CN110538048B - 一种环形轨道步行康复训练仪 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及医疗辅助器材技术领域，公开了一种结构简单且可有效减少人力和时间的环形轨道步行康复训练仪，具备：环形轨道，其中间部位形成有连续的凹槽，环形轨道悬空安装；步行轨道，其放置于与环形轨道对应的地面上；滑行器，其一端安装于凹槽内，滑行器的另一端形成有挂钩；约束带，其一端穿戴于患者的躯干上，另一端固定于挂钩内；控制拉杆，其一端安装于凹槽内，控制拉杆的另一端设有用于提供平衡力的持握部；通过滑行器及控制拉杆与环形轨道配合使用，使得患者可平稳地沿着步行轨道行走。

Description

一种环形轨道步行康复训练仪
技术领域
本发明涉及医疗辅助器材技术领域，更具体地说，涉及一种环形轨道步行康复训练仪。
背景技术
步行是日常生活中非常基础的动作，也是完成其他活动的基础。脑卒中后的偏瘫患者、小儿脑瘫、脑外伤及车祸外伤等原因导致的步行功能障碍患者，应在康复早期将步行训练纳入到康复训练当中，治疗师给予认真的指导和实施，为日后完成更多的活动奠定基础。
步行中所含的动作(足跟着地、单腿支撑、足跟离地、摆动等)都要求身体各部位的协调运动，在步行中完成一个熟练、连贯、完整的过程。这个训练往往需要一对一进行，且训练频率较高，时间较长，耗费了大量的人力、精力和时间。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述需耗费了大量的人力、精力和时间的缺陷，提供一种结构简单且可有效减少人力和时间的环形轨道步行康复训练仪。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种环形轨道步行康复训练仪，具备：
环形轨道，其中间部位形成有连续的凹槽，所述环形轨道悬空安装；
步行轨道，其放置于与所述环形轨道对应的地面上；
至少一个滑行器，其一端安装于所述凹槽内，所述滑行器的另一端形成有挂钩；
约束带，其一端穿戴于患者的躯干上，另一端固定于所述挂钩内；
至少一个控制拉杆，其一端安装于所述凹槽内，所述控制拉杆的另一端设有用于提供平衡力的持握部；
通过所述滑行器及所述控制拉杆与所述环形轨道配合使用，使得所述患者可平稳地沿着所述步行轨道行走。
在一些实施例中，所述控制拉杆是可伸缩的。
在一些实施例中，在所述滑行器及所述控制拉杆的一端上设有轴承或滑轮，所述轴承或滑轮放置于所述凹槽内。
在一些实施例中，在所述持握部内设有心率检测电路，其中，在所述持握部的内表面设有用于感应所述患者心率的传感器。
在一些实施例中，所述心率检测电路包括脉搏传感器、放大电路、比较电路及控制电路；
所述脉搏传感器的输入端用于检测人体的心脏搏动信号；
所述放大电路的信号输入端与所述脉搏传感器的输出端连接，用于接收所述脉搏传感器输出的所述心脏搏动信号；
所述比较电路的信号输入端耦接于所述放大电路的信号输出端；
所述控制电路的信号输入端耦接于所述比较电路的信号输出端，其用于接收所述比较电路输出的所述心脏搏动信号；
在所述比较电路内设有阈值信号，所述比较电路将输入的所述心脏搏动信号与所述阈值信号进行比较；
若心脏搏动信号低于所述阈值信号下限或高于所述阈值信号上限，则所述控制电路发出报警。
在一些实施例中，所述放大电路包括第二放大器及第三放大器，所述第二放大器的同相输入端与所述脉搏传感器的输出端连接；
所述第二放大器的输出端通过第七电阻与所述第三放大器的同相输入端连接，所述第三放大器的输出端与所述比较电路的输入端连接。
在一些实施例中，所述比较电路包括第一比较器、第二比较器及第三比较器，
所述第一比较器的反相输入端与所述放大电路的输出端连接，所述第一比较器的输出端耦接于所述第二比较器的同相输入端；
