CN110478101A - 脑瘫儿童智能踝足矫正训练系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种脑瘫儿童智能踝足矫正训练系统，涉及医疗系统领域，提供一种能够辅助患儿足部进行运动,能够监控康复过程中踝关节运动参数并能够辅助制定康复方案的系统。该系统通过矫正装置检测脑瘫儿童的脚底压力数据及踝关节角度数据，并传输至移动监控终端查看并记，当出现数据异常则进行提示预警，同时，传输至康复平台进行记录和归类，当出现数据异常，则对预设的矫正方案进行调整，将调整后的矫正方案传输至脑瘫儿童脚踝矫正装置，脑瘫儿童脚踝矫正装置根据调整后的矫正方案进行运转。本发明能够使脑瘫患者，尤其是脑瘫儿童患者的康复过程更加精准快速的进行。

Description

脑瘫儿童智能踝足矫正训练系统
技术领域
本发明涉及医疗系统领域，尤其涉及一种脑瘫儿童智能踝足矫正训练系统。
背景技术
脑性瘫痪是由于出生前后各种原因造成的非进行性脑损伤导致的姿势异常和运动功能障碍，常伴有智力、语言、视觉和感知觉的障碍,而且这些障碍往往会制约运动功能的康复效果。因此,脑瘫儿童的康复应该采取全面、综合的方法,在逐渐改善患儿运动功能障碍的同时进行教育康复,以提高其智能水平。导致患儿运动障碍的一大原因是足部的跖屈和背屈。
改善患儿运动功能障碍时，常常需要物理康复师牵拉跟腱、处理小腿三角肌，人力成本投入大，并且往往收效甚微。
也有用于辅助脑瘫儿童康复的设备，例如申请号为200710134586的中国专利公开了一种脑瘫矫治鞋，包括矫形鞋、小腿支撑件和连接件、矫形鞋的鞋跟与小腿支撑件通过连接件连接，矫形鞋与小腿支撑件之间的夹角处于88度至92度之间。该脑瘫矫治鞋和小腿支撑件分别穿在患儿足部和小腿上，从而对患儿行走时的足部动作范围进行限制，以得到矫正患儿足部动作的效果。该脑瘫矫治鞋的缺点是：1、无动力装置，只能限制患儿行走时的足部动作范围，而不能帮助患儿足部按照正常的方式运动，辅助康复效果有限。2、不能得知康复过程的数据，无法查看康复过程和效果评价，更无法对应地调整和纠正康复过程的错误，不利于提高康复效果。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种能够辅助患儿足部进行运动,能够监控康复过程中踝关节运动参数并能够辅助制定康复方案的脑瘫儿童智能踝足矫正训练系统。
为解决上述问题采用的技术方案是：脑瘫儿童智能踝足矫正训练系统包括矫正装置，移动监控终端和康复平台；
矫正装置包括左矫正器、右矫正器和电源组件；左矫正器包括小腿连接装置、矫正鞋、踝关节组件和控制盒组件，矫正鞋能够获得足部对矫正鞋的压力数据，踝关节组件与小腿连接装置和矫正鞋连接，踝关节组件能够驱动矫正鞋旋转并获取矫正鞋的旋转角度数据，控制盒组件与小腿连接装置连接；控制盒组件包括主控制器和矫正器通信装置，主控制器能够接收压力数据和旋转角度数据并传输给矫正器通信装置，矫正器通信装置能够接收数据并传输给主控制器，主控制器能够根据该数据控制踝关节组件动作；左矫正器和右矫正器结构相同且相对称；电源组件能够给左矫正器和右矫正器供电；
移动监控终端包括数据收发模块及应用程序，通过数据收发模块与矫正器通信装置进行通信，通过应用程序对矫正装置检测的各个数据进行记录、查看，并在数据超出规定范围时进行提示预警；
矫正器通信装置能够与康复平台进行通信，康复平台用于制定矫正方案，将矫正方案数据传输至矫正器通信装置，控制矫正装置在预设的矫正方案下运转，并根据矫正装置在预设的矫正方案下运行时传输来的数据对预设的矫正方案进行调整，并将调整后的矫正方案传输至矫正装置，控制矫正装置在调整后矫正方案下运转；
