CN102813998B - 中枢神经损伤患者用多功能复合康复系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种中枢神经损伤患者用多功能复合康复系统，其包括数据库模块、数据管理模块、人机交互模块、功能评估模块、处方生成及管理模块、计算模块、系统控制模块和安全保护模块。本发明利用人工智能，预测、识别人体运动意图，实现人机协调控制，完成患者主动式康复治疗；通过多源信号采集、信号融合及实时控制技术，将各功能有机融合，实现各功能模块的协调康复治疗，有效提高康复效果，降低人力消耗；在康复过程中，利用虚拟现实技术，引导患者按要求逐步完成康复治疗；通过医生、患者和电脑的交互，综合确定一套符合患者病情的递进式复合康复策略，使神经损伤患者在50天的黄金康复期内得到最有效的康复治疗，促进功能恢复最大化。

Description

中枢神经损伤患者用多功能复合康复系统

技术领域

本发明涉及的是一种多功能复合康复系统，特别地，涉及一种中枢神经损伤患者用多功能复合康复系统。

背景技术

中风及脊髓损伤疾病是目前较为常见的神经系统疾病，治疗不当将造成残疾甚至死亡等严重后果。据估计，我国仅中风患者600万，而且每年新增200万人，患者常留下偏瘫等后遗症状。目前对于中风及脊髓损伤患者的治疗，早期仅集中于药物治疗，而对后期的功能训练不够重视，以致于延误了康复的最佳时机，部分患者丧失劳动能力和生活能力。而患者接受康复治疗的黄金时间仅几十天。故需要在短短的几十天内，使患者迅速、安全的接受有效的康复治疗，使患者的功能恢复最大化，尽量减轻病症带来的后遗症。

目前，针对中枢神经损伤患者的康复治疗方法主要包括：

1)肌电生物反馈

肌电生物反馈是通过肌电信号观察肌紧张或松驰的水平。通过反馈的视、听信号，患者可有意识地收缩或放松肌肉从而改善其运动控制能力，达到运动功能恢复的目的。在脑卒中偏瘫的治疗中，可以促进代偿功能，使受抑制的神经通路开通，最大限度地保留那部分神经肌肉组织的潜力，使其重新发挥正常生理功能。

2)功能性电刺激

功能性电刺激是指利用一定强度的低频脉冲电流，通过预先设定的刺激程序来刺激一组或多组肌肉，诱发肌肉运动或模拟正常的自主运动，以达到改善或恢复被刺激肌肉或肌群功能的目的的治疗方法。功能性电刺激系统通过感觉的输入，利用中枢神经的可塑性，促进大脑功能的重组，在脑卒中患者偏瘫的恢复中发挥重要的作用。

3)减重步行训练

减重步行训练是利用悬吊装置不同程度地减少体重对下肢的负荷，减轻因负荷过重而引起的痉挛状态，为支撑能力不足的患者提供步行训练的机会，有利于患者全身各系统生理功能的恢复，并通过反复训练强化大脑重塑，以帮助患者建立正常步态。

4)起立床站立训练

电动起立床通过调整倾斜角度使被缚于其上的患者产生自身重力作用，帮助患者完成仰卧位到站立位，重心从低到高的过波，使患者充分适应立位状态；提高躯干和下肢的负重能力；有效刺激本体感受器，对患侧肢体进行促通，并可增加肌张力偏低患者的肌张力。

5)康复机器人技术

通过康复机器人帮助患者完成屈伸、步态行走等不同形式的康复训练，可用于中风及脊髓损伤疾病后瘫痪下肢的功能训练。

经过对现有技术文献的检索发现，文献《基于虚拟现实的外骨骼式远程康复系统》(《机械设计与研究》2011年04期)提出了一套三自由度外骨骼式远程康复系统，该系统可以带动人体上肢实现肩部的屈/伸运动、外摆/内收运动及肘部的屈/伸运动，应用虚拟现实技术制作了一个虚拟人和一个虚拟场景，它可以跟随患者一起运动，并可以在虚拟场景中进行漫游，医生通过远程进行监控。但该系统仅能实现被动式的运动治疗，即患者由外骨骼带动进行运动，无法实现主动式运动康复训练，同时，也无法在运动治疗过程接受生物反馈、电刺激等其他治疗，降低了康复的有效性。

文献《一种用于偏瘫患者的减重多态康复训练评定系统的设计》(《中国生物医学工程学报》，2010年06期)提出了一套减重式多态康复训练评定系统，通过具有倾斜功能的训练床来实现人体不同程度的减重，通过主控计算机控制驱动装置来实现患者在减重状态下进行下肢主动屈伸和被动屈伸的运动训练，并能对主动运动和被动运动状态下的足底压力、运动参数以及静态平衡参数进行测试和统计分析。但该系统仅能实现主动屈伸和被动屈伸的运动训练，无法进行步态训练，也无法在运动治疗过程接受生物反馈、电刺激等其他治疗，降低了康复的有效性。同前面的文献一样，系统功能单一，都没有提及综合各康复手段，进行复合康复治疗，并通过评估进行递进式康复，而递进式的复合康复治疗方案更有利于中枢神经损伤患者的康复。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种中枢神经损伤患者用多功能复合康复系统，该系统集诊断、处方、治疗、评定、存储于一体，能够根据集成化的传感器，方便、实时、准确的评估患者的损伤程度；根据评定给出递进式复合康复策略；综合运用运动理疗、外周神经刺激、虚拟现实等复合康复疗法，提供中枢神经损伤患者有效、快速的康复治疗；且康复周期短，人力投入低；同时建立数据库，存储患者康复信息，为医生提供处方依据，方便病例分析，能够对处方进行进一步的优化修正。