所述第二比较器的输出端与所述第三比较器的同相输入端连接，所述第三比较器的输出端与所述控制电路的输入端连接。
在一些实施例中，在所述步行轨道内设置有步态测量电路，所述步态测量电路包括步态传感器、接收器、控制器、发射器及步态分析器；
所述步态传感器的输入端用于检测患者的步态信号；
所述接收器的输入端与所述步态传感器的输出端连接，用于接收所述步态传感器的输出的所述步态信号；
所述控制器的信号输入端耦接于所述接收器的输出端；
所述发射器的输入端与所述控制器的信号输出端连接；
所述步态分析器的信号输入端耦接于所述发射器的输出端，用于接收所述发射器输出的所述步态信号。
在一些实施例中，所述步态测量电路还包括第一电感、第二电感及第二十电容，
所述第一电感的一端与所述步态传感器的输出端连接，所述第一电感的另一端与所述控制器的信号输入端连接；
所述第二电感及所述第二十电容的一端与所述控制器的信号输出端共同连接，所述第二电感及所述第二十电容的另一端与所述步态分析器的信号输入端共同连接。
在本发明所述的环形轨道步行康复训练仪中，包括环形轨道及步行轨道，步行轨道放置于与环形轨道对应的地面上；滑行器的一端安装于凹槽内，滑行器的另一端形成有挂钩；约束带的一端穿戴于患者的躯干上，另一端固定于挂钩内；控制拉杆，其一端安装于凹槽内，控制拉杆的另一端设有用于提供平衡力的持握部；通过滑行器及控制拉杆与环形轨道配合使用，使得患者可平稳地沿着步行轨道行走。与现有技术相比，本发明可有效地保证患者在行走过程的安全性，还可减少治疗师在训练过程中体力不支的问题，可延长训练的时间，进而提高治疗效果，且在训练过程中，患者在练习步行的时候，同时锻炼了上肢手臂的肌力，有效地促进患者整个身体的恢复，可根据轨道大小，在整个环形轨道中设置多个约束带及控制拉杆，同时训练几个病人，达到治疗师一人对多个患者的省时省精力的高效率训练方法。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明提供的环形轨道步行康复训练仪一实施例结构示意图；
图2是本发明提供的环形轨道一实施例结构示意图；
图3a是本发明提供的环形轨道与滑行器一实施例结构示意图；
图3b是本发明提供的环形轨道与控制拉杆一实施例结构示意图；
图4a是本发明提供的心率检测电路一实施例部分电路图；
图4b是本发明提供的心率检测电路另一实施例部分电路图；
图4c是本发明提供的心率检测电路再一实施例部分电路图；
图5a是本发明提供的步态测量电路一实施例部分电路图；
图5b是本发明提供的步态测量电路另一实施例部分电路图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
图1是本发明提供的环形轨道步行康复训练仪一实施例结构示意图，图2是本发明提供的环形轨道一实施例结构示意图，3a是本发明提供的环形轨道与滑行器一实施例结构示意图；图3b是本发明提供的环形轨道与控制拉杆一实施例结构示意图。如图1-图3b所示，在本发明的环形轨道步行康复训练仪第一实施例中，包括环形轨道10、步行轨道20、滑行器30及控制拉杆40。其中，在环形轨道10的中间部位形成有连续的凹槽101，其平行且对称设置。在环形轨道10的外侧设有定位器102，其中，每组定位器102对称设置，在定位器102内形成有通孔，安装时，将钢丝或钢索穿过通孔，使得环形轨道10沿着水平面悬空安装，通过应力较好的钢丝或钢索固定环形轨道10，以免在使用过程中晃动。
进一步地，环形轨道10可为一体成型或拼接连接成型。若环形轨道10为拼接连接成型的，可通过对接扣件103对环形轨道10的接口进行固定，通过对接扣件103进而保证凹槽101的连续性。
其中，在环形轨道10的正下方放置有步行轨道20，步行轨道20放置于与环形轨道10对应的地面上。
