CN108904238A - 气囊式康复训练器控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种气囊式康复训练器控制系统，包括：主控制器；气囊式康复训练器，设有用于套设在人体臂部的臂部气囊，臂部气囊由多个依次连接的气囊套组成，各气囊套的气室互相独立；执行模块，用于接收主控制器的信号，对各气囊套的气室进行选通和充放气；压力采集模块，用于采集各气囊套与体表之间的压力；人机交互模块，与主控制器连接，用于选择康复训练模式以及设定训练参数，并对当前状态进行反馈。与现有技术相比，本发明的控制系统操作简单，每个气室单独检测控制，安全性高，能够更好的实现对患者的患侧保护；并可以提供被动式康复训练模式与主动式康复训练模式，模式选择多样，能够有效的对脑卒中初期患者实施康复训练。

Description

气囊式康复训练器控制系统

技术领域

本发明涉及一种康复训练系统，尤其是涉及一种用于脑卒中患者上肢功能康复的气囊式康复训练器控制系统。

背景技术

2011年中国卫生统计结果显示，心脑血管疾病是中国农村和城市居民第一位死因，且发病率和死亡率逐年上升。

中国卒中协会2015年首次发布的中国卒中流行报告显示，目前我国每年新发脑血管病患者约270万，每年死于脑血管病的患者约130万，每12秒就有一人发生脑卒中，每21秒就有人死于脑卒中，脑卒中是中国居民第一位死因。

《2016中国脑卒中防治报告》显示，我国40岁以上脑卒中患者中，40～64岁的中年人群占近50％，而在40岁以上脑卒中高危人群中，中年人群占比高达60％以上。脑卒中对我国中年人特别是劳动力人群形成了严重威胁。

根据脑卒中死亡率的全球分布，中国脑卒中死亡率约151-251人/10万人，在幸存者中约70％～80％的病人留有不同程度的残疾，这种疾病引发了患者肢体运动功能的丧失及相关并发症，尤其是上肢运动功能的丧失极大影响了患者日常生活的能力。

早期康复的能够有效地防止废用综合征产生，如：肿胀、肌肉缩短、关节活动度受限等，防止肢体痉挛产生，防止误用综合征及过用综合征，防止并发症，如肌肉痉挛、关节挛缩、肩手综合征、肩关节半脱位等，为以后的系统康复打下基础。

早期脑卒中患者的偏瘫侧处于软瘫期，即偏瘫侧没有肌力，在没有保护的情况下，进行康复训练很有可能造成患者肩部脱臼，气囊式的康复器有效的起到保护作用。患者只能卧床静养，目前市场上的上肢康复器械大多是坐在轮椅上训练或是站着训练，操作复杂，安全性较差。此外患者的偏瘫侧没有知觉，普通的充气式气囊很可能造成气囊充气过足或不足，而且康复功能单一。因此为了解决这一问题，迫切的需要开发一种安全性高，操作简单，功能全面的气囊式康复器械控制系统并提供相应控制策略以满足实际使用需要。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种气囊式康复训练器控制系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种气囊式康复训练器控制系统，包括：

主控制器，

气囊式康复训练器，设有用于套设在人体臂部的臂部气囊，臂部气囊由多个依次连接的气囊套组成，各气囊套的气室互相独立，

执行模块，用于接收主控制器的信号，对各气囊套的气室进行选通和充放气，

压力采集模块，用于采集各气囊套与体表之间的压力，并将数据传输至主控制器，

人机交互模块，与主控制器连接，用于选择康复训练模式以及设定训练参数，并对当前状态进行反馈。

优选地，所述的康复训练模式包括被动式康复训练模式和主动式康复训练模式；

被动式康复训练模式下，利用执行模块对各气囊套的气室进行间歇性反复自动充放气实现对人体臂部肌肉压力的增大与减小，用以起到对人体臂部肌肉按摩与肌肉收缩训练的作用，实现防止肌肉萎缩，促进血液循环的效果；

主动式康复训练模式下，利用执行模块将每个气囊套中的气室充气，使各气囊套与体表之间的压力达到预设主动康复训练压力后，用以配合外部器械进行康复训练。

优选地，该控制系统的控制方法包括以下步骤：

S1：主控制器接收人机交互模块的康复训练模式选择指令，当康复训练模式为被动式康复训练模式时，主控制器读取训练参数，并控制执行模块执行步骤S2，所述的训练参数包括气囊套充放气速度、气囊套充放气间隔、气囊套充放气次序、气囊套与体表之间的最小压力、气囊套与体表之间的最大压力和训练时间，当康复训练模式为主动式康复训练模式时，主控制器控制执行模块执行步骤S3；