为实现上述目的，本发明提供了一种中枢神经损伤患者用多功能复合康复系统，其包括数据库模块、数据管理模块、人机交互模块、功能评估模块、处方生成及管理模块、计算模块、系统控制模块和安全保护模块，其中，所述数据库模块与所述数据管理模块相连；所述数据管理模块与所述功能评估模块、处方生成及管理模块、计算模块、系统控制模块和安全保护模块相连；所述人机交互模块与所述计算模块和功能评估模块相连；所述功能评估模块与所述人机交互模块、处方生成及管理模块相连、计算模块和数据管理模块相连；所述处方生成及管理模块与所述功能评估模块、计算模块和数据管理模块相连；所述计算模块与所述数据管理模块、人机交互模块、功能评估模块、处方生成及管理模块和系统控制模块相连；所述系统控制模块与所述数据管理模块、计算模块和安全保护模块相连；所述安全保护模块与所述数据管理模块和系统控制模块相连。

如上述的中枢神经损伤患者用多功能复合康复系统，其中，所述数据库模块包括患者基本信息存储模块、患者治疗及康复信息存储模块中、医生处方信息存储模块和设备基本信息存储模块。

如上述的中枢神经损伤患者用多功能复合康复系统，其中，所述数据管理模块包括数据库信息录入及修改模块、数据库信息显示模块、数据库信息传输模块和设备参数修正模块。

如上述的中枢神经损伤患者用多功能复合康复系统，其中，所述人机交互模块包括生物信号采集及处理模块、人机交互力关节转角及采集模块、患者生理信息采集及处理模块、外周刺激模块、辅助运动模块和虚拟现实模块；其中，所述人机交互力及关节转角采集模块包括力传感器和角度传感器；所述外周刺激模块包括电刺激仪和电磁波治疗仪；所述辅助运动模块包括支撑单元、运动驱动单元和运动控制单元。

如上述的中枢神经损伤患者用多功能复合康复系统，其中，所述功能评估模块包括患者生理状况评定模块、患者损伤程度评定模块、患者康复疗效评估模块。

如上述的中枢神经损伤患者用多功能复合康复系统，其中，所述处方生成及管理模块包括医生处方录入及管理模块、患者递进治疗控制模块和智能处方生成及修正模块。

如上述的中枢神经损伤患者用多功能复合康复系统，其中，所述计算模块包括多源信号融合处理模块、运动识别模块、机构运动学及动力学计算模块和外周刺激模式生成模块。

如上述的中枢神经损伤患者用多功能复合康复系统，其中，所述系统控制模块包括辅助机构运动控制模块、外周电刺激控制模块、虚拟现实控制模块和系统模式控制模块。

如上述的中枢神经损伤患者用多功能复合康复系统，其中，所述安全保护模块包括患者实时康复情况监测模块、机构运行状态实时监测模块、设备紧急停止模块和紧急求救模块。

如上述的中枢神经损伤患者用多功能复合康复系统，其中，其包括卧式复合康复系统、站立式复合康复系统和骑行式复合康复系统。

与现有技术相比，本发明的中枢神经损伤患者用多功能复合康复系统具有以下有益的技术效果：

(1)利用人工智能，预测、识别人体运动意图，实现人机协调控制，从而完成患者主动式康复治疗，比起传统的患者被动接受治疗具有更好的疗效；

(2)同时综合肌电生物反馈、功能性电刺激、减重步行训练、起立床站立训练、康复机器人技术等康复手段，通过多源信号采集、信号融合及实时控制技术，将各功能有机融合，实现各功能模块的协调康复治疗，有效提高康复效果，并降低人力消耗；

(3)在康复过程中，利用虚拟现实技术，直观、有效的引导患者按要求逐步完成康复治疗，提高患者康复积极性；

(4)通过医生、患者和电脑的交互，综合确定一套符合患者病情的递进式复合康复策略，使神经损伤患者在50天的黄金康复期内得到最有效的康复治疗，促进功能恢复最大化。

附图说明

图1为本发明的中枢神经损伤患者用多功能复合康复系统的框架示意图；

图2为本发明的中枢神经损伤患者用多功能复合康复系统的康复治疗流程图；

图3为本发明的一个优选实施例卧式复合康复系统的结构示意图；

图4为本发明的另一个优选实施例站立式复合康复系统的结构示意图；

图5为本发明的另一个优选实施例骑行式复合康复系统的结构示意图。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