如3a所示，在环形轨道10内至少一个滑行器30，其中，在滑行器30一端上设有横向设置的连杆301，其中，连杆301与滑行器30一体形成或滑行器30形成有通孔，连杆301穿过通孔与滑行器30固定设置。进一步地，在连杆301上安装有轴承302，其中，滑行器30设有轴承302的一端放置于凹槽101内，在外力的作用下，通过轴承302转动，使得滑行器30可沿着凹槽101运动。
在滑行器30的另一端形成有挂钩303，在挂钩303的一侧形成有开口，其中，挂钩303用于悬挂约束带304。
约束带304的一端穿戴于患者的躯干上，为患者提供稳固力；约束带304的另一端固定于挂钩303内。其中，在约束带304内设有排扣，通过约束带304进行调节约束带304的长短，进而满足不同身高的患者使用。
其中，在凹槽101内还设有至少一个控制拉杆40，在控制拉杆40的一端(即顶部)设有横向设置的连杆401，连杆401与控制拉杆40呈90度。在连杆401上安装有轴承402，控制拉杆40设有轴承402的一端放置于凹槽101内(放置于滑行器30的前侧)，在外力的作用下，通过轴承402转动，使得控制拉杆40可沿着凹槽101运动。
其中，控制拉杆40是可伸缩的，患者可根据自身的需求进行调节控制拉杆40的长度。
在控制拉杆40的另一端设有用于提供平衡力的持握部403。
使用时，将约束带304的一端穿戴在患者的躯干(即腰部部位)，约束带304的另一端固定在滑行器30的挂钩303内，然后调节约束带304的长度。通过约束带304可提高患者行走的平衡力，如需要时，还可将手抓紧控制拉杆40上的持握部403，患者通过滑行器30和控制拉杆40提供的支撑力，再与环形轨道10配合使用，使得患者可平稳地在步行轨道20上行走。
通过本技术方案能够有效地保证患者在行走过程的安全性，还可减少治疗师在训练过程中体力不支的问题，可延长训练的时间，进而可提高治疗效果，且在训练过程中，患者在练习步行的时候，同时锻炼了上肢手臂的肌力，可加快患者整个身体的恢复，可根据轨道大小，在整个环形轨道中设置多个约束带及控制拉杆，同时训练几个病人，达到治疗师一人对多个患者的省时省精力的高效率训练方法。
在本实施方式中，为了检测患者训练时的心率状态，可在持握部40内设置心率检测电路。具体地，心率检测电路设于持握部40内，在持握部40的内表面设有感应患者心率的传感器。
如图4a、4b及4c所示，心率检测电路包括前置放大电路110、放大电路111、比较电路113及控制电路。其中，前置放大电路110设有用于检测人体的心脏搏动信号的脉搏传感器R1。
具体地，由于在人体指尖组织中的动脉成分含量高，而且指尖厚度相对其他人体组织而言比较薄，透过手指后检测到的光强相对较大，因此光电式脉搏传感器的测量部位在人体指尖。将一对红外发射与接收探头置于手指两侧，当动脉血管随心脏周期性的收缩和舒张，动脉血管的血液容积随之发生变化时，红外接收探头便接收到随心脏周期性地收缩和舒张的动脉搏动光脉冲信号，从而采集到心脏搏动信号，脉搏传感器R1将获取的心脏搏动信号输出至放大电路111。
放大电路111具有信号放大的作用。具体地，放大电路111的信号输入端与脉搏传感器R1的输出端连接，用于接收脉搏传感器R1输出的心脏搏动信号，并对输入的心脏搏动信号进行放大，然后将心脏搏动信号输出至比较电路113。
比较电路113将两个或多个数据项进行比较，以确定它们是否相等，或确定它们之间的大小关系及排列顺序进行比较。具体地，比较电路113的信号输入端耦接于放大电路111的信号输出端，用于接收经放大电路111放大后的心脏搏动信号。
其中，在比较电路113内设有阈值信号，比较电路113将输入的心脏搏动信号与阈值信号进行比较，并将比较结果输出至控制电路。
控制电路为心率检测电路的核心，其具有控制、运算以及输出指令的作用。具体地，控制电路的信号输入端耦接于比较电路113的信号输出端，用于接收比较电路113输出的心脏搏动信号，若输出的心脏搏动信号低于阈值信号下限或高于阈值信号上限时，则控制电路发出报警。
