CN103892814B - 运动康复治疗跑步机控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种运动康复治疗跑步机控制系统，系统综合利用了物联网技术，通过无线中继网络将评估设备、生理参数检测设备、跑步机、RFID识别器以及远程服务器有机融为一体，通过评估设备对患者身体状况进行评估，医生可以根据评估结果提供治疗建议，出具运动治疗处方，跑步机根据医生的运动治疗处方对速度、坡度以及治疗时间进行控制，同时通过生理参数检测设备和运动设备自带的参数检测电路可以实时掌握患者身体状况，一旦出现异常，即可停止治疗，实现患者运动康复监控治疗，降低患者的反复发病率和住院率。
Description
技术领域
本发明涉及机械控制技术，具体地讲，是一种基于物联网信息融合的运动康复治疗跑步机控制系统。
背景技术
国际上慢性心力衰竭(Chronic heart failure,CHF)运动康复始于19世纪70年代末，拥有一定量的循证医学证据，证明其安全性与有效性，肯定的有效性是：运动康复可降低CHF患者死亡率，减少反复住院次数，改善患者运动耐力，改善患者生活质量，合理控制医疗成本。至今，CHF运动康复已经得到国际上专业协会的推荐，2005年欧洲心脏病协会心脏康复和运动生理工作组和美国心脏协会下属运动心脏康复和预防分会建议，运动康复是CHF患者有效的二级预防措施，运动锻炼应作为心脏康复的一部分应用于稳定心力衰竭患者。2009年ACC/AHA(美国心脏病学会/美国心脏协会)成人慢性心力衰竭诊断和治疗指南把慢性稳定性心力衰竭患者运动康复的推荐证据列为IB等级。据我国对35～74岁城乡居民共15518人随机抽样调查显示，心衰患病率为0.9％，心衰患者约为400万，其中男性为0.7％，女性为1.0％，随着年龄增高，目前逐年呈增加态势，CHF患者中有临床症状的5年存活率与恶性肿瘤相仿。
然而，目前我国CHF患者运动康复还处于发展阶段，仅在少数地区开展，未得到大多数地区及医院的重视，因而CHF患者得不到规范的运动康复指导，从而反复发病、反复住院，增加医疗负担，甚至不恰当运动引发猝死等不良事件。其主要原因在于用于运动康复治疗的监控体系还不够完善，医生无法实时掌握患者的运动康复状况。
发明内容
为了克服上述缺陷，本发明提供了一种运动康复治疗跑步机控制系统，该系统基于无线中继网络，将评估设备、生理参数检测设备以及跑步机设备与远程服务器融合，根据患者病情指导性的实现患者运动康复监控治疗，降低患者的反复发病率和住院率，提升治疗效果。
为了达到上述目的，本发明所采用的具体技术方案如下：
一种运动康复治疗跑步机控制系统，其系统包括评估设备、生理参数检测设备和跑步机，所述跑步机上安装有用于采集运动参数的控制器，所述评估设备用于进行心肺运动试验，该评估设备输出的参数包括峰值摄氧量、无氧代谢阈值、最大心率、血压、肺通气指标以及呼吸交换率，所述生理参数检测设备用于检测心电信号、血氧信号、血压信号以及呼吸信号，所述跑步机、生理参数检测设备以及运动设备均通过无线中继网络与远程服务器相连，在所述无线中继网络上还连接有RFID识别器和Web服务器，患者通过RFID识别器打卡登陆远程服务器，实现身份验证；跑步机从远程服务器中提取患者身份信息和运动治疗处方，所述运动治疗处方包括患者进行跑步治疗时的速度范围、坡度范围、时间范围、生理参数范围以及心率范围；跑步机根据患者的运动治疗处方初始化系统参数；当患者发送治疗请求，跑步机启动，开始进行运动治疗监测控制，包括速度调节、坡度调节以及启停控制，具体为：
步骤1：判断速度是否在预设范围内，如是则进入步骤2；否则进行速度调节，返回步骤1；
步骤2：判断坡度是否在预设范围内，如是则进入步骤3；否则进行坡度调节，返回步骤2；
步骤3：判断患者生理参数是否异常，如果异常，则跑步机暂停，等待患者生理参数恢复正常后返回步骤1；否则进入步骤4；
步骤4：判断患者心率是否在预设范围内，如果是，进入步骤5；否则调节速度，返回步骤4；
步骤5：判断治疗时间是否到达，如果是，则结束治疗，否则，返回步骤1继续执行监测控制。