S2：执行模块对各气囊套的气室进行间歇性反复自动充放气，直至达到训练时间，执行步骤S5；

S3：执行模块对各气囊套的气室同时充气，保证各气囊套与体表之间的压力一致；

S4：压力采集模块实时对各气囊套与体表之间的压力进行采集，并将数据输送至主控制器，判断采集的数据是否达到预设主动康复训练压力，若否，执行步骤S3，若是，执行步骤S5；

S5：执行模块停止动作。

优选地，所述的臂部气囊由依次连接的四个气囊套组成，分别为第一气囊套、第二气囊套、第三气囊套和第四气囊套，穿戴于人体臂部时，第一气囊套对应人体手部和前臂的前半段，第二气囊套对应人体前臂中部到手肘关节，第三气囊套对应人体手肘关节到上臂中部，第四气囊套对应人体上臂上端和肩部，被动式康复训练模式下，气囊套从下到上依次进行循环充放气，并且气囊套与体表之间的最小压力为气囊套与体表之间的最大压力的一半。

穿戴于人体臂部时，第一气囊套包裹人体手部和前臂的前半段；前臂中部到手肘部分对应为第二气囊套，可以在运动过程中实现对患者肱桡肌和肱侧腕曲肌的保护；手肘到上臂中部分对应为第三气囊套，可以在运动过程中实现对患者肱二头肌和肱三头肌的保护；上臂上端与肩部部分对应为第四气囊套，实现对三角肌和肩部关节的良好保护。各气囊套分别实现对手臂肌肉和关节和保护以及被动训练下各对应肌肉的按摩恢复。被动式康复训练模式下，气囊套从下到上依次进行循环充放气。气囊内压力通过时间控制由体表临界压力放气减压到一半值时，气囊停止放气，改为充气状态(即气囊套与体表之间的最小压力为气囊套与体表之间的最大压力的一半)。至下而上四个气囊套依次循环充放气转换，形成了对肢体和组织的循环压力，通过对对应肌肉的按压，可以帮助患者恢复肌力；同时，利用对肢体的远端到肢体的近端进行均匀有序的挤压，具有促进血液流动及改善微循环的作用。

优选地，所述的臂部气囊由四个依次连接的气囊套组成，穿戴于人体臂部时，所述的臂部气囊至上而下由四个依次连接的气囊套组成，第一气囊套包括手部和前臂的前半段；前臂中部到手肘部分为第二气囊套，可以在运动过程中实现对患者肱桡肌和肱侧腕曲肌的保护；手肘到上臂中部分为第三气囊套，可以在运动过程中实现对患者肱二头肌和肱三头肌的保护；上臂上端与肩部部分为第四气囊套，实现对三角肌和肩部关节的良好保护。各气囊套分别实现对手臂肌肉和关节和保护以及被动训练下各对应肌肉的按摩恢复。

被动式康复训练模式下，气囊套从下到上依次进行循环充放气。气囊内压力通过时间控制由体表临界压力放气减压到一半值时，气囊停止放气，改为充气状态。至下而上四个气囊套依次循环充放气转换，形成了对肢体和组织的循环压力，通过对对应肌肉的按压，可以帮助患者恢复肌力；同时，利用对肢体的远端到肢体的近端进行均匀有序的挤压，具有促进血液流动及改善微循环的作用。

优选地，所述的压力采集模块具有多个与气囊套相匹配的压力传感器，用于分别采集各气囊套与体表之间的压力，并将数据传输至主控制器；所述的执行模块具有多个与气囊套的气室连接的充放气机构，用于接收主控制器的信号，对各气囊套的气室进行选通和充放气。

每个气囊套与体表之间都有单独的压力传感器进行实时压力检测，而且每个气囊套的气室连接有单独的充放气机构进行通放气控制。能够实现对患者的体表提供均匀压力，充分保证了训练的安全性与高效性。

优选地，所述的气囊式康复训练器用于穿戴在脑卒中初期患者的患侧臂部。

优选地，所述的气囊式康复训练器还包括连接在臂部气囊顶端的肩关节部、连接在臂部气囊底端的手部以及连接在肩关节部上的穿戴部，所述的肩关节部用于搭设在人体肩关节处，所述的穿戴部呈环形，用于从人体另一侧的腋下穿戴在人体上。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明提供的控制系统操作简单，每个气室单独检测控制以实现对单个气室的精准控制，安全性高，能够更好的实现对脑卒中初期患者的患侧保护。