例如：当患者心率(阈值信号)低于下限60次/min时，控制电路发出长音报警；当心率(阈值信号)高于上限100次/min时，控制电路发出短音报警。通过设置心率检测电路，可有效地实时检测患者在训练时的身体状态，根据心率数值进行调节训练的强度，有助于治疗师了解患者的心率状况，避免发生意外。
在本实施方式中，为了完善前置放大电路110的性能，可在电路中设置脉搏传感器R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第一电容C1、第一放大器A1及光电耦合器U1。其中，第一电阻R1为可变电阻。
具体地，脉搏传感器R1的输出端与第一放大器A1的同相输入端连接，第一放大器A1的反相输入端与第二电阻R2、第三电阻R3及第一电容C1的一端共同连接，第二电阻R2的另一端与公共端连接。
第一放大器A1的输出端与光电耦合器U1的第一输入端(对应1脚)连接，第三电阻R3及第一电容C1的另一端与光电耦合器U1的输出端(对应2脚)共同连接。
具体而言，脉搏传感器R1所获取的心脏搏动信号经第一放大器A1放大后输出至光电耦合器U1，由光电耦合器U1进行隔离再输出至放大电路111。
在一些实施例中，为了提高心脏搏动信号放大倍数，可在放大电路111中设置第三电容C3、第四电容C4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第二放大器A2及第三放大器A3。具体地，第三电容C3的一端与光电耦合器U1的第二输出端(对应3脚)连接，第三电容C3的另一端与第二放大器A2的同相输入端连接，需要说明的是，第二放大器A2的同相输入端通过光电耦合器U1及第一放大器A1与脉搏传感器R1的输出端连接。
第四电容C4与第六电阻R6串联连接，第二放大器A2的反相输入端与第四电容C4和第六电阻R6的串联电路连接。
第二放大器A2的输出端通过第七电阻R7与第三放大器A3的同相输入端连接，第三放大器A3反相输入端与第八电阻R8及第九电阻R9的一端共同连接，第三放大器A3的输出端通过第十电阻R10与积分电路112的输入端连接。
具体而言，经前置放大电路110放大后的心脏搏动信号再输入放大电路111进行后级放大，再输出至积分电路112。
积分电路112包括第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13、反馈电阻Rf、第九电容C9、第十电容C10及第四放大器A4。具体地，第十一电阻R11的一端与放大电路111的输出端(即第十电阻R10的一端)连接，第十一电阻R11通过串联连接的第十二电阻R12及第十三电阻R13与第四放大器A4的反相输入端连接。
第九电容C9与第十电容C10串联连接，串联连接的第九电容C9及第十电容C10与第十二电阻R12及第十三电阻R13的串联电路并联连接，其中，第十电容C10的一端与第四放大器A4的反相输入端连接。
第四放大器A4的同相输入端与反馈电阻Rf及第十五电阻R15的一端共同连接，第四放大器A4的输出端与反馈电阻Rf的另一端及比较电路113的输入端共同连接。
举例而言，由于受内外噪声及50Hz工频干扰等因素，即使检测电路具有很高的共模抑制比，脉搏信号也非常微弱，可能会淹没在于扰信号中，由于脉搏信号主峰频率在1Hz左右，能量较强的分量也在20Hz以下，所以设计低通滤波器的上限截止频率为40Hz。对于工频干扰，采用对称性双T阻容有源陷波器对其专门滤除，再通过积分电路112及比较电路113整形之后，再将比较获得的参数输出至控制电路需要的标准的0～5V脉冲信号。
在一些实施例中，为了提升控制电路的性能，可在控制电路中设置集成芯片U2、第一三极管Q1、晶振XT及LED显示屏。具体地，集成芯片U2的信号输入端(对应Vin管脚)与比较电路113的输出端连接，用于接收比较电路113输出的信号。
