CN109875850A - 一种脑卒中手部康复装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种脑卒中手部康复装置，包括驱动器和系统控制器，驱动器与系统控制器连接，驱动器包括，手套本体，手套本体包括指套，指套设有五个，与人体五根手指对应，分别为大拇指指套、食指指套、中指指套、无名指指套以及小拇指指套，指套外部上表面设有腔体套；多腔体软体驱动器，多腔体软体驱动器设于腔体套内部；压力传感器，压力传感器设于指套前端；肌电信号传感器，用于采集表面肌电信号，即采集sMEG；柔性弯曲传感器，柔性弯曲传感器设于腔体套内表面。解决了传统康复器械需要人工操作且动作单一，刚体材料器械与手指不兼容容易造成二次伤害的问题。
Description
技术领域
本发明属于脑卒中手部康复训练领域，具体地说，本发明涉及一种脑卒中手部康复装置。
背景技术
2018年中国慢性病大会报道目前中国有约1200万中风患者，每年正在以20％—30％的速度增长，预计2030年中风人数超过3000万。其中约有四分之三的病人人丧失了劳动能力，余生都需要靠别人护理。发达国家的中风残疾率为30％左右，而中国残疾率高达75％以上，主要是缺少有效、持续、科学的康复治疗。中风病人可通过后期训练慢慢康复，在我国中风的后续治疗存在以下问题：
1)、我国病人人口基数大，一对一的医护治疗不切实际；
2)、医院的治疗康复费用和进口康复器械费用昂贵；
3)、传统康复器械需要人工操作且动作单一，刚体材料器械与手指不兼容容易造成二次伤害。
发明内容
本发明目的在于提供一种脑卒中手部康复装置，以解决上述背景技术中提出的传统康复器械需要人工操作且动作单一，刚体材料器械与手指不兼容容易造成二次伤害的问题。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种脑卒中手部康复装置，包括驱动器和系统控制器，所述驱动器与系统控制器连接，所述驱动器包括：
手套本体，所述手套本体包括指套，所述指套设有五个，与人体五根手指对应，分别为大拇指指套、食指指套、中指指套、无名指指套以及小拇指指套，所述指套外部上表面设有腔体套；
多腔体软体驱动器，所述多腔体软体驱动器设于腔体套内部；
压力传感器，所述压力传感器设于指套前端；
肌电信号传感器，用于采集表面肌电信号，即采集sMEG；
柔性弯曲传感器，所述柔性弯曲传感器设于腔体套内表面。
优选的，所述多腔体软体驱动器包括：
腔体，所述腔体包括若干个变形腔，所述变形腔截面为长方形；
气管，所述气管一端连接有气源，气管的另一端与腔体连通；
通气孔，同一腔体上的变形腔之间，通过通气孔连通；
底座，所述腔体(58)设于底座上。
优选的，所述底座从上到下包括，
气管限制层，所述变形腔与气管限制层固定连接，所述气管设于气管限制层内；
连接层，所述连接层内部设有一层薄网状纤维，以增强底座的强度和硬度，防止多腔体软体驱动器发生除沿手指方向以外的弯曲；
底部限制层，保持底座的完整性，结构的稳定性。
优选的，所述食指指套、中指指套、无名指指套以及小拇指指套内的多腔体软体驱动器包括三个腔体，依次为指尖气腔、指中气腔和尾部气腔，分别与食指、中指、无名指以及小拇指的关节对应；
优选的，所述气管限制层、连接层、底部限制层均由弹性材质制成。
优选的，所述气源包括：
空压机储气罐，所述空压机储气罐与气管连接；
过滤减压阀，所述过滤减压阀与空压机储气罐；
电气比例阀，所述电气比例阀与过滤减压阀连接，所述电气比例阀与系统控制器电性连接。
优选的，所述弹性材质为硅胶。
优选的，所述空压机储气罐为微型储气罐，并且所述微型储气罐上连接有微型气泵。
本发明的有益效果为：
一体化多气腔的柔性驱动器带动患者手指弯曲，患者适应性好，安全、可靠；
对中风患者的sMEG与手指压力传感信号进行特征提取和建模，采集sEMG的信号建立康复模型，对康复进程进行评价，同时也可进行肌电信号模拟驱动，模拟下采集到的信号，可以驱动肢体到什么程度，验证康复模型。系统在自动分析的同时可上传至云平台征求医师意见，实现评价患者病情的功能，同时为患者匹配不同的康复控制程序。