(2)根据所发明的控制系统提供了两种工作模式具体为：被动式康复训练模式与主动式康复训练模式，为患者提供多样的康复选择，能够有效的对脑卒中初期患者实施康复训练。

附图说明

图1为气囊式康复训练器控制系统的整体图；

图2为气囊式康复训练器的剖面示意图；

图3为气室和内嵌式气道示意图；

图4为本发明的气囊式康复训练器控制系统的连接示意图；

图5为图4中压力采集模块的结构框图；

图6为图4中的执行模块的结构示意图；

图7为图4中的人机交互模块的结构示意图；

图8为本发明的气囊式康复训练器控制系统的控制方法示意图；

图9为本发明的气囊式康复训练器控制系统的控制部分的线路板；

图10为本发明的气囊式康复训练器控制系统的执行部分的线路板。

图中，1为主控制器，2为执行模块，21为通气阀，22为继电器，23为驱动电路，24为气泵，3为压力采集模块，31为压力传感器组，32为信号采集电路，4为人机交互模块，41为声光显示器件，42为触摸屏，5为气囊式康复训练器，51为肩关节部，52为臂部气囊，521为第一气囊套，522为第二气囊套，523为第三气囊套，524为第四气囊套，525为气室，526为第一内嵌式气道，527为第二内嵌式气道，528为第三内嵌式气道，529为第四内嵌式气道，53为手部，54为充放气口，541为气道口，55为支撑杆，56为穿戴部，57为腋下调节板，58为连接带，59为风琴式罩体，6为电源，7为线路板，8为控制盒。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

一种气囊式康复训练器控制系统，如图1和图4所示，包括主控制器1、执行模块2、压力采集模块3、人机交互模块4和气囊式康复训练器5，气囊式康复训练器5设有用于套设在人体臂部的臂部气囊，臂部气囊由多个依次连接的气囊套组成，各气囊套的气室互相独立，执行模块2用于接收主控制器1的信号，对各气囊套的气室进行选通和充放气，压力采集模块3用于采集各气囊套与体表之间的压力，并将数据传输至主控制器1，人机交互模块4与主控制器1连接，用于选择康复训练模式以及设定训练参数，并对当前状态进行反馈。

其中，康复训练模式包括被动式康复训练模式和主动式康复训练模式；

被动式康复训练模式下，利用执行模块2对各气囊套的气室进行间歇性反复自动充放气实现对人体臂部肌肉压力的增大与减小，用以起到对人体臂部肌肉按摩与肌肉收缩训练的作用，实现防止肌肉萎缩，促进血液循环的效果；

主动式康复训练模式下，利用执行模块2将每个气囊套中的气室充气，使各气囊套与体表之间的压力达到预设主动康复训练压力(最佳状态)后，用以配合外部器械进行康复训练。

具体地，本实施例中：

主控制器1采用的是stm32系列单片机。

如图6所示，执行模块2包括多个与气囊套的气室连接的充放气机构，各充放气机构均包括充放气管道、通气阀21、继电器22、驱动电路23和气泵24，通气阀21和气泵24设置在充放气管道上，通气阀21用来控制各气囊套的气室的开闭，通过继电器22与主控制器1连接，在主控制器的控制下，实现各气囊套的气室的选通，气泵24用来为气囊的气室充放气，主控制器1通过驱动电路23对气泵24进行控制，安全有效。

如图5所示，压力采集模块3包括压力传感器组31和信号采集电路32，压力传感器组31具有多个与气囊套相匹配的压力传感器，分布于各气囊套的气室，信号采集电路32与控制器1连接，各气囊套与体表之间的压力信号由压力传感器组31采集，传输到信号采集电路32处理后交由主控制器1处理。

如图7所示，人机交互模块4包括声光显示器件41和触摸屏42，患者将训练相关信息(训练模式和训练参数)通过触摸屏42输入人机交互模块，并通过声光显示器件41和触摸屏42获取当前训练情况。人机交互模4块，一键启动，使患者能够简易的操作。

如图1和图9～10所示，本实施例的气囊式康复训练器控制系统还包括电源6，电源6可以采用锂电池等，用于为整个系统供电。电源6、线路板7(控制部分线路板及执行部分线路板)、人机交互模块4的触摸屏42、执行模块的通气阀21、气泵24均设置在一控制盒8上。控制部分线路板主要用于完成人机交互，信号采集，以及主控制功能，执行部分线路板主要用于实现对臂部气囊的充放气，通过接口与主板相连。