集成芯片U2的信号输出端(对应P1管脚)与第一三极管Q1的基极连接，第一三极管Q1的集电极与电路高电平端连接，第一三极管Q1的发射极与电路公共端连接，集成芯片U2的信号输出端与LED显示屏的信号输入端连接。
通过LED显示屏可实时显示患者心率的数值，当集成芯片U2输出心率信号的低于上限或高于下限时，则输出高电平，该高电平用于驱动第一三极管Q1导通，进而发出报警信号。
在一些实施例中，为了更好地观察到患者在训练时的步态数据，可在步行轨道20内设置有步态测量电路(如图5a、图5b所示)。步态测量电路包括步态传感器SMA、接收器114、控制器U3、发射器115及步态分析器U4。具体地，步态传感器SMA用于检测患者在步行轨道20内的步态信号，并将该步态信号输出至接收器114。
接收器114的输入端与步态传感器SMA的输出端连接，用于接收步态传感器SMA的输出的步态信号，接收器114将该步态信号输出至控制器U3。
控制器U3的信号输入端(对应RFIN)通过第十八电容C18与接收器114的输出端连接，控制器U3的信号输出端(对应RFOUT)与发射器115的输入端连接，将步态信号输出至步态分析器U4。
具体地，步态分析器U4的信号输入端耦接于发射器115的输出端，用于接收发射器115输出的步态信号。
其中，接收器114包括第一电感L1、第二十二电容C22及第二十三电容C23。具体地，第一电感L1及第二十二电容C22的一端与步态传感器SM的信号输出端共同连接，第二十二电容C22的另一端与第二十三电容C23的一端连接，第一电感L1及第二十三电容C23的另一端与控制器U3的信号输入端(对应RFIN)共同连接。
进一步地，发射器115包括第二电感L2、第十九电容C19及第二十电容C20。具体地，第二电感L2及第二十电容C20的一端与控制器U3的信号输出端(对应RFOUT)共同连接，第二电感L2及第二十电容C20的另一端与步态分析器U4的信号输入端(对应DVDD管脚)共同连接。
其中，第十九电容C19的一端与第二电感L2、第二十电容C20的一端及控制器U3的信号输出端(对应RFOUT)共同连接，第十九电容C19的另一端与第一电感L1的一端连接。
其工作原理为：第十八电容C18为输入匹配电容，第三电感L3为输入匹配电感，同第三电感L3还用于阻止直流偏置信号的输入。第二电感L2、第十九电容C19及第二十电容C20共同实现发射输出电路的匹配。通过控制器U3内部的发射/接收开关电路，收发器得以通过同一个50Ω的天线进行发射/接收操作第一电感L1、第二十二电容C22及第二十三电容C23组成一个低通滤波器，滤除高频谐波并且增加了频率的选择性，其阻抗为50Ω。
进一步地，步态分析器U4的信号输入端(DVDD)与发射器115的输出端连接。其中，步态分析器U4的输入量程选择开关(GS1、GS2)分别与控制器U3的输出量程选择开关(GS1、GS2)对应连接。步态分析器U4通过量程选择开关(GS1、GS2)用于调整步态信号的强弱。
步态分析器U4还设有XOUT、YOUT和ZOUT三个输出端，在这个输出端别接RC滤波器。具体为，由第二十四电阻R24和第二十三电容C23组成XOUT输出端的RC滤波器，由第二十五电阻R25和第二十四电容C24组成YOUT输出端的RC滤波器，由第二十六电阻R26和第二十五电容C25组成ZOUT输出端的RC滤波器。上述滤波器用于滤除步态分析器U4内部采样的开关噪声，以提高输出步态信号的真实度(即减少信号失真)。
通过地板上的环形轨道的步态测量电路可观察到患者两侧足底的压力是否分布均匀，也可以看见患者的步态是否正常，以及患者走路的快慢和走路的距离，监测患者训练期间是否偷懒，并及时纠正患者异常步态和督促患者练习，治疗师可以一对多进行治疗，进而提高治疗师工作效率。
