CN111529310B - 一种医用颈部关节康复训练装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种医用颈部关节康复训练方法，医用颈部关节康复训练方法，其应用于医用颈部关节康复训练装置的控制器，方法包括：根据控制指令控制支撑动力组件运转；获取各变形量传感器检测到的实时相对位移量；根据各变形量传感器的相对位移量计算位移量加速度；判断对应于各变形量传感器的位移量加速度是否超出第一设定阈值；当判断出有变形量传感器的位移量加速度超出第一设定阈值，执行预设策略以使得支撑动力组件减速运转或停止运转。本发明通过对各变形量传感器进行检测，通过形变量的加速度值判断支撑动力组件的运转加速度是否过快，防止对支撑动力组件控制不当猛然加减速造成对患者的二次损害，有效提升了康复过程的安全性。

Description

一种医用颈部关节康复训练装置

技术领域

本发明涉及康复医学领域，特别是涉及一种医用颈部关节康复训练方法及装置。

背景技术

在医学康复领域，对于颈部关节有障碍的患者，以医师手工对患者进行康复训练为主，有些电动的颈部康复器械虽然可以对患者的颈椎进行一定的训练，但训练过程不够安全。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种训练过程安全可防止患者二次伤害的医用颈部关节康复训练方法及装置。

技术方案：为实现上述目的，本发明的医用颈部关节康复训练方法，所述方法包括：

根据控制指令控制支撑动力组件运转；

获取各变形量传感器检测到的实时相对位移量；

根据各所述变形量传感器的相对位移量计算位移量加速度；

判断对应于各所述变形量传感器的位移量加速度是否超出第一设定阈值；

当判断出有所述变形量传感器的位移量加速度超出第一设定阈值，执行预设策略以使得所述支撑动力组件减速运转或停止运转。

进一步地，所述根据控制指令控制支撑动力组件运转之后还包括：

获取压力传感器检测到的压力值；

判断所述压力值是否超出第三设定阈值；

当判断出所述压力值超出第三设定阈值，控制所述支撑动力组件停止运转。

进一步地，所述根据控制指令控制支撑动力组件运转包括：

当所述控制指令为自动运行指令，根据控制指令包含的运动模式与运动档位信息按预设控制运动规律控制所述支撑动力组件运转；

当所述控制指令为手动运行指令，根据操控单元的运行指令控制所述支撑动力组件运转。

进一步地，所述执行预设策略以使得所述支撑动力组件减速运转或停止运转包括：

判断所述位移量加速度是否超出第二设定阈值；

当所述位移量加速度在第一设定阈值与第二设定阈值之间，调节控制参数并以更新后的控制参数控制所述支撑动力组件运转；

当所述位移量加速度超出所述第二设定阈值，控制所述支撑动力组件停止运转。

进一步地，根据控制指令控制支撑动力组件运转之前还包括：

获取患者的用户数据，所述用户数据包括用户的基本信息与伤残等级；

根据所述伤残等级确定所述第一设定阈值与所述第二设定阈值。

进一步地，所述调节控制参数并以更新后的控制参数控制所述支撑动力组件运转包括：

将所述支撑动力组件的各运动轴的最大角加速度值乘以小于1的调节系数，得到对应于各运动轴的新最大角加速度值；

根据对应于各运动轴的新最大角加速度值控制所述支撑动力组件运转。

一种医用颈部关节康复训练方法及装置，其包括控制器，所述控制器包括存储器与处理器，所述存储器用于存储可执行程序，所述处理器执行所述可执行程序以实现上述的医用颈部关节康复训练方法

有益效果：本发明的医用颈部关节康复训练方法及装置通过对各变形量传感器进行检测，通过形变量的加速度值判断支撑动力组件的运转加速度是否过快，防止对支撑动力组件控制不当猛然加减速造成对患者的二次损害，有效提升了康复过程的安全性。

附图说明

附图1为医用颈部关节康复训练装置的第一视角结构图；

附图2为医用颈部关节康复训练装置的第二视角结构图；

附图3为弹性支撑单元的结构图；

附图4为医用颈部关节康复训练方法的流程示意图。

图中：图中：1-支撑座；11-U形部；12-安装面；13-绑带；2-头部固定组件；21-硬质支架；22-软质捆绑单元；23-弹性支撑单元；231-连接座；232- 压簧；233-变形量传感器；3-支撑动力组件；31-旋转座；32-摆动座；33- 俯仰座；4-控制器；5-口咬单元。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

