电刺激系统,包括Boost升压电路,数字电位器模块以及电刺激输出电路的设计,选择了合适的电刺激幅值、频率、波形和刺激位置,实现了双极性电刺激梯形包络线输出。在数据采集模块的CC2541单片机中实现步态分段算法,并应用到所设计的功能性电刺激中,实现实时数据采集、处理和电刺激一体化,并测试了自由行走模式下的系统功能性电刺激的输出,验证了所设计系统的可行性。本文所研究的基于阈值的角速度步态分段算法简单有效,能准确进行步态分段,实时识别摆动相,在脚跟离地阶段开启功能性电刺激,在脚跟着地时刻停止电刺激,所设计的系统为足下垂患者康复治疗提供了一种安全有效的方法。