CN103371901B - 瘫痪肢体自主赋能器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及康复设备，公开了一种瘫痪肢体自主赋能器。本发明中，在健康肢体一侧设置多个位置传感器，将关节的运动转换为电信号，电子控制器根据该电信号，控制瘫痪肢体一侧对应关节的机械执行装置产生机械运动，带动关节运动，从而使瘫痪肢体重新“恢复”运动功能，并能自我控制的、主动的、积极地、部分参与生活活动，同时让患者能够得到心理解放、恢复自信，并能得到一般的理疗康复训练。

Description

瘫痪肢体自主赋能器

技术领域

本发明涉及康复设备，特别涉及瘫痪肢体的康复设备。

背景技术

中风是由于脑部供血液受阻而迅速发展的脑功能损失。中风可分为两大类：缺血性和出血性。缺血是由于血液供应中断，而脑出血是由于脑血管破裂或不正常的血管结构。其中80％的中风是由于脑缺血；其余的是由于出血。

近年来中风对人类社会的影响越来越大。在美国，中风是第三大死因。同时，在美国和欧洲它还是导致成人残疾的首因。在中国，有关中风的调查数据显示更为严重的状况。根据世界卫生组织(WHO)的调查，中国中风发病率世界第一，高出美国一倍。2008年公布的我国居民第三次死因抽样调查结果显示，脑血管病已成为我国国民第一位的死亡原因，死亡率高于欧美国家4-5倍，是日本的3.5倍。近二十年监测结果显示，中风年死亡人数逾200万，年增长速率达8.7％。

中风一旦发生，当前尚无特效药物，发病者约有30％直接死亡，其余70％的生存者多有偏瘫、失语等残障，严重威胁国民生命和健康生活质量。随着我国进入老龄化国家，意味着发病人口基数不断增大，中风患者势必越来越多。

与此同时，科技的发展使对于急性中风患者能够采取比较有效治疗手段，使得中风后能够幸存下来的人越来越多。然而，正值盛年的中风病人幸存下来后，成为残疾人，丧失了劳力，同时给家庭和社会带来了巨大的经济负担和社会问题。据卫生部卫生经济研究所报告，脑卒中给我国每年带来的社会经济负担达400亿元。

因此，寻求有效的康复手段，使患者能够在一定程度上恢复失去的功能，不仅有利于提高患者本身的精神和物质生活质量，也可以减轻社会的总体负担。

目前对中风病人的康复治疗手段还无法完全实现康复效果。具体地说，现在能够提供的恢复期治疗、康复手段，仅仅是康复理疗，包括手法按摩、针灸、电针等。急性期内处于软瘫期；一周以后，肌张力逐渐增高，表现为硬瘫，出现异常运动模式，进行康复治疗可以恢复部分运动功能。

在康复治疗过程中，患者的各种动作在治疗师的辅助之下完成，为了提高训练效率、优化训练方案、增强治疗效果，现在开发了或正在开发许多器械甚或机电一体化的系统(机器人)。采用机器人辅助治疗的技术，能够满足不同患者对训练强度的要求；机器人可以客观记录训练过程中患者受损肢体的位置、方向、速度以及所产生的力等客观数据，供治疗师分析，以评价治疗的效果，从中发现数据与治疗结果之间的对应关系，深入了解中枢神经康复的规律，以及大脑与人类运动功能之间控制与影响的关系，通过多媒体技术为患者提供丰富多彩的训练内容，使患者能够积极参与治疗，并及时得到治疗效果的反馈信息。由此可见，康复技术无疑给患者肢体功能恢复、预防骨质脱钙、改善肢体血运等，提供了帮助与支持。

但是总体来说，目前通过各种康复手段取得的效果并不令人满意。患者不得不每天面对“瘫痪”的现实。在这种情况下，患者由于长期无法自主运动，会产生精神方面的问题，例如困惑、失望甚至绝望等消极心理，抑郁悲观遂成“心病”顽疾。