本发明的医用颈部关节康复训练方法应用于如附图1-2所示的医用颈部关节康复训练装置，医用颈部关节康复训练装置包括支撑座1、头部固定组件2、支撑动力组件3及控制器4；头部固定组件2用于固定用户的头部；支撑动力组件3连接所述支撑座1与所述头部固定组件2，并可驱动所述头部固定组件2运转；控制器4安装在所述支撑座1上，且其与所述支撑动力组件3电连接以控制支撑动力组件3运转。支撑动力组件3具有三个运动轴，三个运动轴分别由三个驱动电机驱动运转，三个运动轴可分别带动用户进行转头、点头以及左右摆头动作。

所述支撑座1能穿戴固定在用户颈部以下的身体上，本实施例中，支撑座1可穿戴固定在用户的肩部。

使用上述医用颈部关节康复训练装置时，头部固定组件2固定在患者的头部，控制器4通过控制支撑动力组件3运转，支撑动力组件3再带动头部固定组件2运转以使得患者头部跟随运转，以达到对患者颈部关节进行康复训练的目的。

所述支撑座1具备左、右两个对称设置的U形部11，U形部11用于骑跨在用户的两肩部，优选地，U形部11的两端部上连接有绑带13，所述绑带13可固定在患者的上肢体上以使得U形部11相对于用户的肩部稳固固定。

所述头部固定组件2包括与所述支撑动力组件3连接的硬质支架21以及与所述硬质支架21连接的软质捆绑单元22。硬质支架21环绕患者的头部设置，其可打开为两部分以供患者的头部进入。

所述支撑动力组件3包括旋转座31、摆动座32以及俯仰座33；所述支撑座1的上端具备平置的安装面12，所述旋转座31可相对于所述安装面 12可控转动，且转动轴垂直于所述安装面12；所述摆动座32的下端相对于所述旋转座31转动安装，且两者的相对运动可控，具体地，所述摆动座 32呈弧形条带状，当所述旋转座31处于正置状态时，所述摆动座32置于所述旋转座31的后侧；所述俯仰座33可相对于所述摆动座32作可控运动；所述头部固定组件2安装在所述俯仰座33上。具体地，所述俯仰座33可沿着所述摆动座32可控滑动以使所述头部固定组件2作可控俯仰运动。

采用上述结构布局，其结构简单，成本低，可有效驱动用户头部作俯仰头部、左右摆动头部、左右转动头部以及上述三种运动的复合运动，对患者的头部进行多自由度锻炼。

上述软质捆绑单元22通过多个弹性支撑单元23连接所述硬质支架21，所有弹性支撑单元23分散设置在硬质支架21上，使得患者头部固定在软质捆绑单元22上后，患者头部的前侧、后侧、左侧、右侧、上侧以及下侧 (此处的前侧、后侧、左侧、右侧、上侧以及下侧不限于正对方向，可以包括斜前侧、斜后侧、斜左侧、斜右侧、斜上侧以及斜下侧)均具备弹性支撑单元23，硬质支架21通过弹性支撑单元23将动力传动给患者的头部以推动患者的头部运动，所述弹性支撑单元23具备弹性缓冲作用，以使得头部固定组件2与硬质支架21之间有一定的缓冲余量，在紧急情况下可起到缓冲作用，减少对患者的损害。优选地，如附图3所示，弹性支撑单元 23包括两个连接座231，两个连接座231分别连接硬质支架21与软质捆绑单元22，两个连接座231之间具有多个压簧232，且两个所述连接座231 之间还设置有变形量传感器233，变形量传感器233用于监测两个连接座 231的相对位移量，所述变形量传感器233连接所述控制器4。如此，当支撑动力组件3运转异常时，会反应为某个或某几个变形量传感器233的变形量加速度的异常，控制器4可根据异常情况及时调节支撑动力组件3的运转状况或使支撑动力组件3停止运转，避免对患者造成二次损害。此外，由于压簧232的存在，硬质支架21的运动加速度变化会延后传递至患者的头部，在患者头部具备同样运动加速度之前，控制器4已及时调整了控制策略或使弹性支撑单元23停止运转，如此可有效避免用户头部产生异常加速度造成对颈部关节的影响。