如图1～3所示，本实施例中的气囊式康复训练器5还可以包括连接在臂部气囊52顶端的肩关节部51、连接在臂部气囊52底端的手部53以及连接在肩关节部51上的穿戴部56，肩关节部51用于搭设在人体肩关节处，穿戴部56呈环形，用于从人体另一侧的腋下穿戴在人体上，穿戴部56通过魔术贴呈可调大小的环状，肩关节部51的末端连接有用于垫设在人体腋下的腋下调节板57，腋下调节板57的两侧通过连接带58与穿戴部56连接。臂部气囊52上设有充放气口54。更进一步地，臂部气囊52由依次连接的四个气囊套组成，从肩关节部51到手部53依次为第一气囊套521、第二气囊套522、第三气囊套523和第四气囊套524，各气囊套的气室525相互独立，穿戴于人体臂部时，第一气囊套对应人体手部和前臂的前半段；前臂中部到手肘关节对应为第二气囊套，可以在运动过程中实现对患者肱桡肌和肱侧腕曲肌的保护；手肘关节到上臂中部分对应为第三气囊套，可以在运动过程中实现对患者肱二头肌和肱三头肌的保护；上臂上端与肩部部分为对应第四气囊套，实现对三角肌和肩部关节的良好保护。各气囊套分别实现对手臂肌肉和关节和保护以及被动训练下各对应肌肉的按摩恢复。

充放气口54由四个气道口541组成，四个气道口541分别通过相互独立的内嵌式气道(第一内嵌式气道526、第二内嵌式气道527、第三内嵌式气道528和第四内嵌式气道529)与四个气囊套的气室525对应连通，各内嵌式气道与气囊本体的气室525内壁贴合并相连(内嵌式气道可以采用与气囊本体一样的材质)，内嵌式气道的内径与对应的气囊套的气室525大小相匹配，使得充气时可以同时充满各气囊套的气室，也可以保证重启过程中各气囊套的气室中的压力一致，例如本实施例中，第一气囊套521和第四气囊套524的气室容积大于第二气囊套522和第三气囊套523的气室容积，所以第一内嵌式气道526和第四内嵌式气道529的直径(气体通道直径)大于第二内嵌式气道527和第三内嵌式气道528的直径。与之相匹配的，本实施例中的压力传感器设置四个，充放气机构也设置四个。

如图8所示，该控制系统的控制方法包括以下步骤：

S1：使用时将气囊式康复训练器穿戴在脑卒中初期患者的患侧臂部，患者通过人机交互模块4进行训练模式选择，主控制器1接收人机交互模块4的康复训练模式选择指令，当康复训练模式为被动式康复训练模式时，主控制器1读取训练参数(训练参数可以是系统默认参数，也可以患者自行调整)，并控制执行模块2执行步骤S2，所述的训练参数包括气囊套充放气速度、气囊套充放气间隔、气囊套充放气次序、气囊套与体表之间的最小压力、气囊套与体表之间的最大压力和训练时间，当康复训练模式为主动式康复训练模式时，主控制器1控制执行模块2执行步骤S3；

S2：执行模块2对各气囊套的气室进行间歇性反复自动充放气，直至达到训练时间，执行步骤S5，完成训练；

S3：执行模块2对各气囊套的气室同时充气，保证各气囊套与体表之间的压力一致；

S4：压力采集模块3实时对各气囊套与体表之间的压力进行采集，并将数据输送至主控制器1，判断采集的数据是否达到预设主动康复训练压力，若否，执行步骤S3，若是，执行步骤S5，配合外部器械进行康复训练；

S5：执行模块2停止动作。

更进一步地，被动式康复训练模式下，被动式康复训练模式下，气囊套从下到上依次进行循环充放气。气囊内压力通过时间控制由体表临界压力放气减压到一半值时，气囊停止放气，改为充气状态(即气囊套与体表之间的最小压力为气囊套与体表之间的最大压力的一半)。至下而上四个气囊套依次循环充放气转换，形成了对肢体和组织的循环压力，通过对对应肌肉的按压，可以帮助患者恢复肌力；同时，利用对肢体的远端到肢体的近端进行均匀有序的挤压，具有促进血液流动及改善微循环的作用。

