CN104306132B - 脊柱关节减压测控系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种脊柱关节减压测控系统，包括指压力测量及控制模块、患者状态实时监控模块、牵引力测控及床面控制模块和上位机模块。通过控制指压机构、牵引机构和牵引床的电机的运动实现人体颈部、腰踝部牵引减压功能、关节、穴位的按压和振动按摩减压的控制。并且在控制过程中对患者的心率进行实时监测反馈患者的状态，一旦发生异常情况，立刻将异常情况通过无线通信方式发送至上位机模块，上位机模块调整控制方案，再发出新的控制指令，从而保证了整个脊柱关节减压系统的自动、安全运行。

Description

脊柱关节减压测控系统

技术领域

本发明涉及脊柱关节治疗控制领域，尤其涉及一种脊柱关节减压测控系统。

背景技术

现代人由于工作、学习和娱乐等常常久坐于电脑前，颈椎、腰椎疾病患者越来越多，有数据表明，在中国，颈椎、腰椎病的发病率高达25％，并呈逐年上升趋势，上亿人为颈椎病引起的疼痛、肢体麻木等症状所困扰，对于患者来说，不开刀就能缓解和治愈病症的治疗方法当然是最理想的方法。

中国自古就运用推拿按摩方法治疗跌打损伤，并逐步发展形成了中医的推拿学科。推拿属中医外治范畴，是由按摩师根据患者具体的病情、运用各种手法技巧，如按、摩、推、拿、揉、颤、打等在患者身体特定的部位或穴位上施力，这种力可以转换成各种能量，并渗透到人体改变系统机能，达到治疗效果。对于颈椎、腰椎疾病患者来说，中医推拿按摩治疗病患的实质就是减轻其脊柱压力。这种压力的减轻既可以靠按压的方式实现，也可以靠牵引的方式实现。但这种治疗效果完全取决于按摩师的经验和技术水平，其按摩的力道全凭感觉。在高度现代化发展的今天，利用现代测控技术，准确又科学地进行脊柱减压就变得非常有必要，但是现有技术在对于人体颈部、腰踝部等部位的牵引减压治疗装置的控制系统的控制精度不高，自动控制程度还有欠缺，另外，目前现有技术缺乏减压系统的模块化设计，不便系统的功能组合和扩展。尤其是牵引床的床面转角的控制方面以及对施加在患者身体颈部、腰踝等部位的压力机构的工作状态不能精确的控制，时常出现施加在患者身体上的力度值不够达不到治疗的效果，或者施加在患者身体上的力过大，使患者疼痛过渡造成危险的现象。

发明内容

根据现有技术存在的问题，本发明公开了一种脊柱关节减压测控系统，包括：对实施在患者脊柱上的指压机构的压力值和指形压头机构的温度进行检测以及对实施在患者身体上振动按摩机构的按摩频率进行控制并将检测到的数据信息输出的指压力测量及控制模块；

接收所述指压力测量及控制模块传送的数据信息、对人体进行牵引治疗的两路腰踝部牵引和一路颈部牵引的牵引力进行测量和控制以及对牵引床的升降电机进行控制的牵引力测控及床面控制模块；

对患者的心率状况进行实时监测、判断患者是否出现异常情况并将判断结果输出的患者状态实时监控模块；

该系统还包括存储有不同患者的治疗方案信息、患者的资料信息和治疗参数信息的上位机模块，所述上位机模块接收所述患者状态实时监控模块传送的数据信息、根据患者的患病资料制定相应的治疗方案输出治疗的控制参数、对牵引力测控及床面控制模块的工作进行实时监控。所述上位机模块接收患者状态实时监控模块传送的数据信息，当监控到异常状况时按一定方式对治疗方案进行调整，并对控制参数进行相应调整。

所述牵引力测控及床面控制模块包括用于检测牵引力大小的拉力传感器和牵引连接装置，所述牵引连接装置包括安装在所述拉力传感器一端的封闭式圆环、安装在拉力传感器另一端具有开口的圆环I和固定安装在牵引支架上具有开口的圆环II；当对患者进行牵引治疗时，将所述拉力传感器一端的封闭式圆环套入牵引支架上的圆环II中，将牵引绳穿入所述拉力传感器另一端的圆环I中进行牵引力的测量。

所述牵引力测控及床面控制模块对牵引床的床面倾角进行控制时：根据牵引床的结构参数和牵引床的电机转速参数计算出牵引床的转动角度对应电机的升降时间，根据控制电机的升降时间控制牵引床的转动角度。