附图说明
图1为本发明具体实施方式所述的驱动器结构示意图；
图2为本发明具体实施方式所述的一种脑卒中手部康复训练系统工作流程图；
图3为本发明具体实施方式所述的驱动器工作流程路；
图4为本发明具体实施方式所述的网络平台工作流程图；
图5为本发明具体实施方式所述的多腔体软体驱动器结构示意图。
其中：31、压力传感器；32、柔性弯曲传感器；33、手套本体；5、多腔体软体驱动器；51、气管；53、变形腔；54、通气孔；55、底部限制层；56、连接层；57、气管限制层；58、腔体。
具体实施方式
下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，目的是帮助本领域的技术人员对本发明的构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解，并有助于其实施。
如图1至图5所示，一种脑卒中手部康复训练系统，包括：驱动器，用于sMEG采集；系统控制器，系统控制器与驱动器连接，用于传输sMEG信息；网络平台；网络平台与系统控制器连接，用于医生与患者交流；
如图1所示，驱动器包括，
手套本体33，手套本体33包括指套，指套设有五个，与人体五根手指对应，分别为大拇指指套、食指指套、中指指套、无名指指套以及小拇指指套，指套外部上表面设有腔体套；多腔体软体驱动器5，多腔体软体驱动器5设于腔体套内部；压力传感器31，压力传感器31设于指套前端；肌电信号传感器，用于采集表面肌电信号，即采集sMEG；柔性弯曲传感器32，柔性弯曲传感器32设于腔体套内表面。
系统控制器包括：液晶显示屏、ARM控制板、信号滤波器、以及继电保护装置，具有数据处理、控制程序执行和系统后备保护的功能，液晶显示屏、信号滤波器以及继电保护装置均与ARM控制板电性连接，压力传感器31、柔性弯曲传感器32均与ARM控制板电性连接，所述继电保护装置包括漏电保护器、电流过载保护器，保护设备防止发生损坏。
用户将手伸入手套本体33内，手指伸入相应的指套内，肌电信号传感器贴于用户手臂表面，在初始时刻，用户通过液晶显示屏上的指令选择康复的模式或医生通过后台为患者选择初始康复模式，系统控制器控制驱动器执行命令，在康复训练期间，肌电信号传感器、手套内部压力传感器31和柔性弯曲传感器32时刻采集手部压力等信号反馈给系统总控制台，其中，压力传感器31用于传递患者手指在发生弯曲时的压力信号，柔性弯曲传感器32用于传递患者手指弯曲程度信号，系统控制器内的信号滤波器将信号滤波之后根据ARM控制板内的设定算法绘制信号曲线，系统控制器时刻将绘制的信号曲线传递到网络平台供医生参考，医生可根据数据反馈，并输入新的控制指令，新的控制指令经由网络平台反馈给患者，患者根据医生的反馈在液晶显示屏上进行设置，ARM控制板接收指令后，控制驱动器对患者进行康复训练。
多腔体软体驱动器5包括：腔体58，腔体58包括若干个变形腔53，变形腔53截面为长方形；气管51，气管51一端连接有气源，气管51的另一端与腔体58连通；通气孔54，同一腔体58上的变形腔53之间，通过通气孔54连通。底座，所述腔体(58)设于底座上，底座从上到下包括，气管限制层57，变形腔53与气管限制层57固定连接，气管51设于气管限制层57内；连接层56，连接层56内部设有一层薄网状纤维，以增强底座的强度和硬度，防止多腔体软体驱动器5发生除沿手指方向以外的弯曲；底部限制层55，保持底座的完整性，结构的稳定性。
食指指套、中指指套、无名指指套以及小拇指指套内的多腔体软体驱动器5包括三个腔体58，依次为指尖气腔、指中气腔和尾部气腔，分别与食指、中指、无名指以及小拇指的关节对应；大拇指指套内的多腔体软体驱动器5包括两个腔体58，依次为下部腔体和上部腔体，分别与大拇指的关节对应。
气管限制层57、连接层56、底部限制层55均由弹性材质制成，所述弹性材质为硅胶。
变形腔53的数量可根据患者骨节的长度进行定制，向气管51内部进行充气，气管51与变形腔53连通，且同一腔体58上的多个变形腔53相互连通，故变形腔53内由于充入气体而发生膨胀，将变形腔53充成圆形，使得变形腔53之间发生相互挤压，为弯曲提供充足形变所需要的力，最终使得腔体弯曲，通过气体驱动手套本体33，患者适应性好，安全、可靠。