此外，硬质支架21上还安装有可控用户含在口中的口咬单元5，所述口咬单元5内具备压力传感器，所述压力传感器连接控制器4，当患者在进行颈部康复训练的过程中，若感觉到疼痛超出忍耐限度，会自然咬紧牙关作用于口咬单元5内的压力传感器，从而压力传感器产生超出设定阈值的压力值，控制器4判断压力值超出设定阈值时会使支撑动力组件3停止运转，从而起到保护作用。上述口咬单元5的触发条件的设置符合用户的本能，且一般患者感觉到疼痛会马上咬紧牙关触发急停，相比于传统用户通过手动拍急停按钮的方式，本发明中口咬单元5的设置使得急停触发时间明显缩短，且不会产生用户紧急情况下找不到急停开关的情形，可对患者起到有效的保护。

另外，本发明之医用颈部关节康复训练装置还包括外置于支撑座1设置的操控单元，所述操控单元上具有按钮、控制摇杆等操控元件，用户可通过按钮选择锻炼强度、锻炼档位、锻炼模式(如：自动模式、手动模式) 等，控制摇杆用于供用户在手动模式下自行控制支撑动力组件3运转。

控制器4包括存储器与处理器，所述存储器用于存储可执行程序，所述处理器执行所述可执行程序以实现如下所述的医用颈部关节康复训练方法。

如附图4所示，本发明之医用颈部关节康复训练方法应用于医用颈部关节康复训练装置的控制器4，所述方法包括如下步骤S701-S705：

步骤S701，根据控制指令控制支撑动力组件3运转；

本步骤中，所述控制指令可以是自动运行指令或手动运行指令，当控制指令为自动运行指令时，控制器4根据控制指令包含的运动模式与运动档位信息按预设控制运动规律控制所述支撑动力组件3运转，其中，预设控制运动规律包含对支撑动力组件3各运动轴驱动电机的转速控制曲线；当所述控制指令为手动运行指令，控制器4根据操控单元的运行指令控制所述支撑动力组件3运转。

步骤S702，获取各变形量传感器234检测到的实时相对位移量；

本步骤中，相对位移量为两个连接座231之间的相对位移量；

步骤S703，根据各所述变形量传感器234的相对位移量计算位移量加速度；

本步骤中，当支撑动力组件3驱动患者头部匀速运动时，两个连接座 231之间的相对位移量的值浮动很小或保持不变，位移量加速度变化也浮动很小或保持为0；当支撑动力组件3加速运转，由于硬质支架21与患者头部之间的速度差，硬质支架21驱动患者头部加速时会先压缩弹性支撑单元 23的某个或某几个压簧232，如此，支撑动力组件3加速运转会体现为某个或某几个变形量传感器234的位移量加速度的增加，因此位移量加速度可作为反应支撑动力组件3运转情况的参考参数，且由于变形量传感器234 最接近人体，根据其测得数据计算出的位移量加速度较直接检测支撑动力组件的3个运动轴驱动电机的转速数据相比，位移量加速度更能体现患者头部的受力变化情况，根据该数据作出的调整策略也就更能有效保证患者的安全。

步骤S704，判断对应于各所述变形量传感器234的位移量加速度是否超出第一设定阈值，是则进入步骤S705；

步骤S705，执行预设策略以使得所述支撑动力组件3减速运转或停止运转。

采用上述步骤S701-S705的驱动方法，基于变形量加速度作出的针对支撑动力组件3的调整策略可有效保证用户的安全，除此之外，控制器4 还应当同时对支撑动力组件3的3个运动轴驱动电机的转速进行监控以监控支撑动力组件3的3个运动轴的运转速度，防止速度过高。

上述步骤S701-S705仅通过外在的参数保证支撑动力组件3不会猛加速失常运转，而控制器4不能获知患者在康复训练过程中感受到的疼痛是否在可忍受范围，因此在优选的实施例中，步骤S701之后还包括步骤 S801-S803：