发明内容

本发明的目的在于提供一种瘫痪肢体自主赋能器，使偏瘫病人可以用健康的一肢带动瘫痪的一肢运行，达到帮助康复的效果。同时能够避免由于强度过大导致对瘫痪肢体的损伤。

为解决上述技术问题，本发明的实施方式公开了一种瘫痪肢体自主赋能器，包括：

N个运动传感器，分别置于健康肢体的N个关节处，用于将关节的物理运动转换为表示运动的电信号输出，N为正整数；

N个机械执行装置，分别置于瘫痪肢体的N个关节处，与N个运动传感器所在的关节一一对应，用于将输入的控制电信号转换为机械运动，带动关节运动；

N个应力传感器，分别对应N个机械执行装置，用于将对应的机械执行装置中因运动受阻而产生的应力转换为表示应力的电信号输出；

电子控制器，用于根据来自运动传感器的表示运动的电信号产生控制电信号，控制与该运动传感器对应的机械执行装置进行机械运动，并且，当来自应力传感器的表示应力的电信号的值超过预定门限时，控制与该应力传感器对应的机械执行装置停止进一步的机械运动。

本发明实施方式与现有技术相比，主要区别及其效果在于：

在健康肢体一侧设置多个位置传感器，将关节的运动转换为电信号，电子控制器根据该电信号，控制瘫痪肢体一侧对应关节的机械执行装置产生机械运动，带动关节运动，从而使瘫痪肢体重新“恢复”运动功能，并能自我控制的、主动的、积极地、部分参与生活活动，同时让患者能够得到心理解放、恢复自信，并能得到一般的理疗康复训练。能极大缓解患者对别人、社会的依赖，释放社会劳动力。具有巨大的实用价值和广阔的市场。还通过应力传感器对机械执行装置在运动中所遇到的阻力进行测量，反馈给电子控制器，一旦阻力大于预定门限，则控制对应的机械执行装置停止进一步的机械运动，从而充分保障安全性。

进一步地，使用液压装置作为机械执行装置，技术成熟可靠，可以以较小的体积产生较大的力量，尤其适合下肢上需要承受一定重量的关节。

进一步地，使用步进电机为核心的机械执行装置，可以根据输入的控制电信号对运动的幅度进行高精度的控制。

附图说明

图1是根据本发明的第一实施方式的瘫痪肢体自主赋能器的示意图。

具体实施方式

在以下的叙述中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，本领域的普通技术人员可以理解，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。

本发明第一实施方式涉及一种瘫痪肢体自主赋能器。该瘫痪肢体自主赋能器包括，N个运动传感器，N个机械执行装置，N个应力传感器和一个电子控制器。其中，

N个运动传感器分别置于健康肢体的N个关节处，用于将关节的物理运动转换为表示运动的电信号输出，N为正整数。

将关节的物理运动转换为表示运动的电信号是一种现有技术，有多种实现的方法。

例如，以肘关节为例，可以在肘关节内侧设置两个点，以位置传感器感知两个点之间的距离，肘弯曲时距离就变小，肘伸直时距离就变大，距离的变化就代表了肘关节运动的方向，其它关节的运动方式与肘关节相似，也可以采用类似的方案。

又如，在关节处放一个弹性器材(如一个弹簧或弹性条)，连接一个压力或拉力传感器，关节运动带动弹性器材形变，弹性器材上的压力或拉力也会随之变化，从压力或拉力传感器输出的信号就反应了关节运动的方向和幅度。

再如，在关节的两侧设置一个微型无线发射点和一个微型无线接收点，关节运动时，微型无线发射点和微型无线接收点之间的距离也会随之变化，微型无线发射点发射强度不变的情况下，距离变化导致接收的信号的强度也发生变化，从微型无线接收点收到的无线信号的强度可以计算出距离变化的情况，从而知道关节运动的方向和幅度。

N个机械执行装置分别置于瘫痪肢体的N个关节处，与N个运动传感器所在的关节一一对应，用于将输入的控制电信号转换为机械运动，带动关节运动。

本实施方式中，优选地，机械执行装置为电控液压装置。使用液压装置作为机械执行装置，技术成熟可靠，可以以较小的体积产生较大的力量，尤其适合下肢上需要承受一定重量的关节。

N个应力传感器分别对应N个机械执行装置，用于将对应的机械执行装置中因运动受阻而产生的应力转换为表示应力的电信号输出。

电子控制器，用于根据来自运动传感器的表示运动的电信号产生控制电信号，控制与该运动传感器对应的机械执行装置进行机械运动，并且，当来自应力传感器的表示应力的电信号的值超过预定门限时，控制与该应力传感器对应的机械执行装置停止进一步的机械运动。