针对此时期患者卧床休养及软瘫期肌无力、肩关节易脱臼等问题，通过本实施例的气囊式康复训练器控制系统实现康复训练及早介入脑卒中术后早期患者的康复治疗活动，不仅控制系统操作简单，每个气室单独检测控制以实现对单个气室的精准控制，安全性高，能够更好的实现对脑卒中初期患者的患侧保护，而且提供了两种工作模式具体为：被动式康复训练模式与主动式康复训练模式，为患者提供多样的康复选择，能够有效的对脑卒中初期患者实施康复训练。

本实施例中，还可以在臂部气囊52肘关节的外侧面设有风琴式罩体59，为人体肘关节提供支撑的同时保证人体肘关节的自由度。

本实施例中，还可以在臂部气囊52肘关节的内侧面可拆卸连接支撑杆55。支撑杆55沿臂部52长度方向设置，亦即支撑杆55的长度方向与臂部气囊52的长度方向一致，在被动训练模式下使用，可以避免患者被动模式下出现手臂弯曲的情况。

上述对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种气囊式康复训练器控制系统，其特征在于，包括：

主控制器(1)，

气囊式康复训练器(5)，设有用于套设在人体臂部的臂部气囊，臂部气囊由多个依次连接的气囊套组成，各气囊套的气室互相独立，

执行模块(2)，用于接收主控制器(1)的信号，对各气囊套的气室进行选通和充放气，

压力采集模块(3)，用于采集各气囊套与体表之间的压力，并将数据传输至主控制器(1)，

人机交互模块(4)，与主控制器(1)连接，用于选择康复训练模式以及设定训练参数，并对当前状态进行反馈。

2.根据权利要求1所述的气囊式康复训练器控制系统，其特征在于，所述的康复训练模式包括被动式康复训练模式和主动式康复训练模式；

被动式康复训练模式下，利用执行模块(2)对各气囊套的气室进行间歇性反复自动充放气实现对人体臂部肌肉压力的增大与减小，用以起到对人体臂部肌肉按摩与肌肉收缩训练的作用；

主动式康复训练模式下，利用执行模块(2)将每个气囊套中的气室充气，使各气囊套与体表之间的压力达到预设主动康复训练压力后，用以配合外部器械进行康复训练。

3.根据权利要求2所述的气囊式康复训练器控制系统，其特征在于，该控制系统的控制方法包括以下步骤：

S1：主控制器(1)接收人机交互模块(4)的康复训练模式选择指令，当康复训练模式为被动式康复训练模式时，主控制器(1)读取训练参数，并控制执行模块(2)执行步骤S2，所述的训练参数包括气囊套充放气速度、气囊套充放气间隔、气囊套充放气次序、气囊套与体表之间的最小压力、气囊套与体表之间的最大压力和训练时间，当康复训练模式为主动式康复训练模式时，主控制器(1)控制执行模块(2)执行步骤S3；

S2：执行模块(2)对各气囊套的气室进行间歇性反复自动充放气，直至达到训练时间，执行步骤S5；

S3：执行模块(2)对各气囊套的气室同时充气，保证各气囊套与体表之间的压力一致；

S4：压力采集模块(3)实时对各气囊套与体表之间的压力进行采集，并将数据输送至主控制器(1)，判断采集的数据是否达到预设主动康复训练压力，若否，执行步骤S3，若是，执行步骤S5；

S5：执行模块(2)停止动作。

4.根据权利要求3所述的气囊式康复训练器控制系统，其特征在于，所述的臂部气囊由依次连接的四个气囊套组成，分别为第一气囊套(521)、第二气囊套(522)、第三气囊套(523)和第四气囊套(524)，穿戴于人体臂部时，第一气囊套(521)对应人体手部和前臂的前半段，第二气囊套(522)对应人体前臂中部到手肘关节，第三气囊套(523)对应人体手肘关节到上臂中部，第四气囊套(524)对应人体上臂上端和肩部，被动式康复训练模式下，各气囊套从下到上依次进行循环充放气，并且气囊套与体表之间的最小压力为气囊套与体表之间的最大压力的一半。

5.根据权利要求1所述的气囊式康复训练器控制系统，其特征在于，所述的压力采集模块(3)具有多个与气囊套相匹配的压力传感器(31)，用于分别采集各气囊套与体表之间的压力，并将数据传输至主控制器(1)；所述的执行模块(2)具有多个与气囊套的气室连接的充放气机构，用于接收主控制器(1)的信号，对各气囊套的气室进行选通和充放气。

6.根据权利要求1所述的气囊式康复训练器控制系统，其特征在于，所述的气囊式康复训练器(5)用于穿戴在脑卒中初期患者的患侧臂部。