患者在练习步行的时候，同时锻炼了上肢手臂的肌力，治疗师可以通过足底轨道的监测对病人的恢复情况有进一步的评定，有利于新方案的制定。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (9)

1.一种环形轨道步行康复训练仪，其特征在于，具备：
环形轨道，其中间部位形成有连续的凹槽，所述环形轨道悬空安装；
步行轨道，其放置于与所述环形轨道对应的地面上；
至少一个滑行器，其一端安装于所述凹槽内，所述滑行器的另一端形成有挂钩；
约束带，其一端穿戴于患者的躯干上，另一端固定于所述挂钩内；
至少一个控制拉杆，其一端安装于所述凹槽内，所述控制拉杆的另一端设有用于提供平衡力的持握部；
通过所述滑行器及所述控制拉杆与所述环形轨道配合使用，使得所述患者可平稳地沿着所述步行轨道行走。
2.根据权利要求1所述的环形轨道步行康复训练仪，其特征在于，所述控制拉杆是可伸缩的。
3.根据权利要求1所述的环形轨道步行康复训练仪，其特征在于，在所述滑行器及所述控制拉杆的一端上设有轴承，所述轴承放置于所述凹槽内。
4.根据权利要求1所述的环形轨道步行康复训练仪，其特征在于，在所述持握部内设有心率检测电路，其中，在所述持握部的内表面设有用于感应所述患者心率的传感器。
5.根据权利要求4所述的环形轨道步行康复训练仪，其特征在于，所述心率检测电路包括脉搏传感器、放大电路、比较电路及控制电路；
所述脉搏传感器的输入端用于检测人体的心脏搏动信号；
所述放大电路的信号输入端与所述脉搏传感器的输出端连接，用于接收所述脉搏传感器输出的所述心脏搏动信号；
所述比较电路的信号输入端耦接于所述放大电路的信号输出端；
所述控制电路的信号输入端耦接于所述比较电路的信号输出端，用于接收所述比较电路输出的所述心脏搏动信号；
在所述比较电路内设有阈值信号，所述比较电路将输入的所述心脏搏动信号与所述阈值信号进行比较；
若心脏搏动信号低于所述阈值信号下限或高于所述阈值信号上限，则所述控制电路发出报警。
6.根据权利要求5所述的环形轨道步行康复训练仪，其特征在于，所述放大电路包括第二放大器及第三放大器，所述第二放大器的同相输入端与所述脉搏传感器的输出端连接；
所述第二放大器的输出端通过第七电阻与所述第三放大器的同相输入端连接，所述第三放大器的输出端与所述比较电路的输入端连接。
7.根据权利要求5所述的环形轨道步行康复训练仪，其特征在于，所述比较电路包括第一比较器、第二比较器及第三比较器，
所述第一比较器的反相输入端与所述放大电路的输出端连接，所述第一比较器的输出端耦接于所述第二比较器的同相输入端；
所述第二比较器的输出端与所述第三比较器的同相输入端连接，所述第三比较器的输出端与所述控制电路的输入端连接。
8.根据权利要求1所述的环形轨道步行康复训练仪，其特征在于，在所述步行轨道内设置有步态测量电路，所述步态测量电路包括步态传感器、接收器、控制器、发射器及步态分析器；
所述步态传感器的输入端用于检测患者的步态信号；
所述接收器的输入端与所述步态传感器的输出端连接，用于接收所述步态传感器的输出的所述步态信号；
所述控制器的信号输入端耦接于所述接收器的输出端；
所述发射器的输入端与所述控制器的信号输出端连接；
所述步态分析器的信号输入端耦接于所述发射器的输出端，用于接收所述发射器输出的所述步态信号。
9.根据权利要求8所述的环形轨道步行康复训练仪，其特征在于，所述步态测量电路还包括第一电感、第二电感及第二十电容，
所述第一电感的一端与所述步态传感器的输出端连接，所述第一电感的另一端与所述控制器的信号输入端连接；
所述第二电感及所述第二十电容的一端与所述控制器的信号输出端共同连接，所述第二电感及所述第二十电容的另一端与所述步态分析器的信号输入端共同连接。
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