CN101947153B - 一种穿戴式智能足下垂矫正器及矫正方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种穿戴式智能足下垂矫正器及矫正方法，通过处理单元对接收并处理倾斜传感器和压力传感器传回的传感信号，将倾斜传感器传回的小腿倾斜角度信号转换为与腿部倾斜角度对应的值，并将处理后的腿部倾斜角度值与预设的倾斜角度开关阈值进行比较，同时对设置在使用者双脚跟部的压力传感器传回的压力信号是否都承受使用者体重压力进行实时监测，当倾斜传感器实测值达到或大于开启阈值，以及设置在使用者双脚跟部的压力传感器都承受使用者体重压力时，向刺激电路刺激电路发送电脉冲刺激信号以处发刺激电极产生刺激电流，实现矫正的作用。该矫正器具有结构简单，使用方便，效果明显以及成本低廉等特点适于在足下垂治疗领域广泛推广。
Description
技术领域
本发明涉及一种穿戴式智能足下垂矫正器及矫正方法。
背景技术
许多患者在患脑中风或其它疾病后，导致神经传导出现阻滞造成足下垂。足下垂使患者足下垂是小腿部位最普遍的功能障碍之一。在这种情况下，病人不能正常通过肌肉弯曲脚踝关节，脚不能在摆腿或行走时抬离地面，而是拖在地上，使行走发生困难容易发生跌倒而危及患者。目前足下垂通常采用的治疗方法有理疗(足部温热疗法、康复拉伸、按摩等)、药物治疗(口服抗痉挛药物或者注射肉毒素等)或手术治疗。对于神经治疗已经结束的，推荐采用矫正器治疗。目前的足下垂矫正器多采用机械方式(机械足套或塑料模具等)，治疗过程痛苦且效果有限。虽然在过去的60年里，功能电刺激(functional ecectricalstimulation，FES)系统被开发用于辅助或者恢复由受伤或疾病引起的运动或感知功能丧失。使用FES能增加运动能力、减少痉挛、改善心肺功能，还能使病人参加可以促进功能恢复的物理治疗性运动。直到最近，FES仅限于使用三种方法：体表刺激、经皮肤刺激和完全植入带导线的电极。因此现在的刺激手臂或腿部肌肉的装置都是带有手动或自动控制开关的复杂设备，绝大多数都需要在医生的指导下进行使用。虽然发明了带有复杂运算系统的非便携式刺激仪，但由于体积、重量、操作复杂程度等限制而无法应用于普通患者。所以一种使用更为便利足下垂治疗仪急需被研制。
发明内容
本发明针对以上问题的提出，而研制一种穿戴式智能足下垂矫正器及矫正方法。本发明采用的技术手段如下：
一种穿戴式智能足下垂矫正器，其特征在于包括：
倾斜传感器，用于测量小腿倾斜角度；
压力传感器，用于感应脚跟部是否承受体重压力；
处理单元，用于能接收并处理倾斜传感器和压力传感器传回的传感信号，将倾斜传感器传回的小腿倾斜角度信号转换为与腿部倾斜角度对应的值，并将处理后的腿部倾斜角度值与预设的倾斜角度开关阈值进行比较，同时对设置在使用者双脚跟部的压力传感器传回的压力信号是否都承受使用者体重压力进行实时监测，当倾斜传感器实测值达到或大于开启阈值，以及设置在使用者双脚跟部的压力传感器都承受使用者体重压力时，向刺激电路刺激电路发送电脉冲刺激信号；
刺激电路，用于接收处理单元发送过来的开启电脉冲刺激信号，并控制刺激电极产生刺激电流；
电源装置，与上述各单元相连接，为治疗仪其提供电源；
所述倾斜传感器和压力传感器同处理单元相连接，所述处理单元同刺激电路相连接向其发送开启电脉冲刺激信号，刺激电极同刺激电路相连接；除压力传感器外各单元装置固定安装在能够安装于腿部的束带上。