气源包括：空压机储气罐，空压机储气罐与气管连接；过滤减压阀，过滤减压阀与空压机储气罐；电气比例阀，电气比例阀与过滤减压阀连接，电气比例阀与ARM控制板电性连接。采用ARM控制板来控制电气比例阀的开关来实现充放气，当ARM控制板选择开的时候，电气比例阀打开，空压机储气罐的气通过过滤减压阀、电气比例阀进入气管51实现弯曲动作。ARM控制板选择关的时候，由于变形腔53内的气压远远大于外界气压，故变形腔53逐渐放气，自动恢复原状。开的时候，是选择多次实验测得一个角度值作为阀值，当大于这个阀值就会选择开，否则不会充气。
所述空压机储气罐为微型储气罐，并且所述微型储气罐上连接有微型气泵。
ARM控制板包含紧急停止功能，体现在内部自行停止和外部强行中断程序指令。内部自行停止：变形腔53和气管51内均设置有气压检测模块，气压检测模块与ARM控制板电性连接，当手套出现变形腔53破裂或者气管51破裂时，ARM控制板检测到某一变形腔53气压瞬间降低或者充气气压不变，其程序执行中断，训练强制停止；外部强行中断：在液晶屏的控制界面中设置紧急停止键，用户在发生特殊状况点击紧急停止键系统会自动中断程序执行。
网络平台包括：患者信息库，用以存储患者信息；康复信息库，用以收集和存储中风患者的康复信息；数据处理模块，用以计算分析系统控制器传输的数据；存储模块，用以存储数据处理模块计算分析后的数据；云平台，用以存储患者信息库、康复信息库、存储模块中的数据，供医生访问；显示屏，显示屏与云平台连接，用以显示云平台内的信息。
当患者进行康复模式时，它产生的数据将会实时传输到云平台进行存储，通过数据处理模块，对系统控制器传输的数据进行计算分析，并将计算结果保存为新的数据，每一次数据都会被保存，医生通过对比多次数据，来对患者的康复情况进行诊断。
步骤：
S1、录入数据：患者信息库存储患者录入的信息；
S2、sMEG采集：系统控制器对患者进行sMEG采集，并将采集的信息绘制成信号曲线；
S3、数据上传：云平台读取患者信息库中的患者信息，以及系统控制器绘制的信号曲线；
S4、建立新数据库：数据处理模块对上传至云平台的信号曲线进行收集，形成新的数据，并且可对任意多个信号曲线进行对比；
S5、数据保存：存储模块对新的数据进行保存；
S6、做出诊断：医生通过调取存储模块中的数据，对患者的康复情况进行诊断，通过对信号曲线的对比观察，判断患者康复情况是否合格，如果合格进行下一阶段治疗，如果不合格需要返回重新治疗；
S7、数据读取：云平台读取医生做出的诊断结果；
S8、数据传输，显示屏接收云平台读取的医生诊断结果，显示屏将诊断结果显示出来。
S2包括如下步骤：
确定初始康复模式：通过液晶显示屏选择康复模式；
信息采集：ARM控制板对压力传感器31、柔性弯曲传感器32、肌电信号传感器接收到的信息进行采集；
滤波：信号滤波器对ARM控制板采集到的信息进行滤波；
建模：ARM控制板根据内部设定的算法，将滤波后的信息制成信号曲线。
每次患者在使用驱动器时，系统控制器都会将输出的信号曲线上传至云平台的存储模块中，医生可根据这段时间患者康复训练的信号曲线判断患者的康复状况，便于医生快速诊断，减少了患者去医院的次数。
具体工作原理及步骤：用户将手伸入手套本体33内，手指伸入相应的指套内，肌电信号传感器贴于用户手臂表面，在初始时刻，用户通过液晶显示屏上的指令选择康复的模式或医生通过后台为患者选择初始康复模式，系统控制器控制驱动器执行命令，在康复训练期间，肌电信号传感器、手套内部压力传感器31和柔性弯曲传感器32时刻采集手部压力等信号反馈给系统总控制台，其中，压力传感器31用于传递患者手指在发生弯曲时的压力信号，柔性弯曲传感器32用于传递患者手指弯曲程度信号，系统控制器内的信号滤波器将信号滤波之后根据ARM控制板内的设定算法绘制信号曲线，系统控制器时刻将绘制的信号曲线传递到网络平台供医生参考，医生可根据数据反馈，并输入新的控制指令，新的控制指令经由网络平台反馈给患者，患者根据医生的反馈在液晶显示屏上进行设置，ARM控制板接收指令后，控制驱动器对患者进行康复训练。