康复平台还用于根据各矫正装置传输来的数据，自动制定相应的矫正方案，当有新的矫正装置接入后，将相应的矫正方案发送至新的矫正装置，控制新的矫正装置进行运转。
进一步的是：脑瘫儿童智能踝足矫正训练系统包括血氧传感器，血氧传感器与主控制器连接，主控制器能够接收血氧数据和并传输给矫正器通信装置。
进一步的是：小腿连接装置包括小腿连接板和连接在小腿连接板上的绑腿带。
进一步的是：踝关节组件包括减速器座、谐波减速器、内端盖、电机、角度编码器和输出连杆；减速器座结构为带有连杆通过缺口的环形结构，减速器座与小腿连接装置连接；谐波减速器位于减速器座外侧，谐波减速器的壳体与减速器座连接；电机与谐波减速器连接；输出连杆从连杆通过缺口进入减速器座内并与谐波减速器的输出盘连接；内端盖位于减速器座内侧并与减速器座连接；角度编码器安装在内端盖上，角度编码器检测输出连杆的旋转角度。
进一步的是：矫正鞋包括鞋底和与鞋底连接足部固定结构，鞋底包括压力传感器、压力垫片以及自下而上依次设置的鞋底底层、硬质的鞋底中间层和柔性的鞋底面层，鞋底中间层上设置有传感器及线路槽，压力传感器固定在传感器及线路槽内，压力垫片设置在压力传感器与鞋底面层之间；鞋底中间层与踝关节组件连接。
进一步的是：压力传感器的数量为四个，压力垫片与压力传感器一一对应设置，脑瘫儿童穿上矫正鞋时，四个压力垫片的位置分别与第一跖趾关节、第五跖趾关节、足跟和足外侧对应。
进一步的是：电源组件包括电源和与电源连接的腰部绑带。
进一步的是：上下及前后方向上，矫正鞋与输出连杆旋转中心的距离可调。
进一步的是：主控制器还能够根据预设程序独立控制踝关节组件动作。
本发明的有益效果是：1、矫正鞋和小腿连接装置分别穿在患儿足部和小腿上，踝关节组件驱动矫正鞋旋转，从而带动患儿足部按照正常的方式运动，从而改善踝关节运动、控制功能，逐渐改善跖屈和背屈状况，消除患儿运动障碍。
2、矫正装置能够获得足部对矫正鞋压力数据和矫正鞋的旋转角度数据，并将数据输出至移动监控终端和康复平台，进行记录并方便查看。矫正鞋承受压力数据和旋转角度数据能够反映患儿足踝部对正常行走方式的抵抗程度，从而反映患儿的跖屈和背屈的程度。通过这些数据，康复小组成员和患者家人能够了解踝关节的功能和康复的效果。康复小组成员能够根据不同的情况给出不同的康复策略，以提高康复效果加快康复速度。
3、康复平台用于制定矫正方案，将矫正方案数据传输至矫正器通信装置，控制矫正装置在预设的矫正方案下运转，并根据矫正装置在预设的矫正方案下运行时传输来的数据对预设的矫正方案进行调整，并将调整后的矫正方案传输至矫正装置，控制矫正装置在调整后矫正方案下运转。从而可实现康复方案的自动定制和调整。
附图说明
图1是脑瘫儿童智能踝足矫正训练系统结构框图；
图2是矫正装置结构图；
图3是左矫正器结构图；
图4是踝关节组件结构图；
图5是矫正鞋结构图；
图6鞋底结构图；
图7矫正装置供电控制原理图；
图中标记为：左矫正器1、小腿连接装置11、小腿连接板111、绑腿带112、踝关节组件12、减速器座121、连杆通过缺口1211、谐波减速器122、电机123、内端盖124、角度编码器125、连接法兰126、联轴器127、输出连杆128、外端盖129、矫正鞋13、鞋底131、鞋底底层1311、鞋底中间层1312、鞋底面层1313、传感器及线路槽1314、足部固定结构132、鞋连接座133、鞋连接孔1331、线路孔1332、压力传感器134、压力垫片135、控制盒组件14、右矫正器2、电源组件3、电源31、腰部绑带32、线路4。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