步骤S801，获取压力传感器检测到的压力值；

步骤S802，判断所述压力值是否超出第三设定阈值，是则进入步骤S803；

步骤S803，控制所述支撑动力组件3停止运转。

上述步骤S801-S803通过用户牙齿对压力传感器施加的咬力大小判断用户对疼痛的感知，当用户感觉疼痛超出忍受范围会自然咬紧牙关，压力传感器检测到的压力大小会猛然变大，控制器4据此来控制支撑动力组件3 停止运转延迟短，可最大程度减少支撑动力组件3失控对用户造成的损害。

进一步地，上述步骤S705中所述执行预设策略以使得所述支撑动力组件3减速运转或停止运转包括如下步骤S901-S903：

步骤S901，判断所述位移量加速度是否超出第二设定阈值；

步骤S902，当所述位移量加速度在第一设定阈值与第二设定阈值之间，调节控制参数并以更新后的控制参数控制所述支撑动力组件3运转；

步骤S903，当所述位移量加速度超出所述第二设定阈值，控制所述支撑动力组件3停止运转。

上述步骤S901-S903中通过引入第二设定阈值以区分减速运转情形与停止运转情形，可在保证训练连续性与保证患者安全之间取得平衡。

优选地，上述步骤S701中根据控制指令控制支撑动力组件3运转之前还包括如下步骤A1-A2：

步骤A1，获取患者的用户数据，所述用户数据包括用户的基本信息与伤残等级；

本步骤中，伤残等级由医生或专业人员评定。

步骤A2，根据所述伤残等级确定所述第一设定阈值与所述第二设定阈值。

本步骤中，控制器4内置有伤残等级对应的第一设定阈值、第二设定阈值的映射关系表，根据用户的伤残等级对照映射关系表即可查找其对应的第一设定阈值与第二设定阈值。

进一步地，步骤S902中所述调节控制参数并以更新后的控制参数控制所述支撑动力组件3运转包括如下步骤B1-B2：

步骤B1，将所述支撑动力组件3的各运动轴的最大角加速度值乘以小于1的调节系数，得到对应于各运动轴的新最大角加速度值；

步骤B2，根据对应于各运动轴的新最大角加速度值控制所述支撑动力组件3运转。

上述步骤B1-B2主要适用于用户手动控制的情形，由于各患者对于控制摇杆的摇动习惯不一，有人习惯慢摇有人习惯快摇，利用调节系数对于用户的操作速度加以干涉可维持支撑动力组件3运转的加速度在正常范围。

本发明的医用颈部关节康复训练方法通过对各变形量传感器进行检测，通过形变量的加速度值判断支撑动力组件的运转加速度是否过快，防止对支撑动力组件控制不当猛然加减速造成对患者的二次损害，有效提升了康复过程的安全性。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种医用颈部关节康复训练装置，其特征在于，其包括控制器，还包括支撑座、头部固定组件以及支撑动力组件；所述支撑动力组件连接所述支撑座与所述头部固定组件，并能够驱动所述头部固定组件运转；所述控制器与所述支撑动力组件电连接以控制支撑动力组件运转；所述支撑动力组件具有三个运动轴，三个运动轴分别由三个驱动电机驱动运转，三个运动轴分别带动用户进行转头、点头以及左右摆头动作；

所述头部固定组件包括与所述支撑动力组件连接的硬质支架以及与所述硬质支架连接的软质捆绑单元；

上述软质捆绑单元通过多个弹性支撑单元连接所述硬质支架，所有所述弹性支撑单元分散设置在硬质支架上；

所述弹性支撑单元包括两个连接座，两个所述连接座分别连接所述硬质支架与所述软质捆绑单元，两个所述连接座之间具有多个压簧，且两个所述连接座之间还设置有变形量传感器，所述变形量传感器用于监测两个所述连接座的相对位移量，所述变形量传感器连接所述控制器；

所述控制器包括存储器与处理器，所述存储器用于存储可执行程序，所述处理器执行所述可执行程序以实现如下的医用颈部关节康复训练方法：

根据控制指令控制支撑动力组件运转；

获取各变形量传感器检测到的实时相对位移量；

根据各所述变形量传感器的相对位移量计算位移量加速度；

判断对应于各所述变形量传感器的位移量加速度是否超出第一设定阈值；

当判断出有所述变形量传感器的位移量加速度超出第一设定阈值，执行预设策略以使得所述支撑动力组件减速运转或停止运转。

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