变形腔53的数量可根据患者骨节的长度进行定制，向气管51内部进行充气，气管51与变形腔53连通，且同一腔体58上的多个变形腔53相互连通，故变形腔53内由于充入气体而发生膨胀，将变形腔53充成圆形，使得变形腔53之间发生相互挤压，为弯曲提供充足形变所需要的力，最终使得腔体弯曲，通过气体驱动手套本体33，患者适应性好，安全、可靠。
当患者进行康复模式时，它产生的数据将会实时传输到云平台进行存储，通过数据处理模块，对系统控制器传输的数据进行计算分析，并将计算结果保存为新的数据，每一次数据都会被保存，医生通过对比多次数据，来对患者的康复情况进行诊断。每次患者在使用驱动器时，系统控制器都会将输出的信号曲线上传至云平台的存储模块中，医生可根据这段时间患者康复训练的信号曲线判断患者的康复状况，便于医生快速诊断，减少了患者去医院的次数。
以上结合附图对本发明进行了示例性描述，显然，本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要是采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进；或未经改进，将本发明的上述构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种脑卒中手部康复装置，其特征在于，包括驱动器和系统控制器，所述驱动器与系统控制器连接，所述驱动器包括：
手套本体(33)，所述手套本体(33)包括指套，所述指套设有五个，与人体五根手指对应，分别为大拇指指套、食指指套、中指指套、无名指指套以及小拇指指套，所述指套外部上表面设有腔体套；
多腔体软体驱动器(5)，所述多腔体软体驱动器(5)设于腔体套内部；
压力传感器(31)，所述压力传感器(31)设于指套前端；
肌电信号传感器，用于采集表面肌电信号，即采集sMEG；
柔性弯曲传感器(32)，所述柔性弯曲传感器(32)设于腔体套内表面。
2.根据权利要求1所述的一种脑卒中手部康复装置，其特征在于，所述多腔体软体驱动器(5)包括：
腔体(58)，所述腔体(58)包括若干个变形腔(53)，所述变形腔(53)截面为长方形；
气管(51)，所述气管(51)一端连接有气源，气管(51)的另一端与腔体(58)连通；
通气孔(54)，同一腔体(58)上的变形腔(53)之间，通过通气孔(54)连通；
底座，所述腔体(58)设于底座上。
3.根据权利要求2所述的一种脑卒中手部康复装置，其特征在于，所述底座从上到下包括：
气管限制层(57)，所述变形腔(53)与气管限制层(57)固定连接，所述气管(51)设于气管限制层(57)内；
连接层(56)，所述连接层(56)内部设有一层薄网状纤维，以增强底座的强度和硬度，防止多腔体软体驱动器(5)发生除沿手指方向以外的弯曲；
底部限制层(55)，保持底座的完整性，结构的稳定性。
4.根据权利要求3所述的一种脑卒中手部康复装置，其特征在于，所述食指指套、中指指套、无名指指套以及小拇指指套内的多腔体软体驱动器(5)包括三个腔体(58)，依次为指尖气腔、指中气腔和尾部气腔，分别与食指、中指、无名指以及小拇指的关节对应。
5.根据权利要求3所述的一种脑卒中手部康复装置，其特征在于，所述气管限制层(57)、连接层(56)、底部限制层(55)均由弹性材质制成。
6.根据权利要求2所述的一种脑卒中手部康复装置，其特征在于，所述气源包括：
空压机储气罐，所述空压机储气罐与气管连接；
过滤减压阀，所述过滤减压阀与空压机储气罐；
电气比例阀，所述电气比例阀与过滤减压阀连接，所述电气比例阀与系统控制器电性连接。
7.根据权利要求5所述的一种脑卒中手部康复装置，其特征在于，所述弹性材质为硅胶。
8.根据权利要求6所述的一种脑卒中手部康复装置，其特征在于，所述空压机储气罐为微型储气罐，并且所述微型储气罐上连接有微型气泵。
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