根据上述步骤可以发现，系统控制过程中，综合利用了评估设备和生理参数检测设备的数据结果，结合医生开具的治疗处方，通过限定跑步机的运动速度、坡度以及时间信息，同时结合患者生理参数的实时检测，有效的对跑步机进行控制，达到患者运动康复治疗时的远程监护目的，避免因为运动过度引发猝死等不良事件的发生，降低患者的反复发病率，保证治疗安全可靠。
作为进一步描述，在患者进行运动康复治疗之前，患者通过评估设备进行心肺运动试验，该评估设备的输出结果上传至所述远程服务器中，医生通过Web服务器查看该远程服务器中的患者数据并生成该患者的运动治疗处方。
上述的心肺运动试验(Cardiopulmonary exercise test,CPET)，综合应用了呼吸气体监测技术、计算机技术和活动平板/踏车技术，通过检测在不同负荷条件下，患者机体氧耗量和二氧化碳排出量的动态变化，客观定量评价患者的心脏储备功能和运动耐力。对于慢性稳定性心力衰竭患者而言，CPET可用于判断心力衰竭的严重程度和治疗效果，评估是否需要心脏移植，进行运动耐力测试等。
评估设备将评估出的峰值摄氧量、无氧代谢阈值、最大心率、血压、肺通气指标以及呼吸交换率等参数上传到远程服务器中，医生通过Web服务器登陆远程服务器即可查看各个患者的评估结果，根据相应的评估参数制定运动处方，这里的运动处方包括运动种类、运动强度、运动时间和频率，其中运动强度是制定运动处方的重要内容，直接关系到康复治疗的安全性和效果。
作为跑步机的最重要的几项控制指标，所述步骤3中初始化系统参数包括确定速度预设范围、坡度预设范围、生理参数预设范围、心率预设范围以及治疗时间范围。
为了满足各种运动信息的提取，所述跑步机通过转速传感器获取患者跑步治疗时的速度信息，通过角度传感器获取患者跑步治疗时的坡度信息。
本发明的显著效果是：系统综合利用了物联网技术，通过无线中继网络将评估设备、生理参数检测设备、跑步机、RFID识别器以及远程服务器有机融为一体，通过评估设备对患者身体状况进行评估，医生可以根据评估结果提供治疗建议，出具运动处方，跑步机根据医生的运动处方对速度、坡度以及治疗时间进行控制，同时通过生理参数检测设备和运动设备自带的参数检测电路可以实时掌握患者身体状况，实现患者运动康复监控治疗，降低患者的反复发病率和住院率。
附图说明
图1是本发明的系统原理框图；
图2是本发明的控制步骤流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式以及工作原理作进一步详细说明。
如图1，图2所示，一种运动康复治疗跑步机控制系统，其系统包括评估设备、生理参数检测设备和各种运动设备，从图1可以看出，系统中的运动设备包括跑步机、健身车等等，本方案主要针对跑步机进行描述，所述跑步机上安装有用于采集运动参数的控制器，所述评估设备用于进行心肺运动试验，该评估设备输出的参数包括峰值摄氧量、无氧代谢阈值、最大心率、血压、肺通气指标以及呼吸交换率，所述生理参数检测设备用于检测心电信号、血氧信号、血压信号以及呼吸信号，所述跑步机、生理参数检测设备以及运动设备均通过无线中继网络与远程服务器相连，在所述无线中继网络上还连接有RFID识别器和Web服务器，系统基于物联网技术，通过无线中继网络将跑步机、评估设备、生理参数检测设备、RFID识别器、Web服务器以及远程服务器有效融为一体，彼此之间实现信息交互。
结合上述系统，在具体实施时，所述跑步机的具体控制步骤如下：
步骤1：患者通过RFID识别器打卡登陆远程服务器，实现身份验证，为了便于用户管理，每一位患者配置有一张射频卡，患者通过RFID识别器打卡可以实现系统注册、身份认证以及信息查询等功能；
步骤2：当患者登录远程服务器中后，跑步机可以从远程服务器中提取患者身份信息和运动治疗处方，所述运动治疗处方包括患者进行跑步治疗时的速度范围、坡度范围、时间范围以及心率范围，这里的运动处方是由医生通过Web服务器制定并上传的，在制定该运动治疗处方之前，患者先要通过评估设备进行心肺运动试验，该评估设备的输出结果上传至远程服务器中，医生通过Web服务器查看该远程服务器中的患者数据即可了解患者病情，从而生成该患者的运动治疗处方。