如图1所示，本发明的中枢神经损伤患者用多功能复合康复系统包括数据库模块、数据管理模块、人机交互模块、功能评估模块、处方生成及管理模块、计算模块、系统控制模块和安全保护模块。数据库模块与数据管理模块相连；数据管理模块与功能评估模块、处方生成及管理模块、计算模块、系统控制模块和安全保护模块相连；人机交互模块与计算模块和功能评估模块相连；功能评估模块与人机交互模块、处方生成及管理模块相连、计算模块、数据管理模块相连；处方生成及管理模块与功能评估模块、计算模块、数据管理模块相连；计算模块与数据管理模块、人机交互模块、功能评估模块、处方生成及管理模块、系统控制模块相连；系统控制模块与数据管理模块、计算模块、安全保护模块相连；安全保护模块与数据管理模块、系统控制模块相连。

其中，数据库模块用于存储患者基本信息、患者康复治疗过程中的相关信息、医生对于不同患者所开的处方，以及设备运行过程中的各项参数、指标，该模块仅能通过数据管理模块进行修改、管理，从而保证数据库的安全性和稳定性。

数据管理模块用于对数据库信息、设备参数等信息进行修改，同时显示数据库中的信息，供使用人员查阅，还可通过有线/无线网络、短信、蓝牙等方式，进行设备间远距离信息传输和信息共享。

人机交互模块通过检测人体生物信号、人机交互力、患者生理状况等信息，实时检测患者康复过程中的各项参数、指标，所采集的数据供计算模块使用，以识别人体运动，进行进一步康复治疗；同时通过外周刺激和辅助运动机构对患者进行康复治疗，通过虚拟现实设备使患者按照既定任务要求进行主动康复治疗，并及时了解康复情况。

计算模块根据人机交互模块所采集到的信息，进行信号处理、运动解码，识别人体运动及患者生理状况，其信息可以供功能评估模块进行评估，也可供处方生成及管理模块进行处方的生成及修正，同时计算模块根据所得到的人体运动信息、患者生理状况及处方的相应要求，对辅助运动机构和外周刺激设备的相关运行参数进行计算和确定，如：运动轨迹、刺激周期、刺激强度等。

功能评估模块根据计算模块得到的相关数据，对患者的生理状况、损伤程度、康复疗效等进行实时或定期的评估，评估结果供处方生成及管理模块生成、执行或修正处方。

处方生成及管理模块根据功能评估模块及计算模块的相关信息生成处方、对既定处方递进康复进行判定或对处方进行智能修正，并供计算模块生成相应控制信息。

安全保护模块实时监测患者的状况和设备的运行状态，一旦出现紧急情况实行紧急停止，并及时通知看护医生进行检查。

系统控制模块根据计算模块得到的控制信息以及安全保护模块的信号，控制辅助运动机构的电机进行运动，同时控制外周刺激设备以设定的频率和强度进行治疗，根据患者的运动情况实时更新虚拟现实的显示内容，并控制其他外围设备。

具体地，数据库模块包括患者基本信息存储模块、患者治疗及康复信息存储模块中、医生处方信息存储模块和设备基本信息存储模块。将患者的姓名、性别、病历等信息存储于患者基本信息存储模块；将患者整个治疗过程中所接受的康复科目和不同时间点患者运动功能、损伤程度及康复疗效的评定结果存储于患者治疗及康复信息存储模块中；同时在医生处方信息存储模块中，存储医生对于不同患者所开的处方，方便对各病种处方的管理、借鉴和改进；并通过设备基本信息存储模块记录设备运行过程中的各项参数、指标，便于检修及日常维护。

数据管理模块包括数据库信息录入及修改模块、数据库信息显示模块、数据库信息传输模块和设备参数修正模块。通过数据库信息录入及修改模块对数据库中的信息进行修改；通过数据库信息显示模块，查阅、显示数据库中存贮的信息；通过设备参数修正模块对设备的一些基本参数，如：时间、运行模式等参数进行修改；通过数据库信息传输模块将数据库中的信息通过有线/无线网络、短信、蓝牙等方式，进行设备间远距离信息传输和信息共享，将病例等信息传递给其他地方的医生，实现联合会诊，远程医疗。

人机交互模块包括生物信号采集及处理模块、人机交互力关节转角及采集模块、患者生理信息采集及处理模块、外周刺激模块、辅助运动模块和虚拟现实模块。

其中：生物信号采集及处理模块通过表面肌电信号电极，检测肌肉收缩时产生的微弱电信号，通过信号放大、滤波去噪、预处理等过程，将信号转换为信噪比较高，幅值较大的信号，便于后期处理；对于没有肌电信号的高位截瘫患者，加入脑电信号采集及处理单元，同样包括放大、滤波去噪、预处理等过程。其中，滤波去噪的方法可以包括有限冲击响应滤波器、无限冲击响应滤波器、卡尔曼滤波器、自适应滤波器、小波变换等。对于下肢康复，需要对大腿、小腿的前群、后群、内侧群、外侧群肌肉的人体生物信号同时进行采集和处理。对于上肢康复，同样需要对相应肌肉群进行同时检测处理。