如图1至图7所示，脑瘫儿童智能踝足矫正训练系统包括矫正装置，移动监控终端和康复平台；
矫正装置包括左矫正器1、右矫正器2和电源组件3；左矫正器1包括小腿连接装置11、矫正鞋13、踝关节组件12和控制盒组件14，矫正鞋13能够获得足部对矫正鞋13的压力数据，踝关节组件12与小腿连接装置11和矫正鞋13连接，踝关节组件12能够驱动矫正鞋13旋转并获取矫正鞋13的旋转角度数据，控制盒组件14与小腿连接装置11连接；控制盒组件14包括主控制器和矫正器通信装置，主控制器能够接收压力数据和旋转角度数据并传输给矫正器通信装置，矫正器通信装置能够接收数据并传输给主控制器，主控制器能够根据该数据控制踝关节组件12动作；左矫正器1和右矫正器2结构相同且相对称；电源组件3能够给左矫正器1和右矫正器2供电；
移动监控终端包括数据收发模块及应用程序，通过数据收发模块与矫正器通信装置进行通信，通过应用程序对矫正装置检测的各个数据进行记录、查看，并在数据超出规定范围时进行提示预警；
矫正器通信装置能够与康复平台进行通信，康复平台用于制定矫正方案，将矫正方案数据传输至矫正器通信装置，控制矫正装置在预设的矫正方案下运转，并根据矫正装置在预设的矫正方案下运行时传输来的数据对预设的矫正方案进行调整，并将调整后的矫正方案传输至矫正装置，控制矫正装置在调整后矫正方案下运转；
康复平台还用于根据各矫正装置传输来的数据，自动制定相应的矫正方案，当有新的矫正装置接入后，将相应的矫正方案发送至新的矫正装置，控制新的矫正装置进行运转。
矫正鞋13和小腿连接装置11分别穿在患儿足部和小腿上，踝关节组件12驱动矫正鞋13旋转，则患儿足部随矫正鞋13摆动。患儿座姿，足部离地时，可对患儿足部进行锻炼。患儿行走时，矫正鞋13带动患儿足部模拟正常的方式运动。因此本申请能够帮助患儿康复，逐渐改善跖屈和背屈状况，消除患儿运动障碍。矫正装置也可以不驱动，患儿在无驱动的情况下自主行走，以便测量数据，进行分析。刚开始穿上矫正装置行走时，如果患儿无法适应，由物理治疗师进行训练。当适应后，可穿戴回家，长期训练。
此外，本发明能够获得足部对矫正鞋13压力数据和矫正鞋13的旋转角度数据，并将数据输出。其中旋转角度数据具体包括旋转的角度，角速度、角加速度。矫正鞋13承受压力数据和旋转角度数据能够反映患儿足部对正常行走方式的抵抗程度，从而反映患儿的跖屈和背屈的程度。
将数据发送至移动通信终端，患者家人能够得知患儿康复情况，例如通过将各角度数据和压力数据与正常人行走的数据相对比。通信终端可以是常见的手机并在手机里安装对应的程序。矫正器通信装置收发数据的方式可以是蓝牙、红外等现有方式。
康复平台即云平台。将数据发送至康复平台，远程的康复小组成员能够得知患儿康复情况，并根据不同的情况给出不同的康复策略，以提高康复效果加快康复速度。康复数据的积累可以作为经验数据，辅助康复小组成员制定康复方案，随着数据积累，可以逐步实现云诊断并给出对应的康复方案。同时，云端大数据的引入可以很好的解决康复数据监测问题，而且可以通过经验数据分析提供云诊断以及根据个人情况定制康复方案，使得整个康复进程更加完善、智能、有效。踝关节组件12的运动参数有角度、角速度、角加速度和驱动力。康复平台康复方案实际是提供这些数据参数。