电子控制器包括：

2N个模数转换器，分别与N个运动传感器和N个应力传感器的输出端连接。

N个数据转换器，分别与N个机械执行装置连接。

一个处理器，分别与2N个模数转换器和N个数据转换器连接。

从N个运动传感器输出的表示运动的电信号经模数转换器(AnalogDigitalConverter，简称“ADC”)转换成数字信号后输出到处理器，从N个应力传感器输出的表示应力的电信号也经模数转换器转换成数字信号后输出到处理器，该处理器根据输入的信号进行处理，输出的处理结果经数模转换器(DigitalAnalogConverter，简称“DAC”)的转换为模拟信号输出到N个机械执行装置。

此外，可以理解，在本发明的其它某些实例中，运动传感器和应力传感器也可以是直接输出数字信号的，机械执行装置也可以直接根据数字信号的指令进行动作，电子控制器可以由处理器及必要的辅助元件构成。

处理器可以是多种多样的，例如中央处理器(CentralProcessingUnit，简称“CPU”)，数字信号处理器(DigitalSignalProcessor，简称“DSP”)，单片机，或可编程逻辑控制器(ProgrammableLogicController，简称“PLC”)等等。

当然，在控制逻辑比较简单时，处理器也可以由逻辑门电路构成。

处理器通过以下方式对信号进行处理，对于对应的运动传感器、应力传感器和机械执行装置，

如果应力传感器输出的表示应力的电信号小于预定门限，则根据运动传感器输出的表示运动的电信号的大小控制机械执行装置进行相应大小的机械运行，否则停止该机械执行装置的运动，或控制该机械执装置向减小应力的方向运行一预定的幅度。

在健康肢体一侧设置多个位置传感器，将关节的运动转换为电信号，电子控制器根据该电信号控制瘫痪肢体一侧对应关节的机械执行装置产生机械运动，带动关节运动，从而使瘫痪肢体重新“恢复”运动功能，并能自我控制的、主动的、积极地、部分参与生活活动，同时让患者能够得到心理解放、恢复自信，并能得到一般的理疗康复训练。能极大缓解患者对别人、社会的依赖，释放社会劳动力。具有巨大的实用价值和广阔的市场。

此外，通过应力传感器对机械执行装置在运动中所遇到的阻力进行测量，反馈给电子控制器，一旦阻力大于预定门限，则控制对应的机械执行装置停止进一步的机械运动，从而充分保障安全性。因为部分病人瘫痪后，肌肉萎缩，手指等可能无法象正常手指那样充分张开，如果机械执行装置强行让其张开，可能会造成伤害。

在本实施方式或其他某些实施方式中，肢体可以是指人体的上肢。并且，关节可以是

肩关节、肘关节、或腕关节、或各种手指关节、或手掌上的关节。

本发明第二实施方式涉及一种瘫痪肢体自主赋能器。

第二实施方式与第一实施方式基本相同，区别主要在于：

在第一实施方式中，机械执行装置为电控液压装置。

然而在第二实施方式中，使用步进电机为核心进行控制的机械执行装置，可以根据输入的控制电信号对运动的幅度进行高精度的控制。

此外，可以理解，在本发明的其它某些实例中，除了电控液压装置和步进电机为核心的机械装置，也可以是其它的电控机械装置。

本发明第三实施方式涉及一种瘫痪肢体自主赋能器。

第三实施方式在第一或第二实施方式的基础上进行了改进，主要改进之处在于：

还包括：

液晶显示器，该显示器与电子控制器连接，用于显示电子控制器输出的信息。

可以理解，电子控制器输出的信息可以只是状态信息，也可以是用户交互信息，配合输入装置向电子控制器发出指令，例如修改预定门限的大小等等。

优选地，液晶控制器可以是一个触摸屏，这样就不需要额外的输入装置了，可以直接通过触摸屏对电子控制器进行配置。

在本发明的其它某些实例中，液晶显示器也可以以其它显示装置代替，如发光二级管(LightEmittingDiode，简称“LED”)指示灯、电子墨水(E-INK)显示器等。