所述患者状态实时监控模块对患者的心率状况进行实时监测时，采用移动平均值数字滤波方法以心率的移动平均值作为心率测量的输出值，当心率值超过设定的阈值时将该异常信号发送至上位机模块，所述牵引力及床面测量控制模块根据上位机模块的指令调节施加在患者身体上的指压机构或牵引机构将施加力数值下降一定时间后再恢复本次治疗方案的初始力值进行治疗，如果患者状态实时监控模块检测到患者的心率仍为异常状态时则确定下调本次理疗的施加力数值。

所述指压力测量及控制模块对实施在患者脊柱上的指压机构、振动按摩机构和环形移动机构的控制电机进行实时控制；

所述指压力测量及控制模块包括对称安装在指压机构的压轴轴线的两侧用于测量对患者的脊柱施加的压力的两个同型号的传感器I和传感器II，测量状态下：对患者的脊柱施加的压力值为所述两个同型号的传感器I和传感器II测得的力值之和。

所述指压力测量及控制模块还包括设置在指形压头机构内的电热丝和检测指形压头机构工作温度的薄膜热电阻，指形压头机构为中空结构，所述薄膜热电阻安装在指形压头机构空心部分的底端。

所述上位机模块采用触摸屏控制方式对医生的指令信息进行人机交换，将确定的对患者的治疗方案通过无线通信方式传送至牵引力测控及床面控制模块；上位机模块至少包括手动控制单元、自动控制单元、数据接收单元和数据库管理单元；

医师通过手动控制单元的操作选择按键对牵引力测控及床面控制模块的牵引力、牵引角度、按压力、按摩频率参数进行选择和控制；

所述自动控制单元包括治疗预案模块和专家系统模块，所述治疗预案模块存储有已就诊患者的病例信息和治疗方案信息，所述专家系统模块根据新患者的病例信息制定治疗方案；

所述数据接收单元接收所述指压力测量及控制模块和患者状态实时监控模块传送的数据信息并将该信息传送至数据库管理单元。

所述指压力测量及控制模块对按摩频率进行控制时采用脉冲宽度调制方式控制振动按摩电机的工作频率。

所述牵引力测控及床面控制模块与指压力测量及控制模块、牵引力测控及床面控制模块与上位机模块、患者状态实时监控模块和上位机模块采用无线通信方式进行数据通信。

该系统还包括紧急按钮模块，所述紧急按钮模块与牵引力测控及床面控制模块采用无线通信方式进行数据通信。

由于采用了上述技术方案，本发明提供的一种脊柱关节减压测控系统，通过控制指压机构、牵引机构和牵引床的电机的运动实现人体颈部、腰踝部牵引减压功能、关节、穴位的按压和振动按摩减压的控制。在对关节和穴位的按压以及振动按摩的同时，还可通过对电热丝的加热控制，使指形压头的温度保持在略高于人体体表温度，以提高按压和振动按摩的舒适度。并且在控制过程中对患者的心率进行实时监测反馈患者的状态，一旦发生异常情况，立刻将异常情况通过无线通信方式发送至上位机模块，上位机模块调整控制方案，再发出新的控制指令，从而保证了整个脊柱关节减压系统的自动、安全运行。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明控制系统的结构示意图；

图2为本发明中牵引力测控及床面控制模块的工作示意图；

图3为本发明中薄膜热电阻的安装示意图。

图4为本发明中上位机模块的模块示意图。

图5为指压力测量及控制模块的部分结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚完整的描述：

如图1所示的一种脊柱关节减压测控系统，用于颈椎、腰椎疾病患者的脊柱减压治疗，减压方式包括仿形手指按压式减压，颈部牵引、腰踝部牵引拉伸式减压以及振动式按摩和加热的控制，包括指压力测量及控制模块3、患者状态实时监控模块4、牵引力测控及床面控制模块1和上位机模块2。各个模块之间采用无线通信方式进行数据通信，如蓝牙和WIFI通信方式。指压机构在脊柱关节治疗领域为一通过软件控制仿形手指，模拟人手的按法、摩法、揉法、颤法等，实现脊柱减压，同时仿形手指可自动加热至比人体表温度略高的温度，增加人的舒适感。颈部牵引、腰踝部牵引都是通过系统软件控制电机带动牵引绳对脊柱进行拉伸式减压。上位机模块2与患者状态实时监控模块4采用无线通信进行数据通信。