人机交互力及关节转角采集模块通过放置于人体或机构上的力传感器实时检测患者在康复治疗中与辅助运动机构之间产生的交互力，通过滤波去噪，将信息传递给计算模块；同时，通过置于人体或机构上的角度传感器实时检测人体关节的角度，并将信息传递给计算模块。力传感器可以包括：置于人体与机构之间的气囊式压力传感器、拉压力传感器，置于机构的电阻应变片、力矩传感器，运动机构驱动电机的电流传感器；角度传感器可以包括：置于机构的角位移传感器、倾角传感器，置于人体的光纤角度传感器；并通过人体三维运动捕捉仪检测人体位姿。

患者生理信息采集及处理模块通过脉搏、血压传感器、骨密度检测仪，实时监测患者在康复治疗过程中的脉搏、血压、骨密度等生理参数，通过热量消耗检测仪实时检测患者在康复治疗过程中的热量消耗；数据通过数据管理模块进行存储、归档，同时供计算模块和安全保护模块做进一步的处理。

外周刺激模块包括集成化的功能性电刺激仪和电磁波治疗仪，分别对患者进行功能性电刺激和低频、中频、高频电磁波治疗，其频率、幅度、波形可根据系统控制的信号进行设定和修正。

辅助运动模块用于辅助患者进行主动或被动的物理运动，主要包括支撑单元、运动驱动单元和运动控制单元。支撑单元用于支撑人体重量并带动人体运动，一般包括辅助支架，如减重机构、起立床机构、康复座椅、康复自行车等机构，和辅助运动机构，如外骨骼机器人等；运动驱动单元主要指驱动辅助运动机构的旋转电机、直线电机等；运动控制单元主要指控制运动驱动单元的运动控制器。辅助运动模块由系统控制模块进行统一调度、控制。

虚拟现实模块根据事先设定的任务场景，如：野外骑行、城市散步、室内搬运、连线游戏等，实时检测人体运动信息，通过视、听设备，或压力、触觉等感觉器官，实时反馈给患者，并指引患者逐步完成设定任务。该模块由系统控制模块进行统一调度、控制。

功能评估模块包括患者生理状况评定模块、患者损伤程度评定模块、患者康复疗效评估模块。患者生理状况评定模块根据患者生理信息采集及处理模块和计算模块的信息，参照相关的医学指标和参数，对患者在康复过程中的生理状况进行快速准确的实时评定；患者损伤程度评定模块根据患者生理信息采集及处理模块和计算模块的信息，参照相关的评估准则，对患者在接受康复之前的神经损伤程度进行准确的评定；患者康复疗效评估模块根据患者生理状况评定模块和患者损伤程度评定模块的评定结果，参照康复医学相关的疗效评定准则，对康复疗效进行评估；评估结果将作为处方生成及管理模块确定处方、实施递进治疗以及修正处方的依据。

处方生成及管理模块包括医生处方录入及管理模块、患者递进治疗控制模块和智能处方生成及修正模块。医生处方录入及管理模块通过数据管理模块由医生进行相应患者的处方录入和修改，也可进行病例的归档、查阅、管理；患者递进治疗控制模块根据功能评估模块和计算模块的患者康复信息，按设定处方的要求，对递进治疗进行判别和控制，并最终由医生进行确认；智能处方生成及修正模块根据功能评估模块和数据库模块中相关病例的处方信息，自行生成建议处方，并根据患者康复治疗过程中的先关治疗信息和反馈信息对处方进行智能修正，最终由医生进行确认。

计算模块包括多源信号融合处理模块、运动识别模块、机构运动学及动力学计算模块和外周刺激模式生成模块。多源信号融合处理模块通过神经网络、模糊算法等方法，将生物信号采集及处理模块和人机交互力及关节转角采集模块的信息进行信息融合；运动识别模块通过模糊人工神经网络、遗传算法、内合法、线性分类等模式识别方法进行人体运动的识别，并预测人体肌肉收缩力、关节转动力矩、人体位姿、人体运动意图等信息；机构运动学及动力学计算模块根据运动识别模块的结果以及处方所设定的治疗方案，按照辅助运动机构的运动学及东西学特性，实时计算生成机构的运动轨迹，并转换成对应的控制信号，传递至系统控制模块；外周刺激模式生成模块根据运动识别模块的结果以及处方所设定的治疗方案，实时计算生成相应的功能性电刺激仪和电磁波治疗仪的刺激频率、刺激波形和刺激强度，并将结果传递至系统控制模块。

系统控制模块包括辅助机构运动控制模块、外周电刺激控制模块、虚拟现实控制模块和系统模式控制模块。辅助机构运动控制模块根据计算模块的计算结果，控制辅助运动机构的各电机按照计算轨迹进行运动；外周电刺激控制模块根据计算模块的计算结果，控制集成化的功能性电刺激仪和电磁波治疗仪进行适当的外周刺激；虚拟现实控制模块根据计算模块得到的人体运动相关信息控制虚拟现实模块进行对应场景、对应动作、对应任务指示的显示、提示等；系统模式控制模块负责进行系统运行模式的设定，主要包括：自检模式、评估模式、康复模式、处方模式。