步骤3：跑步机根据患者的运动治疗处方初始化系统参数，主要用于确定速度预设范围、坡度预设范围、心率预设范围、生理参数范围以及治疗时间范围等信息；
步骤4：患者发送治疗请求，跑步机启动，开始进行运动治疗监测控制，在跑步机的控制器上连接有转速传感器和角度传感器，跑步机通过转速传感器获取患者跑步治疗时的速度信息，通过角度传感器获取患者跑步治疗时的坡度信息，其中转速传感器采用霍尔元件，通过在跑步机的旋转体上等分加上磁铁，转速传感器正对磁铁固定，当患者在跑步机上跑动时，旋转体转动,霍尔传感器和磁铁重合时,感应输出脉冲信号,转速越快,也是频率输出越高,微控制器通过读取转速传感器的脉冲信号频率即可测出转速。角度传感器是用于测得跑步机转动体的倾斜角度，不同的角度可以对应不同的运动强度，跑步机启动后，控制器即可根据相应的传感器获取跑步机的运动参数，从而接着进行相应判断和比较。
步骤5：判断速度是否在预设范围内，如是则进入步骤6；否则进行速度调节，返回步骤5；
步骤6：判断坡度是否在预设范围内，如是则进入步骤7；否则进行坡度调节，返回步骤6；
步骤7：判断患者生理参数是否异常，如果异常，则跑步机暂停，等待患者生理参数恢复正常后返回步骤5；否则进入步骤8；
步骤8：判断患者心率是否在预设范围内，如果是，进入步骤9；否则调节速度，返回步骤8；
步骤9：判断治疗时间是否到达，如果是，则结束治疗，否则，返回步骤5继续执行监测控制。
在上述控制过程中，跑步机主要通过控制旋转体的动力电机来调节速度，通过改变旋转体的坡度来调整运动强度，通过计时来控制运动治疗时间，同时配合生理参数检测仪全程监护患者生理变化特征，一旦出现异常，即可停止治疗，由此以来，患者在进行运动康复治疗时，可以得到有效监控，降低患者的反复发病率和住院率，提升了运动康复治疗效果。
Claims (2)
1.一种运动康复治疗跑步机控制系统，其特征在于：包括评估设备、生理参数检测设备和跑步机，所述跑步机上安装有用于采集运动参数的控制器，所述评估设备用于进行心肺运动试验，该评估设备输出的参数包括峰值摄氧量、无氧代谢阈值、最大心率、血压、肺通气指标以及呼吸交换率，所述生理参数检测设备用于检测心电信号、血氧信号、血压信号以及呼吸信号，所述跑步机、生理参数检测设备以及运动设备均通过无线中继网络与远程服务器相连，在所述无线中继网络上还连接有RFID识别器和Web服务器，患者通过RFID识别器打卡登陆远程服务器，实现身份验证；所述跑步机从远程服务器中提取患者身份信息和运动治疗处方，所述运动治疗处方包括患者进行跑步治疗时的速度范围、坡度范围、时间范围、生理参数范围以及心率范围；跑步机根据患者的运动治疗处方初始化系统参数，当患者发送治疗请求，跑步机启动，开始进行运动治疗监测控制，包括速度调节、坡度调节以及启停控制，具体为：
步骤1：判断速度是否在预设范围内，如是则进入步骤2；否则进行速度调节，返回步骤1；
步骤2：判断坡度是否在预设范围内，如是则进入步骤3；否则进行坡度调节，返回步骤2；
步骤3：判断患者生理参数是否异常，如果异常，则跑步机暂停，等待患者生理参数恢复正常后返回步骤1；否则进入步骤4；
步骤4：判断患者心率是否在预设范围内，如果是，进入步骤5；否则调节速度，返回步骤4；
步骤5：判断治疗时间是否到达，如果是，则结束治疗，否则，返回步骤1继续执行监测控制；
所述跑步机通过转速传感器获取患者跑步治疗时的速度信息，通过角度传感器获取患者跑步治疗时的坡度信息，所述转速传感器采用霍尔元件，在跑步机的旋转体上等分加上磁铁，所述转速传感器正对磁铁固定；
患者通过评估设备进行心肺运动试验，该评估设备的输出结果上传至所述远程服务器中，医生通过Web服务器查看该远程服务器中的患者数据并生成该患者的运动治疗处方。
2.根据权利要求1所述的运动康复治疗跑步机控制系统，其特征在于：所述初始化系统参数包括确定速度预设范围、坡度预设范围、生理参数预设范围、心率预设范围以及治疗时间范围。
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