指压力测量及控制模块3负责检测实施在患者脊柱上的指压机构的压力值和指形压头机构的温度并且对实施在患者身体上振动按摩机构的按摩频率进行控制并将检测到的数据信息传送至牵引力测控及床面控制模块1。患者状态实时监控模块4负责实时检测患者的心率状况、判断患者是否出现异常情况并将判断结果输出给上位机模块2。所述牵引力测控及床面控制模块1接收所述指压力测量及控制模块3和上位机模块2传送的数据信息、对人体进行牵引治疗的两路腰踝部牵引和一路颈部牵引的牵引力进行测量和控制以及对牵引床的升降电机进行控制，并将各实测参数(如牵引力、温度、压力)传送至上位机。上位机模块2根据患者的患病资料制定相应的治疗方案输出治疗的控制参数、对牵引力测控及床面控制模块的工作进行实时监控。

如图2所示，牵引力测控及床面控制模块1包括用于检测牵引力大小的拉力传感器11和牵引连接装置，牵引连接装置包括封闭式圆环12、略有开口的圆环I 13和略有开口的圆环II 14，闭式圆环12和圆环I 13分别安装在所述拉力传感器11的一端和另一端，略有开口的圆环II 14固定安装在牵引支架上。由于在对患者牵引时，并不都是水平方向牵引，在按一定角度牵引时，牵引力的角度会是一个空间角，为确保治疗效果，必须要准确测量施加在患者身上的牵引力。以踝部牵引为例，在需要踝部牵引时，将拉力传感器11一端的封闭式圆环12套入踝部牵引支架上的圆环II 14中，将牵引绳穿入拉力传感器11一端略有开口的圆环I 13中，则无论什么空间角度牵引，牵引力的方向与拉力传感器11的轴线方向始终一致，这样，就用简单而费用极低的小机构保证了牵引力测量的准确性。

利用牵引床的床面升降电机控制床面倾角，床面倾角按牵引角度要求可相对水平面在-30°～40°范围可调。牵引力测控及床面控制模块1对牵引床的床面倾角进行控制时：根据牵引床的结构参数和牵引床的电机转速参数计算出牵引床的转动角度对应电机的升降时间，根据控制电机的升降时间控制牵引床的转动角度。角度的确定不用专门的角度传感器，而是按床的结构参数和电机的转速计算出对应角度的电机升降时间，靠控制电机的升降时间控制床面角度。由于牵引的角度要求不必特别精确，电机的转速平稳，角度误差很小，本方法省去了角度测量环节，所以大大节约了成本。

患者状态信号的选取与判断采用患者状态实时监控模块4来实现，因患者个体在年龄、性别、身体素质、既往病史等差异很大，减压治疗的控制方案必须因人而异，对自动控制方式的治疗方案，无论是医师预案还是专家系统定制方案，尽管是针对某一患者量身定制，也不可能将所有的影响因素都考虑到，为避免在治疗过程中因牵引力(或按压力)过大导致患者受到伤害，需要时时监测患者状态，当患者很痛苦或难受时其生理指标会发生明显变化，及时检测出这种变化，发现异常状态就是该模块的功能。由于当患者很痛苦时，其生理指标会发生改变，比如心率、血压、肌力等都会发生变化，可以通过检测这些指标的变化来监测患者的状态。本发明综合考虑成本和可行性，采用了对心率进行实时监控的方法。当测量出的心率较患者正常心率高出一定比率时，则判断为异常状态。判断为异常状态后，立刻将状态值(数字表示)通过蓝牙系统发送至上位机模块2。状态信号的抗干扰措施：在自动治疗方式下，为防止患者治疗过程中无意的大动作引起心率变化造成患者状态异常误判，采取了数字滤波结合二次确认措施：所述患者状态实时监控模块4对患者的心率状况进行实时监测时，采用移动平均值数字滤波方法以心率的移动平均值作为心率测量的输出值，当心率值超过设定的阈值时将该异常信号发送至上位机模块2，所述牵引力及床面测量控制模块1按照上位机模块2的指令调节施加在患者身体上的指压机构或牵引机构将施加力数值下降一定时间后再恢复本次治疗方案的初始力值进行治疗，如果患者状态实时监控模块4检测到患者的心率仍为异常状态时则下调本次理疗的施加力数值。采用移动平均值数字滤波方法，以心率的移动平均值作为心率测量输出值，在一定程度上减小了干扰，当按此心率作为输出值判断出现异常状态时，患者状态实时监控模块4会发出判断异常信号，上位机模块2接收此信号后按应对策略，首先确保患者安全，会立即将力值下降，但从治疗的角度看，为取得好的疗效，还是希望按本次治疗方案的力值继续进行治疗，并且移动平均值数字滤波方法并不能完全消除干扰，所以本发明采用了二次确认措施，即力值下降治疗3分钟后，恢复本次治疗方案的力值再行治疗，若模块再次判断异常，则确认异常状态，将本次治疗力值下调。