还包括设定单元，用于设定新的倾斜角度开关阈值、刺激时间及刺激电路产生刺激电流的大小，所述设定单元同处理单元相连接；以及外接口，用于同外部计算机终端连接。
所述束带上安装有用于使刺激电极准确定位于人腿部特定刺激位置的定位装置，所述压力传感器镶嵌于鞋或袜子中。
所述倾斜传感器为加速度传感器，刺激电极为条形电极、吸入式电极、通过捆绑固定的电极或通过粘附固定的电极。
一种利用所述穿戴式智能足下垂矫正器进行矫正的方法，其特征在于包括如下步骤：
S1、将束带固定在使用者患病的腿上，同时将压力传感器镶嵌于使用者鞋或袜子中；
S2、通过倾斜传感器和压力传感器，获取测量小腿倾斜角度和感应脚跟部是否承受体重压力；
S3、通过处理单元倾斜传感器和压力传感器传回的传感信号进行处理，将倾斜传感器传回的小腿倾斜角度信号转换为与腿部倾斜角度对应的值，并将处理后的腿部倾斜角度值与预设的倾斜角度开关阈值进行比较，同时对设置在使用者双脚跟部的压力传感器传回的压力信号是否都承受使用者体重压力进行实时监测，当倾斜传感器实测值达到或大于开启阈值，以及设置在使用者双脚跟部的压力传感器都承受使用者体重压力时，向刺激电路刺激电路发送电脉冲刺激信号；
S4、刺激电路接收处理单元发送过来的开启电脉冲刺激信号后，控制刺激电极产生刺激电流。
所述步骤S3还包括当处理单元监测到倾斜传感器实测值没有达到开启阈值或设置在使用者双脚跟部的压力传感器没有都承受使用者体重压力时，发出刺激立刻停止信号给刺激电路；所述步骤S4立即控制刺激电极停止产生刺激电流同现有技术相比本发明的优点是显而易见的，具体如下：
1、使用者可以不受地点和环境的限制可以在任何地点进行使用，并且为了提高理疗的效果使用者可以在医师或其他仪器的辅助下，得到能更好设置角度开关阈值和时间阈值等参数的数据，定义一个能以最理想的方式刺激腿部的模式。
2、通过逻辑运算器的计算处理，可以通过把仪器刺激的实际效果与上边获取的模式进行比较的方法优化刺激控制电路使用的参数，从而达到最佳的理疗结果。
3、分布式框架，使其可以有效支持人、机器人与其它机器之间的通信与控制；获取使用者的信息进而理解他们的意图
另外，本发明还具有结构简单，便于生产，而且成本低廉适于在足下垂治疗领域广泛推广。
附图说明
图1为本发明的电路结构框图；
图2为本发明的正面结构示意图；
图3为本发明的俯视结构示意图；
图4为本发明使用效果图。
图中：1倾斜传感器、2处理单元、3设定单元、4刺激电路、5刺激电极、6压力传感器、7变压器、8电池、9显示装置、10参数设定按钮、11刺激电流调整钮、12束带、13外接口。
具体实施方式
本发明设计的矫正器的功能在是感知患者的下垂足的踏地过程，并在下垂足抬升和下落到地面过程中，通过皮肤表面电极刺激肌肉的运动点，使足背伸及小腿伸展，在下垂足支撑的过程中，去除电极刺激，使足背和小腿恢复正常。达到与正常人行走时肌肉运动方式相同。通过这种方式达到帮助患者步行的目的。采用新型的传感器件和高性能单片机为核心。采用护膝的使用方式，方便患者使用，安放在膝关节下胫骨粗隆下部。当患者行走时，传感器件获取患者小腿的状态，由单片机判断患者是否有抬腿动作。当检测患者有抬腿动作时施放电脉冲刺激，使患者的脚产生外翻动作，从而完成抬脚的动作。刺激器施放刺激的时机必须跟随患者的运动适时进行，以保证与患者正常行走一致。