安全保护模块包括患者实时康复情况监测模块、机构运行状态实时监测模块、设备紧急停止模块和紧急求救模块。患者实时康复情况监测模块通过人机交互模块实时监测患者身体状况，并与正常身体状况进行实时比较，以实时监测患者的身体状况是否正常，同时监测人机交互力，以检测人体肌肉收缩力或机构辅助力是否过大；机构运行状态实时监测模块实时监测辅助运动机构和外周电刺激设备的运行情况；设备紧急停止模块在患者身体状况异常、肌肉收缩力或机构辅助力过大、外周电刺激设备运行异常时控制设备紧急停止，必要时切断电源，同时也可由患者在感觉不适，或看护医生发现异常时，手动紧急停止；紧急求救模块在患者身体情况出现异常，需要紧急救护时，向医生发出紧急求救信号，并发出患者的相关身体状况信息，便于医生做出迅速准确的救助。

下面详细介绍一下本发明的中枢神经损伤患者用多功能复合康复系统的具体工作流程：

患者入院后首先在数据管理模块进行患者基本信息的录入，将系统模式控制模块设为评估模式，通过功能评估模块进行详细的损伤评估和运动功能评定，其评估过程如下：

通过人机交互力及关节转角采集模块，检测患者各关节肌肉收缩力，主、被动关节活动度等相关信息，根据计算模块的计算结果，参照相关的评估准则，对患者的神经损伤部位进行初步评定，如胸10、颈3等；利用外周电刺激控制模块对患者进行神经电刺激，同时通过生物信号采集及处理模块实时采集诱发生物电信号，根据计算模块的计算结果，并综合初步评定结果，参照相关的评估准则，对患者的神经损伤程度进行准确的评定；评定结果通过数据管理模块存储到数据库模块中的患者治疗及康复信息存储模块中。

患者经过评估后将系统模式控制模块设为处方模式。系统通过数据管理模块调用患者评估结果，同时检索相似病例，对相似病例进行比较筛选和修正，制定建议处方，医生根据建议处方进行进一步修改和确定，也可通过数据库信息传输模块，将病例等信息传递给其他地方的医生，进行联合会诊，远程医疗。处方内容一般针对中枢神经损伤患者分为初期治疗、中期治疗、后期治疗、矫正治疗和关节运动治疗。初期治疗主要针对神经损伤较严重，没有主动运动能力的患者，主要采取被动式运动康复治疗，与功能性电刺激、微波治疗相结合，并辅助以虚拟现实任务的复合康复治疗方案。中期治疗主要针对有一定神经损伤，同时具有一定运动能力，但主动活动度和肌肉力都较小，主要采取主动式运动康复治疗，与功能性电刺激、微波治疗相结合，并辅助以虚拟现实任务的复合康复治疗方案。对于偏瘫患者，采取健侧控制残侧的康复方案，通过检测健侧运动，利用辅助运动机构和外周刺激设备，使残侧肢体完成协调动作，并辅助以虚拟现实任务。后期治疗主要针对神经损伤程度较轻，具有较强运动能力，但仍不足以完成日常生活活动，或康复治疗后期患者，主要采取主动式或阻抗运动康复治疗，与功能性电刺激、微波治疗相结合，并辅助以虚拟现实任务的复合康复治疗方案。矫正治疗主要针对神经损伤程度较轻，具有自主活动能力，但由于神经损伤导致运动不协调，如足下垂等情况，主要采取主动式运动康复治疗，并在运动过程中适时增加功能性电刺激、微波刺激以矫正运动，并辅助以虚拟现实任务的复合康复治疗方案。关节运动治疗主要针对无神经损伤，但关节活动度受限患者，主要采取被动运动的治疗方式，辅助以微波刺激，减轻疼痛，疏通血管。处方设定完成后，通过数据管理模块存储到数据库模块中的的患者治疗及康复信息存储模块中。

处方设定完成后进入康复治疗阶段，设定系统模式控制模块为康复模式。系统通过数据管理模块调用患者处方，根据处方内容，进行相应的康复治疗，并通过数据管理模块存储到数据库模块中的患者治疗及康复信息存储模块中。

对于初期治疗，计算模块根据处方要求，如被动屈伸、被动行走等模式，计算辅助运动机构运动轨迹，同时根据辅助运动机构的运动估计，计算所需电刺激及微波刺激波形、强度、刺激时间、脉宽等参数，通过系统控制模块控制辅助运动机构，带动患者残侧按处方设定，进行物理康复运动，如屈伸、行走、骑行，并控制外周刺激模块进行实时外周刺激，并控制虚拟现实模块进行对应过程的显示，指示患者按要求逐步完成康复治疗，同时通过患者生理信息采集及处理模块实时检测人体状况，与正常值进行实时比对，判断患者体征是否正常。

对于中期治疗，计算模块根据处方要求，如主动屈伸、主动行走等模式，通过生物信号采集及处理模块和人机交互力及关节转角采集模块实时采集人体主动运动信息，通过多源信号融合处理模块、运动识别模块实时判断、预测人体运动及收缩力大小，计算辅助运动机构辅助力的大小，同时计算所需电刺激及微波刺激波形、强度、刺激时间、脉宽等参数，通过系统控制模块控制辅助运动机构，带动患者残侧按处方设定，进行康复治疗，并控制外周刺激模块进行实时外周刺激，并控制虚拟现实模块进行对应过程的显示，指示患者按要求逐步完成康复治疗，同时通过患者生理信息采集及处理模块实时检测人体状况，与正常值进行实时比对，判断患者体征是否正常。

