CN109864872A

CN109864872A - 一种肘关节骨折主动康复量化数据采集的方法

Info

Publication number: CN109864872A
Application number: CN201910128971.7A
Authority: CN
Inventors: 曹慧; 张俊忠; 魏德健; 刘静
Original assignee: Shandong University of Traditional Chinese Medicine
Current assignee: Shandong University of Traditional Chinese Medicine
Priority date: 2019-02-21
Filing date: 2019-02-21
Publication date: 2019-06-11

Abstract

本发明公开一种肘关节骨折主动康复量化数据采集的方法，步骤如下：一，将柔性压力传感器固定在袖带中，将陀螺仪、加速度计、固定在控制盒内，通过触摸屏设定一个康复强度值；二，柔性压力传感器将压力转换成一个电阻值R；三，电阻值R通过分压电路得出对应电压信号V_R；四，将电压信号V_R转换成数字信号V_D；五，滤除传感器弯曲带来的应力信号V₀及初始值的干扰因素信号V₁，测算出病人在康复过程中的实时力量量化数据V；六，进行一阶滤波，得到病人运动角度的量化数据θ；七，将实时力量量化数据V、运动角度的量化数据θ和时间显示在控制盒表面的显示屏上；八，将得到的数据与预先设定的康复强度值进行比较，如果超出预先设定的康复强度值，则进行预警提示。

Description

一种肘关节骨折主动康复量化数据采集的方法

技术领域

本发明涉及数据采集领域，具体涉及一种肘关节骨折主动康复量化数据采集的方法。

背景技术

对于骨折来说，正骨手法或手术后的康复训练是骨折治疗的重要组成部分，它在骨骼肌肉疾病的功能恢复中发挥着显著作用。大量研究证明骨科康复能有效加快患者的康复进程，使其功能得到改善，显著降低致残率。康复训练是在骨折整复和固定的基础上，在充分考虑确保骨折愈合的情况下，针对可能引起关节功能障碍的因素，例如肿胀、粘连、关节僵硬、肌肉萎缩等采取相应的物理治疗、作业治疗以及矫形器等手段，使肢体损伤部位恢复最大功能，以适应日常生活、工作的需要。

目前，对于大部分肘关节骨折，主动康复是康复方案的第一选择。主动康复是指不需要外部干预的情况下，病人通过自我主动训练恢复健康的过程。在制定康复方案时，由于没有量化设备，医生很难给患者制定个性化、定量化的康复方案。患者在主动康复过程中，依据自身感受进行康复往往会影响康复效果。有的患者可能会活动过度，造成骨不连或二次损伤，而有的患者可能对疼痛比较敏感，活动欠缺，从而出现粘连，导致骨折部位功能恢复不佳。

发明内容

为了解决上述问题，本发明公开一种利用多种传感器量化肘关节骨折康复过程中上臂施力数据和前臂运动角度数据的方法，在使用传感器获取康复训练过程中上肢肌肉对装置挤压力量以及前臂屈伸运动的角速度和加速度的基础上，使用数据融合等方法测算出病人在康复过程中的实时力量量化数据和运动角度，为精准制定康复方案提供数据依据和标准。

一种肘关节骨折主动康复量化数据采集的方法，步骤如下：

步骤一，将柔性压力传感器固定在上臂装置的袖带中，将陀螺仪、加速度计、固定在前臂装置的控制盒内，通过触摸屏设定一个康复强度值；

步骤二，柔性压力传感器将压力转换成一个电阻值R；

步骤三，电阻值R通过分压电路得出对应电压信号V_R；

步骤四，将电压信号V_R转换成数字信号V_D；

步骤五，滤除传感器弯曲带来的应力信号V₀及初始值的干扰因素信号V₁，测算出病人在康复过程中的实时力量量化数据V；

步骤六，进行一阶滤波，得到病人运动角度的量化数据θ；

步骤七，将实时力量量化数据V、运动角度的量化数据θ和时间显示在控制盒表面的显示屏上；

步骤八，将得到的数据与预先设定的康复强度值进行比较，如果超出预先设定的康复强度值，则进行预警提示。

优选的，所述步骤二中电阻值R通过公式F＝k*R^-1计算得到。

优选的，所述步骤三中电压信号V_R通过公式计算得到。

优选的，所述步骤四中数字信号V_D通过公式计算得到。

优选的，所述步骤五中实时力量量化数据V通过公式V＝V_D-k₁*V₀-k₂*V₁计算得到。

优选的，所述步骤六中运动角度的量化数据θ通过公式θ_ω＝∫ω、θ_a＝sin^-1(a/g)和θ＝k₁*θ_ω+(1-k₁)*θ_a计算得到。

本发明的有益效果：

(1)本发明运用传感器量化患者康复过程的力量数据和运动角度数据，使医生可以定量的精准的为患者个体制定康复方案，而且可以动态调整康复过程中训练方案。此外，也可以辅助医生跟踪患者康复过程，为制定康复标准提供数据支持。