如图1、图2和图3所示的穿戴式智能足下垂矫正器，包括：倾斜传感器1，用于测量小腿倾斜角度；压力传感器6，用于感应脚跟部是否承受体重压力；处理单元2，用于能接收并处理倾斜传感器1和压力传感器6传回的传感信号，将倾斜传感器1传回的小腿倾斜角度信号转换为与腿部倾斜角度对应的值，并将处理后的腿部倾斜角度值与预设的倾斜角度开关阈值进行比较，同时对设置在使用者双脚跟部的压力传感器6传回的压力信号是否都承受使用者体重压力进行实时监测，当倾斜传感器1实测值达到或大于开启阈值，以及设置在使用者双脚跟部的压力传感器6都承受使用者体重压力时，向刺激电路刺激电路4发送电脉冲刺激信号；刺激电路4，用于接收处理单元2发送过来的开启电脉冲刺激信号，并控制刺激电极5产生刺激电流；电源装置，与上述各单元相连接，为治疗仪其提供电源；除压力传感器6外各单元装置固定安装在能够安装于腿部的束带12上。设定单元3同处理单元2相连接，用于设定新的倾斜角度开关阈值、刺激时间及刺激电路产生刺激电流的大小，如图2所示该治疗仪通过参数设定按钮10调整新倾斜角度开关阈值、刺激时间阈值等参数的设置，刺激电流调整钮11用于调整刺激电路产生刺激电流的大小(为使用方便可设置显示装置9显示参数调整的状态等信息)。以及外接口13同外部计算机终端连接通信。另外，束带12上安装有用于使刺激电极5准确定位于人腿部特定刺激位置的定位装置。所述压力传感器6镶嵌于鞋或袜子中。
其中束带12为一种可伸缩、透气性好的材料制成，为了使用方便可在束带12末端有尼龙刺粘搭链，以便将束带在膝盖下方环绕固定在腿上(如图4所视)。所述定位装置为一个沿束带12纵轴紧密固定于束带上的金属板，金属板沿垂直方向的中轴线较薄，以便在此处将金属板折弯对应在胫骨的前侧，金属板在胫骨两侧沿垂直方向可有对称突出物，用于防止金属板相对胫骨左右移动。金属板一旦按上述被折弯，每一次都可以被定位在胫骨上，这样就是使刺激电极5每次都能够准确的对准人腿部特定刺激位置。倾斜传感器1可以为液体式倾斜传感器，也可为加速传感器，可以根据其与重力方向的夹角产生不同电压的虚拟感应信号，压力传感器6可用普通压力感应传感器。其中倾斜传感器1和压力传感器6传回的信号经过放大滤波处理后传输到处理单元2中进行处理，当倾斜传感器1实测值达到或大于开启阈值，以及设置在使用者双脚跟部的压力传感器6都承受使用者体重压力时，向刺激电路刺激电路4发送电脉冲刺激信号；其中刺激电路4的供电通过变压器7将电池8提供的电压进行处理后供给的。刺激电极5可为条形电极、吸入式电极、通过捆绑固定的电极或通过粘附固定的电极。该治疗仪还可以含有连接电脑用的插口，以便将信号从逻辑电路传到电脑，通过电脑调整分压器和感应器的数据图中未视。
可拉伸的束带12能提供很好的固定作用，而且易于安装和拆卸。倾斜感应装置及重力感应装置能发出准确的信号，不论使用者是胖或瘦，速度快或慢，地面是何种材质，是否倾斜。与传统方式相比，倾斜感应装置结合重力感应装置受痉挛、脚踝抽筋等症状的影响更小。该矫正器通过倾斜感应装置、重力感应装置和控制装置的组合，使腿的位置能被连续精细的监测，使对腿的刺激能被准确的开启或停止。能将刺激与腿的位置紧密的关联起来。本仪器能发出连续的控制开关的感应信号，不受行走速度的影响。
利用上述穿戴式智能足下垂矫正器进行矫正的方法，包括如下步骤：
S1、将束带12固定在使用者患病的腿上，同时将压力传感器6镶嵌于使用者鞋或袜子中；