患儿足部应避免在矫正鞋13内明显移动，因此矫正鞋13穿上时应一定程度包紧患儿足部，但又不宜过紧引起不适。为了监控此情况，脑瘫儿童智能踝足矫正训练系统包括血氧传感器，血氧传感器与主控制器连接，主控制器能够接收血氧数据和并传输给矫正器通信装置将数据输出。血氧传感器是现有技术产品，使用时安装在患儿脚拇指上。血氧传感器测值过低，则代表拇指处血氧量不足，从而代表矫正鞋13过紧，应适当松一松。还可进一步设置主控制器程序，在血氧传感器测值低于一定量时自动停止电机123。血氧传感器测值也可通过矫正器通信装置传输给移动监控终端。
小腿连接装置11的作用是穿戴在小腿上，具体设置方式优选为小腿连接装置11包括小腿连接板111和连接在小腿连接板111上的绑腿带112。穿戴方式是小腿连接板111贴在小腿上，绑腿带112将小腿连接板111绑在小腿上。
踝关节组件12的具体设置方式如图4所示，优选为：踝关节组件12包括减速器座121、谐波减速器122、内端盖124、电机123、角度编码器125和输出连杆128；减速器座121结构为带有连杆通过缺口1211的环形结构，减速器座121与小腿连接装置11连接；谐波减速器122位于减速器座121外侧，谐波减速器122的壳体与减速器座121连接；电机123与谐波减速器122连接；输出连杆128从连杆通过缺口1211进入减速器座121内并与谐波减速器122的输出盘连接；内端盖124位于减速器座121内侧并与减速器座121连接；角度编码器125安装在内端盖124上，角度编码器125检测输出连杆128的旋转角度。具体的减速器座121与小腿连接板111连接。
更具体的，可设置连接法兰126连接电机123壳体和谐波减速器122壳体。可设置联轴器127连接电机输出轴和谐波减速器122的输入孔。可设置外端盖129将电机123盖住。电机123、谐波减速器122和角度编码器125均为现有技术产品。
电机123驱动谐波减速器122，谐波减速器122输出低转速驱动输出连杆128摆动，从而驱动矫正鞋13摆动。主控制器控制踝关节组件12动作，实际是主控制器控制输出连杆128摆动的速度、力度和角度。主控制控制电机123的正反转、转速、力矩和转动时间即控制了输出连杆128摆动的速度、角度和力度。连杆通过缺口1211除了具有供输出连杆128通过的作用外，还具有限制输出连杆128极限摆动角度的作用。当出现出现故障时，输出连杆128摆动超量则与连杆通过缺口1211的壁面接触而停止，从而可避免输出连杆128摆动超量导致危险。
患儿的足部的跖屈和背屈使得患儿足部会抵抗矫正鞋13的动作，即抵抗输出连杆128摆动，使得输出连杆128实际摆动角度和主控制器预设角度有少量差别，该差别可反映患儿的足部的跖屈和背屈程度。跖屈时，输出连杆128前摆角度会小一些；背屈时，输出连杆128后摆角度会小一些。
矫正鞋13的具体设置方式优选如图5和图6所示：矫正鞋13包括鞋底131和与鞋底131连接足部固定结构132，鞋底131包括压力传感器134、压力垫片135以及自下而上依次设置的鞋底底层1311、硬质的鞋底中间层1312和柔性的鞋底面层1313，鞋底中间层1312上设置有传感器及线路槽1314，压力传感器134固定在传感器及线路槽1314内，压力垫片135设置在压力传感器134与鞋底面层1313之间；鞋底中间层1312与踝关节组件12连接。具体的鞋底中间层1312与输出连杆128连接。
患儿足部踩在柔性的鞋底面层1313上，柔性的鞋底面层1313受力变形，下压压力垫片135，压力垫片135将力传递给压力传感器134，从而检测压力。