本发明第四实施方式涉及一种瘫痪肢体自主赋能器。

第四实施方式与第一至第三实施方式基本相同，区别主要在于：

在第一至第三实施方式中，肢体是人体的上肢。

然而在第四实施方式中，肢体是人体的下肢。在这种情况下，

关节可以是以下关节之一或其任意组合：

髋关节、膝关节，或踝关节，或脚掌上的关节，或脚指关节。

在本发明中，发明人鉴于中风预后功能康复实现起来非困难的现实，提出“赋能”的概念，换句话说，就是通过辅助器械或系统，利用外部力量，“赋予”瘫痪肢体以“能量”或“能力”，让患肢“动”起来。

需要指出的是，瘫痪肢体“活动”的指令来自患者自己健侧肢体的活动信息，让患者活动健侧肢体时，通过技术手段同时带动患侧肢体一起同步、协调地活动起来，达到双侧肢体“同向运动”或“镜像运动”，从而实现患者对瘫痪肢体的意志支配。由此，可以使患肢参与力所能及的“劳动”，恢复一定的生活技能，减轻对别人和社会的依赖，患而不废，变“废”为“能”。

由于患者可以“主动”支配自己的瘫痪肢体，因此能够缓解由于长期无法自主运动而产生的消极心理，有助于患者恢复自信，更加积极地、主动地回归社会。

虽然通过参照本发明的某些优选实施方式，已经对本发明进行了图示和描述，但本领域的普通技术人员应该明白，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (10)

1.一种瘫痪肢体自主赋能器，其特征在于，包括：

N个运动传感器，分别置于健康肢体的N个关节处，用于将关节的物理运动转换为表示运动的电信号输出，N为正整数；

N个机械执行装置，分别置于瘫痪肢体的N个关节处，与所述N个运动传感器所在的关节一一对应，用于将输入的控制电信号转换为机械运动，带动关节运动；

N个应力传感器，分别对应所述N个机械执行装置，用于将对应的机械执行装置中因运动受阻而产生的应力转换为表示应力的电信号输出；

电子控制器，用于根据来自运动传感器的表示运动的电信号产生控制电信号，控制与该运动传感器对应的机械执行装置进行机械运动，并且，当来自应力传感器的表示应力的电信号的值超过预定门限时，控制与该应力传感器对应的机械执行装置停止进一步的机械运动。

2.根据权利要求1所述的瘫痪肢体自主赋能器，其特征在于，所述机械执行装置为电控液压装置。

3.根据权利要求1所述的瘫痪肢体自主赋能器，其特征在于，所述机械执行装置是步进电机控制的机械结构。

4.根据权利要求1所述的瘫痪肢体自主赋能器，其特征在于，还包括：

液晶显示器，与所述电子控制器连接，用于显示电子控制器输出的信息。

5.根据权利要求1所述的瘫痪肢体自主赋能器，其特征在于，所述电子控制器包括：

2N个模数转换器，分别与所述N个运动传感器和N个应力传感器的输出端连接；

N个数据转换器，分别与所述N个机械执行装置连接；

一个处理器，分别与所述2N个模数转换器和N个数据转换器连接；

从所述N个运动传感器输出的表示运动的电信号经模数转换器转换成数字信号后输出到所述处理器，从所述N个应力传感器输出的表示应力的电信号也经模数转换器转换成数字信号后输出到所述处理器，该处理器根据输入的信号进行处理，输出的处理结果经数模转换器的转换为模拟信号输出到所述N个机械执行装置。

6.根据权利要求5所述的瘫痪肢体自主赋能器，其特征在于，所述处理器通过以下方式对信号进行处理：

对于对应的运动传感器、应力传感器和机械执行装置，

如果应力传感器输出的表示应力的电信号小于预定门限，则根据运动传感器输出的表示运动的电信号的大小控制机械执行装置进行相应大小的机械运行，否则停止该机械执行装置的运动，或控制该机械执装置向减小应力的方向运行一预定的幅度。

7.根据权利要求1所述的瘫痪肢体自主赋能器，其特征在于，所述肢体是人体的上肢。

8.根据权利要求7所述的瘫痪肢体自主赋能器，其特征在于，所述关节是以下关节之一或其任意组合：

肩关节、肘关节、腕关节、各种手指关节、手掌上的关节。

9.根据权利要求1所述的瘫痪肢体自主赋能器，其特征在于，所述肢体是人体的下肢。

10.根据权利要求9所述的瘫痪肢体自主赋能器，其特征在于，所述关节是以下关节之一或其任意组合：

髋关节、膝关节，踝关节，脚掌上的关节，脚指关节。