指压力测量及控制模块3对实施在患者脊柱上的指压机构、振动按摩机构和环形移动机构的控制电机进行实时控制。指压力测量及控制模块3包括对称安装在指压机构的压轴轴线的两侧用于测量对患者的脊柱施加的压力的两个同型号的传感器I 31和传感器II 32。由于指压机构压轴比较细，且要考虑压轴强度，力值传感器无法安装在压轴轴线上，为消除偏载影响，采用两个同型号的传感器I 31和传感器II 32对称安装方式测量压力力值，压力值为传感器I 31和传感器II 32测得力值之和。如图5所示。

温度检测与控制方面：为尽量接近人手的按摩感觉，也为了提高按摩的舒适感，所述指压力测量及控制模块3还包括设置在指形压头机构内的电热丝7和检测指形压头机构工作温度的薄膜热电阻8，指形压头机构为中空结构，如图3所示：所述薄膜热电阻8安装在指形压头机构空心部分的底端。通过加热使之有如人手的温暖感觉，为使温度保持在37℃左右，需要温度传感器对温度进行测量，并由单片机实现温度的控制。为了更准确地测量指形压头的温度，传感器应尽量靠近指尖，但又不能从外部测量，而且电热丝7的引线也不能从外部走线，所以指形压头设计为中空，由于空间很小，一般的温度传感器根本无法安装，所以采用薄膜热电阻8作为温度传感器贴于最底端，安装方式见附图3所示。

进一步的，上位机模块2主要功能包括控制方式确定及命令发送、数据接收显示和数据库管理。采用触摸屏控制方式对医生的指令信息进行人机交换，将确定的对患者的治疗方案通过无线通信方式传送至牵引力测控及床面控制模块1。如图4所示：上位机模块2至少包括手动控制单元21、自动控制单元22、数据接收单元23和数据库管理单元24。医师通过手动控制单元21的操作选择按键对牵引力测控及床面控制模块1的牵引力、牵引角度、按压力、按摩频率等参数进行选择和控制。通过点动控制各路电机的运行，分别实现其各自控制机构的升降、前后移动、旋转等运动。自动控制单元22包括治疗预案模块25和专家系统模块26。对已就诊的患者，医师已预先准备好了治疗预案并存档，可以通过治疗预案模块25在触摸屏输入病历号或身份证号(ID)，系统自动从数据库管理单元24调取治疗预案，并在界面上显示患者基本资料，同时将预案中的各控制参数(如牵引力、按压力、按摩频率、治疗时间等)通过指令发出。对没有建立治疗预案的患者即新患者通过专家系统模块26根据病例信息为其制定治疗方案。由于患者个体差异很大，治疗方案必须因人而异。不同病患部位治疗方式不同，如颈椎病患和腰椎病患治疗项目不同，第一腰椎病患和第三腰椎病患的牵引角度不同，瘦弱的人初次加载力值应比胖的人要小，疼痛敏感体质的人初次加载力值应比普通人的小，最高加载量也须控制。另外，不同年龄、性别对疼痛的耐受力也有差异。因此本发明的专家系统模块26是基于产生式规则的系统，其前件包括患者年龄、性别、身高、体重、病患部位、病患程度、是否为疼痛敏感体质等信息，由专家系统模块26确定治疗项目(如颈部牵引、腰踝部牵引、仿形指按压、振动按摩、仿形指加热，或减压方式的组合)、疗程、初始加载量、加载增量、最高加载量等。上位机按照治疗方案，给出相应控制方案(控制参数)。数据库管理单元24对诊疗过的患者进行基本情况、既往病史病等信息的录入和日常信息管理，可以实现查询、添加、删除、输出等功能。另外上位机模块2还具有报警功能。当患者状态异常时，界面指示灯显示红色并闪烁，同时，上位机模块2按异常状态应对策略调整控制方案，并将调整后的方案通过WIFI再次发送到牵引力测控及床面控制模块1中。

该系统还包括紧急按钮模块，所述紧急按钮模块5与牵引力测控及床面控制模块1采用无线通信方式进行数据通信。工作状态下，当患者受到的按压力过大导致疼痛接受不了时可以摁动紧急按钮模块5，该紧急按钮模块5将信号传送至牵引力测控及床面控制模块1，牵引力测控及床面控制模块1接收到该报警信号后立刻停止工作，并且将报警信号传送至指压力测量及控制模块3，使指压力测量及控制模块3也停止工作。

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 (9)

1.一种脊柱关节减压测控系统，其特征在于包括：对实施在患者脊柱上的指压机构的压力值和指形压头机构的温度进行检测以及对实施在患者身体上振动按摩机构的按摩频率进行控制并将检测到的数据信息输出的指压力测量及控制模块；