鞋底中间层1312与输出连杆128连接的具体方式可以是在鞋底中间层1312上连接鞋连接座133，鞋连接座133上设置鞋连接孔1331和线路孔1332。输出连杆128插入鞋连接孔1331并通过紧固件与鞋连接座133连接。压力传感器134的供电和信号用的线路4从线路槽1314和线路孔1332通过。
压力传感器134的具体设置方式优选如下：压力传感器134的数量为四个，压力垫片135与压力传感器134一一对应设置，脑瘫儿童穿上矫正鞋13时，四个压力垫片135的位置分别与第一跖趾关节、第五跖趾关节、足跟和足外侧对应。上述设置方式有利于更准确地反映患儿足部的跖屈和背屈程度。跖屈时，第一跖趾关节、第五跖趾关节处对应的压力传感134测值增大；背屈时，足跟处对应的压力传感134测值增大。另外设置足外侧对应传感器，可反映足部侧偏情况。
不同的患儿脚大小形状有所不同。差别较大时，可采用不同规格的矫正鞋13。差别较小时，可调整足部固定结构132以有效固定足部，并可调节压力垫片135位置以适应。
患儿走动时，为了供电，电源组件3应同人体一起移动。因此，电源组件3包括电源31和与电源31连接的腰部绑带32。腰部绑带32将电源31绑在患儿腰部。
输出连杆128的旋转中心应与患儿患关节正对，为了便于正对，上下及前后方向上，矫正鞋13与输出连杆128旋转中心的距离可调。可将矫正鞋13与输出连杆128连接用的孔以及踝关节组件12与小腿连接板111连接的孔设置为长孔以实现上述调节。
如图2和6所示的矫正装置的数据和电能传递据由线路4实现。
这里进一步说明矫正装置其他可测量数据及可实现功能。1、首次着地时踝关节的跖屈角度，此数据在电机123关闭，患儿足部首次着地时由角度编码器125测得。2、迈步相踝关节的最大背屈角度，此数据在电机123关闭，患儿自主行走时由角度编码器125测得。3、站立相早期接触的踝关节背屈角度，此数据在电机123关闭，患儿站立时由角度编码器125测得。4、站立相中末期和末期的异常跖屈角度，此数据在电机123关闭，患儿站立时由角度编码器125测得。5、避免压疮发生，各压力传感器134测值均明显大于正常值，则代表矫正鞋13给与患儿足部的压力过大，可能导致压疮，应适当松一松矫正鞋或调整患儿足部位置。6、实现痉挛识别，行走时，当压力传感器134测值一直正常，但忽然产生较大变化，则代表患儿足部出现痉挛，此时应立刻停止电机123避免患儿摔倒；可设置主控制器程序，自动实现痉挛时停止电机123。
矫正装置要穿戴在人体上。为了保证轻便和舒适，矫正装置各部件应尽量轻便。材料上应选用轻便的塑料材料或铝材，坚硬部件与人体贴合的一侧上应贴上柔性垫。现有技术产品选型方面也选用轻便的产品。矫正装置所需输出功率并不大，因此重量在可接受范围内，申请人实际试制产品左矫正器1和右矫正器2的质量为1.5kg，本申请总质量为3.5kg。

Claims (8)

1.脑瘫儿童智能踝足矫正训练系统，其特征在于：包括矫正装置，移动监控终端和康复平台；
矫正装置包括左矫正器(1)、右矫正器(2)和电源组件(3)；左矫正器(1)包括小腿连接装置(11)、矫正鞋(13)、踝关节组件(12)和控制盒组件(14)，矫正鞋(13)能够获得足部对矫正鞋(13)的压力数据，踝关节组件(12)与小腿连接装置(11)和矫正鞋(13)连接，踝关节组件(12)能够驱动矫正鞋(13)旋转并获取矫正鞋(13)的旋转角度数据，控制盒组件(14)与小腿连接装置(11)连接；控制盒组件(14)包括主控制器和矫正器通信装置，主控制器能够接收压力数据和旋转角度数据并传输给矫正器通信装置，矫正器通信装置能够接收数据并传输给主控制器，主控制器能够根据该数据控制踝关节组件(12)动作；左矫正器(1)和右矫正器(2)结构相同且相对称；电源组件(3)能够给左矫正器(1)和右矫正器(2)供电；