(2)本发明的方法用于获取病患使用肘关节骨折辅助康复装置进行康复训练过程中屈伸力度信息和屈伸幅度信息，从而使用定量的数据指导病患的康复过程，使正骨手法或手术后的康复训练更加科学、更加精准。

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为本发明所用装置图；

图2为数据采集流程图；

图中：1、上臂装置，2、前臂装置，3、袖带，4、控制盒，5、压力传感器，6、陀螺仪，7、加速度计。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

该采集方法是利用如图1所示的辅助肘关节骨折主动康复的装置进行的，该装置包括用于固定和支撑上臂的上臂装置1，用于固定和支撑前臂的前臂装置2，上臂装置1连接有袖带3，袖带3上安装压力传感器5，前臂装置上安装控制盒4，控制盒内安装陀螺仪6和加速度计7。如图2所示，控制盒4内的控制中心获取安装在设备内的压力传感器、陀螺仪和加速度计检测的压力、角速度和加速度信息及时间参数，然后将信息进行处理，得到病人训练过程中量化的数据参数，再判断该参数是否满足医生预先设定的康复方案，当不满足时进行语音提醒。使医生可以定量的精准的为患者个体制定康复方案，而且可以动态调整康复过程中训练方案。从而使用定量的数据指导病患的康复过程，此外，也可以辅助医生跟踪患者康复过程，为制定康复标准提供数据支持。使正骨手法或手术后的康复训练更加科学、更加精准。

该方法具体过程如下：

通过弹性材料收紧于病人上肢，标定收紧位置，使每次收紧程度保持一致，弹性材料内部含有阵列分布式柔性薄膜压力传感器，使其覆盖在病人肌肉位置，当病人主动发力做拉伸运动时，肌肉挤压压力传感器，电阻随压力增大而减小，其压阻特性表现为电阻R与压力F呈幂函数关系F＝k*R^-1，通过电阻、电压分压转换公式得出对应电压信号V_R，R_k为参比电阻、3.3V为标准电压。通过对电压信号采样为数字信号通过V＝V_D-k₁*V₀-k₂*V₁可以滤除传感器弯曲带来的应力信号V₀及初始值的干扰因素信号V₁，测算出病人在康复过程中的实时力量量化数据V。

通过陀螺仪传感器和加速度计传感器，测量病人前臂运动的角速度ω和加速度a，运动角度θ_ω＝∫ω，对加速度进行矢量分解计算出角度θ_a＝sin^-1(a/g)，由于陀螺仪和加速度都容易受到干扰，通过一阶滤波θ＝k₁*θ_ω+(1-k₁)*θ_a，k₁为权重且0≤k₁≤1。得到准确的运动角度θ。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种肘关节骨折主动康复量化数据采集的方法，其特征在于，步骤如下：

步骤一，将柔性压力传感器(5)固定在上臂装置(1)的袖带(3)中，将陀螺仪(6)、加速度计(7)、固定在前臂装置(2)的控制盒(4)内，通过触摸屏设定一个康复强度值；

步骤二，柔性压力传感器(5)将压力转换成一个电阻值R；

步骤三，电阻值R通过分压电路得出对应电压信号V_R；

步骤四，将电压信号V_R转换成数字信号V_D；

步骤六，进行一阶滤波，得到病人运动角度的量化数据θ；

2.如权利要求1所述的一种肘关节骨折主动康复量化数据采集的方法，其特征在于，所述步骤二中电阻值R通过公式F＝k*R^-1计算得到。

3.如权利要求2所述的一种肘关节骨折主动康复量化数据采集的方法，其特征在于，所述步骤三中电压信号V_R通过公式计算得到。

4.如权利要求3所述的一种肘关节骨折主动康复量化数据采集的方法，其特征在于，所述步骤四中数字信号V_D通过公式计算得到。

5.如权利要求4所述的一种肘关节骨折主动康复量化数据采集的方法，其特征在于，所述步骤五中实时力量量化数据V通过公式V＝V_D-k₁*V₀-k₂*V₁计算得到。

6.如权利要求5所述的一种肘关节骨折主动康复量化数据采集的方法，其特征在于，所述步骤六中运动角度的量化数据θ通过公式θ_ω＝∫ω、θ_a＝sin^-1(a/g)和θ＝k₁*θ_ω+(1-k₁)*θ_a计算得到。