接收所述指压力测量及控制模块传送的数据信息、对人体进行牵引治疗的两路腰踝部牵引和一路颈部牵引的牵引力进行测量和控制以及对牵引床的升降电机进行控制的牵引力测控及床面控制模块；

对患者的心率状况进行实时监测、判断患者是否出现异常情况并将判断结果输出的患者状态实时监控模块；

该系统还包括存储有不同患者的治疗方案信息、患者的资料信息和治疗参数信息的上位机模块，所述上位机模块接收所述患者状态实时监控模块传送的数据信息、根据患者的患病资料制定相应的治疗方案输出治疗的控制参数、对牵引力测控及床面控制模块的工作进行实时监控；

所述牵引力测控及床面控制模块包括用于检测牵引力大小的拉力传感器和牵引连接装置，所述牵引连接装置包括安装在所述拉力传感器一端的封闭式圆环、安装在拉力传感器另一端具有开口的圆环I和固定安装在牵引支架上具有开口的圆环II；当对患者进行牵引治疗时，将所述拉力传感器一端的封闭式圆环套入牵引支架上的圆环II中，将牵引绳穿入所述拉力传感器另一端的圆环I中进行牵引力的测量。

2.根据权利要求1所述的脊柱关节减压测控系统，其特征还在于：所述牵引力测控及床面控制模块对牵引床的床面倾角进行控制时：根据牵引床的结构参数和牵引床的电机转速参数计算出牵引床的转动角度对应电机的升降时间，根据控制电机的升降时间控制牵引床的转动角度。

3.根据权利要求1所述的脊柱关节减压测控系统，其特征还在于：所述患者状态实时监控模块对患者的心率状况进行实时监测时，采用移动平均值数字滤波方法以心率的移动平均值作为心率测量的输出值，当心率值超过设定的阈值时将该异常信号发送至上位机模块，所述牵引力及床面测量控制模块按照上位机模块的指令调节指压机构或牵引机构施加在患者身体上的力值，将施加力数值下降一定时间后再恢复本次治疗方案的初始力值进行治疗，如果患者状态实时监控模块检测到患者的心率仍为异常状态时则确定下调本次理疗的施加力数值。

4.根据权利要求1所述的脊柱关节减压测控系统，其特征还在于：所述指压力测量及控制模块对实施在患者脊柱上的指压机构、振动按摩机构和环形移动机构的控制电机进行实时控制；

所述指压力测量及控制模块包括对称安装在指压机构的压轴轴线的两侧用于测量对患者的脊柱施加的压力的两个同型号的传感器I和传感器II，测量状态下：对患者的脊柱施加的压力值为所述两个同型号的传感器I和传感器II测得的力值之和。

5.根据权利要求1或4所述的脊柱关节减压测控系统，其特征还在于：所述指压力测量及控制模块还包括设置在指形压头机构内的电热丝和检测指形压头机构工作温度的薄膜热电阻，指形压头机构为中空结构，所述薄膜热电阻安装在指形压头机构空心部分的底端。

6.根据权利要求1所述的脊柱关节减压测控系统，其特征还在于：所述上位机模块采用触摸屏控制方式对医生的指令信息进行人机交换，将确定的对患者的治疗方案通过无线通信方式传送至牵引力测控及床面控制模块；上位机模块至少包括手动控制单元、自动控制单元、数据接收单元和数据库管理单元；

医师通过手动控制单元的操作选择按键对牵引力测控及床面控制模块的牵引力、牵引角度、按压力、按摩频率参数进行选择和控制；

所述自动控制单元包括治疗预案模块和专家系统模块，所述治疗预案模块存储有已就诊患者的病例信息和治疗方案信息，所述专家系统模块根据新患者的病例信息制定治疗方案；

所述数据接收单元接收所述指压力测量及控制模块和患者状态实时监控模块传送的数据信息并将该信息传送至数据库管理单元。

7.根据权利要求1所述的脊柱关节减压测控系统，其特征还在于：所述指压力测量及控制模块对按摩频率进行控制时采用脉冲宽度调制方式控制振动按摩电机的工作频率。

8.根据权利要求1所述的脊柱关节减压测控系统，其特征还在于：所述牵引力测控及床面控制模块与指压力测量及控制模块、牵引力测控及床面控制模块与上位机模块、患者状态实时监控模块和上位机模块采用无线通信方式进行数据通信。

9.根据权利要求1所述的脊柱关节减压测控系统，其特征还在于：该系统还包括紧急按钮模块，所述紧急按钮模块与牵引力测控及床面控制模块采用无线通信方式进行数据通信。