对于后期治疗，计算模块根据处方要求，如主动屈伸、主动行走、减重行走等模式，通过生物信号采集及处理模块和人机交互力及关节转角采集模块实时采集人体主动运动信息，通过多源信号融合处理模块和运动识别模块实时判断、预测人体运动及收缩力大小，计算辅助运动机构辅助力的大小，同时计算所需电刺激及微波刺激波形、强度、刺激时间、脉宽等参数，通过系统控制模块控制辅助运动机构(康复机器人)，对患者患侧施加阻抗力，并控制外周刺激模块进行小量外周刺激，并控制虚拟现实模块进行对应过程的显示，指示患者按要求逐步完成康复治疗，同时通过患者生理信息采集及处理模块实时检测人体状况，与正常值进行实时比对，判断患者体征是否正常。

对于矫正治疗，计算模块根据处方要求，通过生物信号采集及处理模块和人机交互力及关节转角采集模块实时采集人体主动运动信息，通过多源信号融合处理模块和运动识别模块实时判断、预测人体运动及收缩力大小，计算所需电刺激及微波刺激波形、强度、刺激时间、脉宽等参数，通过系统控制模块控制外周刺激模块进行适当外周刺激，使患侧按标准模式运动，并控制虚拟现实模块进行对应过程的显示，指示患者按要求逐步完成康复治疗，同时通过患者生理信息采集及处理模块实时检测人体状况，与正常值进行实时比对，判断患者体征是否正常。

对于关节活动治疗，计算模块根据处方要求，计算辅助运动机构运动轨迹，通过系统控制模块控制辅助运动机构，带动患者残侧按处方设定，进行强制物理康复运动，使患侧关机活动度逐步恢复正常，同时控制外周刺激模块，施加适当的微波刺激，减轻疼痛，疏通血管，并控制虚拟现实模块进行对应过程的显示，指示患者按要求逐步完成康复治疗，同时通过患者生理信息采集及处理模块实时检测人体状况，与正常值进行实时比对，判断患者体征是否正常。

为安全起见，治疗过程中安全保护模块通过患者生理信息采集及处理模块，实时采集实时监测患者在康复治疗过程中生理参数、能量消耗，同时通过人机交互力关节转角及采集模块实时监测人机交互力，防止机构辅助力过大，造成患者骨骼损伤，并通过机构运行状态实时监测模块实时监测辅助运动机构和外周刺激设备的运行情况；一旦检测到患者身体状况异常、肌肉收缩力或机构辅助力过大、外周刺激设备运行异常，通过设备紧急停止模块控制设备紧急停止，必要时切断电源，同时也可由患者在感觉不适，或看护医生发现异常时，手动紧急停止，同时通过紧急求救模块，在患者身体情况出现异常，需要紧急救护时，向医生发出紧急求救信号，并发出患者的相关身体状况信息，便于医生做出迅速准确的救助。

患者按处方要求经过一个疗程的康复治疗后，需进行康复疗效评估。将系统模式控制模块设为评估模式，按前述评估方法进行再次评估，并通过数据管理模块存储到数据库模块中的患者治疗及康复信息存储模块中。综合评定结果、治疗时间和康复效果，利用智能处方生成及修正模块进行康复策略的智能修正，使其更加符合患者的实际情况，并由医生进行最终确认下一疗程的治疗方案，然后通过患者递进治疗模块判断是否可以进行递进治疗，如从初期治疗到中期治疗，最后通过数据管理模块更新患者病历及处方。

再评估后，患者进行下一疗程康复治疗，循环前面所述治疗过程，直至完成后期治疗疗程，然后进行最后的生理状况及运动功能评估，通过数据管理模块归档完成患者的整个病例。

图3、4和5分别为本发明系统的不同具体实施例。其中，图3为卧式复合康复系统，适用于初期、中期康复治疗；图4为站立式复合康复系统，适用于中、后期康复及关节矫正治疗；图5为骑行式复合康复系统，适用于中、后期康复治疗。但本发明还可有不同的实施方式，如减重行走式、坐椅式、上肢康复式等康复系统。

如图3、4和5所示，对于不同实施例，其系统包含内容相同，系统包括：数据库模块1、数据管理模块2、人机交互模块3、功能评估模块4、处方生成及管理模块5、计算模块6、系统控制模块7和安全保护模块8。其中，生物信号采集及处理模块9、人机交互力关节转角及采集模块10、患者生理信息采集及处理模块11、外周刺激模块12、辅助运动模块13和虚拟显示模块14为人机交互模块3的子模块。

综上所述，从患者入院，到最终康复结束，所有流程都由本发明的中枢神经损伤患者用多功能复合康复系统进行统一记录和执行，可以大大简化医生和患者的治疗过程；通过将人工智能、康复机器人、复合康复、虚拟现实等技术相结合，使神经损伤患者在50天的黄金康复期内得到最有效的康复治疗，实现功能恢复的最大化。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (7)