移动监控终端包括数据收发模块及应用程序，通过数据收发模块与矫正器通信装置进行通信，通过应用程序对矫正装置检测的各个数据进行记录、查看，并在数据超出规定范围时进行提示预警；
矫正器通信装置能够与康复平台进行通信，康复平台用于制定矫正方案，将矫正方案数据传输至矫正器通信装置，控制矫正装置在预设的矫正方案下运转，并根据矫正装置在预设的矫正方案下运行时传输来的数据对预设的矫正方案进行调整，并将调整后的矫正方案传输至矫正装置，控制矫正装置在调整后矫正方案下运转；
康复平台还用于根据各矫正装置传输来的数据，自动制定相应的矫正方案，当有新的矫正装置接入后，将相应的矫正方案发送至新的矫正装置，控制新的矫正装置进行运转。
2.根据权利要求1所述的脑瘫儿童智能踝足矫正训练系统，其特征在于：包括血氧传感器，血氧传感器与主控制器连接，主控制器能够接收血氧数据并传输给矫正器通信装置。
3.根据权利要求1所述的脑瘫儿童智能踝足矫正训练系统，其特征在于：小腿连接装置(11)包括小腿连接板(111)和连接在小腿连接板(111)上的绑腿带(112)。
4.根据权利要求1所述的脑瘫儿童智能踝足矫正训练系统，其特征在于：踝关节组件(12)包括减速器座(121)、谐波减速器(122)、内端盖(124)、电机(123)、角度编码器(125)和输出连杆(128)；减速器座(121)结构为带有连杆通过缺口(1211)的环形结构，减速器座(121)与小腿连接装置(11)连接；谐波减速器(122)位于减速器座(121)外侧，谐波减速器(122)的壳体与减速器座(121)连接；电机(123)与谐波减速器(122)连接；输出连杆(128)从连杆通过缺口(1211)进入减速器座(121)内并与谐波减速器(122)的输出盘连接；内端盖(124)位于减速器座(121)内侧并与减速器座(121)连接；角度编码器(125)安装在内端盖(124)上，角度编码器(125)检测输出连杆(128)的旋转角度。
5.根据权利要求1所述的脑瘫儿童智能踝足矫正训练系统，其特征在于：矫正鞋(13)包括鞋底(131)和与鞋底(131)连接足部固定结构(132)，鞋底(131)包括压力传感器(134)、压力垫片(135)以及自下而上依次设置的鞋底底层(1311)、硬质的鞋底中间层(1312)和柔性的鞋底面层(1313)，鞋底中间层(1312)上设置有传感器及线路槽(1314)，压力传感器(134)固定在传感器及线路槽(1314)内，压力垫片(135)设置在压力传感器(134)与鞋底面层(1313)之间；鞋底中间层(1312)与踝关节组件(12)连接。
6.根据权利要求5所述的脑瘫儿童智能踝足矫正训练系统，其特征在于：压力传感器(134)的数量为四个，压力垫片(135)与压力传感器(134)一一对应设置，脑瘫儿童穿上矫正鞋(13)时，四个压力垫片(135)的位置分别与第一跖趾关节、第五跖趾关节、足跟和足外侧对应。
7.根据权利要求1所述的脑瘫儿童智能踝足矫正训练系统，其特征在于：电源组件(3)包括电源(31)和与电源(31)连接的腰部绑带(32)。
8.根据权利要求1所述的脑瘫儿童智能踝足矫正训练系统，其特征在于：上下及前后方向上，矫正鞋(13)与踝关节组件(12)旋转中心的距离可调。
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