S2、通过倾斜传感器1和压力传感器6，获取测量小腿倾斜角度和感应脚跟部是否承受体重压力；
S3、通过处理单元2倾斜传感器1和压力传感器6传回的传感信号进行处理，将倾斜传感器1传回的小腿倾斜角度信号转换为与腿部倾斜角度对应的值，并将处理后的腿部倾斜角度值与预设的倾斜角度开关阈值进行比较，同时对设置在使用者双脚跟部的压力传感器6传回的压力信号是否都承受使用者体重压力进行实时监测，当倾斜传感器1实测值达到或大于开启阈值，以及设置在使用者双脚跟部的压力传感器6都承受使用者体重压力时，向刺激电路刺激电路4发送电脉冲刺激信号；
S4、刺激电路4接收处理单元2发送过来的开启电脉冲刺激信号后，控制刺激电极5产生刺激电流。
为保证安全使用，所述步骤S3还包括当处理单元2监测到倾斜传感器1实测值没有达到开启阈值或设置在使用者双脚跟部的压力传感器6没有都承受使用者体重压力时，发出刺激立刻停止信号给刺激电路4；所述步骤S4立即控制刺激电极5停止产生刺激电流。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种穿戴式智能足下垂矫正器，其特征在于包括：
倾斜传感器(1)，用于测量小腿倾斜角度；
压力传感器(6)，用于感应脚跟部是否承受体重压力；
处理单元(2)，用于能接收并处理倾斜传感器(1)和压力传感器(6)传回的传感信号，将倾斜传感器(1)传回的小腿倾斜角度信号转换为腿部倾斜角度值，并将腿部倾斜角度值与预设的倾斜角度开关阈值进行比较，同时对设置在使用者双脚跟部的压力传感器(6)是否都承受使用者体重压力进行实时监测，当倾斜传感器(1)实测的腿部倾斜角度值达到或大于倾斜角度开关阈值，以及设置在使用者双脚跟部的压力传感器(6)都承受使用者体重压力时，向刺激电路(4)发送电脉冲刺激信号；
刺激电路(4)，用于接收处理单元(2)发送过来的电脉冲刺激信号，并控制刺激电极(5)产生刺激电流；
电源装置，与倾斜传感器(1)、压力传感器(6)、处理单元(2)、刺激电路(4)以及刺激电极(5)相连接，为所述矫正器提供电能；
所述倾斜传感器(1)和压力传感器(6)同处理单元(2)相连接，所述处理单元(2)同刺激电路(4)相连接向其发送电脉冲刺激信号，刺激电极(5)同刺激电路(4)相连接；除压力传感器(6)外，倾斜传感器(1)、处理单元(2)、刺激电路(4)以及刺激电极(5)固定安装在能够安装于腿部的束带(12)上。
2.根据权利要求1所述的穿戴式智能足下垂矫正器，其特征在于还包括设定单元(3)，用于设定新的倾斜角度开关阈值、刺激时间及刺激电路产生刺激电流的大小，所述设定单元(3)同处理单元(2)相连接；以及外接口(13)，用于同外部计算机终端连接。
3.根据权利要求1所述的穿戴式智能足下垂矫正器，其特征在于所述束带(12)上安装有用于使刺激电极(5)准确定位于人腿部特定刺激位置的定位装置，所述压力传感器(6)镶嵌于鞋或袜子中。
4.根据权利要求1、2或3所述的穿戴式智能足下垂矫正器，其特征在于所述倾斜传感器为加速度传感器，刺激电极(5)为条形电极。
5.根据权利要求1、2或3所述的穿戴式智能足下垂矫正器，其特征在于所述刺激电极(5)为通过捆绑固定的电极或通过粘附固定的电极。
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