1.一种中枢神经损伤患者用多功能复合康复系统，其特征在于，包括数据库模块、数据管理模块、人机交互模块、功能评估模块、处方生成及管理模块、计算模块、系统控制模块和安全保护模块，其中，所述数据库模块与所述数据管理模块相连；所述数据管理模块与所述功能评估模块、处方生成及管理模块、计算模块、系统控制模块和安全保护模块相连；所述人机交互模块与所述计算模块和功能评估模块相连；所述功能评估模块与所述人机交互模块、处方生成及管理模块、计算模块和数据管理模块相连；所述处方生成及管理模块与所述功能评估模块、计算模块和数据管理模块相连；所述计算模块与所述数据管理模块、人机交互模块、功能评估模块、处方生成及管理模块和系统控制模块相连；所述系统控制模块与所述数据管理模块、计算模块和安全保护模块相连；所述安全保护模块与所述数据管理模块和系统控制模块相连；

其中，所述人机交互模块包括生物信号采集及处理模块、人机交互力及关节转角采集模块、患者生理信息采集及处理模块、外周刺激模块、辅助运动模块和虚拟现实模块；其中，所述人机交互力及关节转角采集模块包括力传感器和角度传感器，通过放置于人体或机构上的力传感器实时检测患者在康复治疗中与辅助运动机构之间产生的交互力，通过滤波去噪，将信息传递给计算模块，同时，通过置于人体或机构上的角度传感器实时检测人体关节的角度，并将信息传递给计算模块；所述外周刺激模块包括电刺激仪和电磁波治疗仪，分别对患者进行功能性电刺激和低频、中频或高频电磁波治疗，其频率、幅度和波形能根据系统控制的信号进行设定和修正；所述辅助运动模块用于辅助患者进行主动或被动的物理运动，包括支撑单元、运动驱动单元和运动控制单元，其中，所述支撑单元用于支撑人体重量并带动人体运动，所述运动驱动单元为驱动辅助运动机构的旋转电机或直线电机，所述运动控制单元为控制运动驱动单元的运动控制器；所述辅助运动机构包括外骨骼机器人；

所述计算模块包括多源信号融合处理模块、运动识别模块、机构运动学及动力学计算模块和外周刺激模式生成模块；

所述系统控制模块包括辅助机构运动控制模块、外周电刺激控制模块、虚拟现实控制模块和系统模式控制模块；

其中，所述数据库模块用于存储患者基本信息、患者康复治疗过程中的信息、医生对于不同患者所开的处方以及设备运行过程中的各项参数和指标；所述数据管理模块用于对数据库信息和设备参数信息进行修改，同时显示数据库中的信息，供使用人员查阅，还能通过有线/无线网络、短信或蓝牙进行设备间远距离信息传输和信息共享；所述人机交互模块通过检测人体生物信号、人机交互力和患者生理状况，实时检测患者康复过程中的各项参数和指标，所采集的数据供计算模块使用，以识别人体运动，进行进一步康复治疗，同时通过外周刺激和辅助运动机构对患者进行康复治疗，通过虚拟现实设备使患者按照既定任务要求进行主动康复治疗，并了解康复情况；所述功能评估模块根据计算模块得到的数据，对患者的生理状况、损伤程度和康复疗效进行实时或定期的评估；所述处方生成及管理模块根据功能评估模块及计算模块的信息生成处方、对既定处方递进康复进行判定或对处方进行智能修正，并供计算模块生成相应控制信息；所述计算模块根据人机交互模块所采集到的信息，进行信号处理和运动解码，识别人体运动及患者生理状况，同时所述计算模块根据所得到的人体运动信息、患者生理状况及处方的要求，对辅助运动机构和外周刺激设备的运行参数进行计算和确定，所述运行参数包括运动轨迹、刺激周期和刺激强度；所述系统控制模块根据计算模块得到的控制信息以及安全保护模块的信号，控制辅助运动机构的电机进行运动，同时控制外周刺激设备以设定的频率和强度进行治疗，根据患者的运动情况实时更新虚拟现实设备的显示内容，并控制其他外围设备；所述安全保护模块实时监测患者的状况和设备的运行状态，出现紧急情况实行紧急停止，并通知看护医生进行检查；所述生物信号采集及处理模块通过表面肌电信号电极，检测肌肉收缩时产生的微弱电信号，通过信号放大、滤波去噪和预处理，将微弱电信号转换为信噪比较高，幅值较大的信号，便于后期处理；所述患者生理信息采集及处理模块通过脉搏传感器、血压传感器、骨密度检测仪和热量消耗检测仪，实时监测患者在康复过程中的脉搏、血压、骨密度和热量消耗；所述虚拟现实模块根据事先设定的任务场景实时检测人体运动信息，通过视设备、听设备或感觉器官实时反馈给患者，并指引患者逐步完成设定任务，所述感觉器官为压力或触觉；所述多源信号融合处理模块通过神经网络和模糊算法，将生物信号采集及处理模块和人机交互力及关节转角采集模块的信息进行信息融合；所述运动识别模块通过模糊人工神经网络、遗传算法、内合法和线性分类进行人体运动的识别，并预测人体肌肉收缩力、关节转动力矩、人体位姿和人体运动意图；所述机构运动学及动力学计算模块根据运动识别模块的结果以及处方所设定的治疗方案，按照辅助运动机构的运动学及动力学特性，实时计算生成辅助运动机构的运动轨迹，并转换成对应的控制信号，传递至系统控制模块；所述外周刺激模式生成模块根据运动识别模块的结果以及处方所设定的治疗方案，实时计算生成功能性电刺激仪和电磁波治疗仪的刺激频率、刺激波形和刺激强度，并将结果传递至系统控制模块；所述辅助机构运动控制模块根据计算模块的计算结果，控制辅助运动机构的各电机按照计算轨迹进行运动；所述外周电刺激控制模块根据计算模块的计算结果，控制集成化的功能性电刺激仪和电磁波治疗仪进行外周刺激；所述虚拟现实控制模块根据计算模块得到的人体运动信息控制虚拟现实模块进行对应场景、对应动作和对应任务指示的显示和提示；所述系统模式控制模块负责进行系统运行模式的设定，所述系统运行模式包括自检模式、评估模式、康复模式和处方模式。

2.如权利要求1所述的中枢神经损伤患者用多功能复合康复系统，其特征在于，所述数据库模块包括患者基本信息存储模块、患者治疗及康复信息存储模块、医生处方信息存储模块和设备基本信息存储模块；其中，所述患者基本信息存储模块存储患者的姓名、性别和病历信息；所述患者治疗及康复信息存储模块存储患者整个治疗过程中所接受的康复科目和不同时间点患者运动功能、损伤程度及康复疗效的评定结果；所述医生处方信息存储模块存储医生对于不同患者所开的处方；所述设备基本信息存储模块记录设备运行过程中的各项参数和指标。

3.如权利要求1所述的中枢神经损伤患者用多功能复合康复系统，其特征在于，所述数据管理模块包括数据库信息录入及修改模块、数据库信息显示模块、数据库信息传输模块和设备参数修正模块，其中，所述数据库信息录入及修改模块对数据库中的信息进行修改；所述数据库信息显示模块查阅和显示数据库中存贮的信息；所述设备参数修正模块对设备的基本参数进行修改，所述基本参数包括时间和运行模式；所述数据库信息传输模块将数据库中的信息通过有线/无线网络、短信或蓝牙，进行设备间远距离信息传输和信息共享，将病例信息传递给其他地方的医生，实现联合会诊，远程医疗。

4.如权利要求1所述的中枢神经损伤患者用多功能复合康复系统，其特征在于，所述功能评估模块包括患者生理状况评定模块、患者损伤程度评定模块和患者康复疗效评估模块，其中，所述患者生理状况评定模块根据患者生理信息采集及处理模块和计算模块的信息，参照医学指标和参数，对患者在康复过程中的生理状况进行快速准确的实时评定；所述患者损伤程度评定模块根据患者生理信息采集及处理模块和计算模块的信息，参照评估准则，对患者在接受康复之前的神经损伤程度进行准确的评定；所述患者康复疗效评估模块根据患者生理状况评定模块和患者损伤程度评定模块的评定结果，参照康复医学的疗效评定准备，对康复疗效进行评估。

5.如权利要求1所述的中枢神经损伤患者用多功能复合康复系统，其特征在于，所述处方生成及管理模块包括医生处方录入及管理模块、患者递进治疗控制模块和智能处方生成及修正模块，其中，所述医生处方录入及管理模块通过数据管理模块由医生进行患者的处方录入和修改，也能进行病理的归档、查询和管理；所述患者递进治疗控制模块根据功能评估模块和计算模块的患者康复信息，按设定处方的要求，对递进治疗进行判别和控制，并最终由医生进行确认；所述智能处方生成及修正模块根据功能评估模块和数据库模块中病例的处方信息，自行生成建议处方，并根据患者康复治疗过程中的先关治疗信息和反馈信息对处方进行智能修正，最终由医生进行确认。

6.如权利要求1所述的中枢神经损伤患者用多功能复合康复系统，其特征在于，所述安全保护模块包括患者实时康复情况监测模块、机构运行状态实时监测模块、设备紧急停止模块和紧急求救模块，其中，所述患者实时康复情况监测模块通过人机交互模块实时监测患者身体状况，并与正常身体状况进行实时比较，以实时监测患者的身体状况是否正常，同时监测人机交互力，以检测人体肌肉收缩力或机构辅助力是否过大；所述机构运行状态实时监测模块实时监测辅助运动机构和外周电刺激设备的运行情况；所述设备紧急停止模块在患者身体状况异常、肌肉收缩力或机构辅助力过大或外周电刺激设备运行异常时控制设备紧急停止，必要时切断电源，同时也可在患者感觉不适或看护医生发现异常时，手动紧急停止；所述紧急求救模块在患者身体情况出现异常，需要紧急救护时，向医生发出紧急求救信号，并发出患者的身体状况信息，便于医生做出迅速准确的救助。

7.如权利要求1所述的中枢神经损伤患者用多功能复合康复系统，其特征在于，所述中枢神经损伤患者用多功能复合康复系统是卧式复合康复系统、站立式复合康复系统或骑行式复合康复系统。