CN111714842A - 新型智能足踝肌力康训器及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种新型智能足踝肌力康训器及其工作方法，足踝肌力康训器包括主机、踏板、底座、直线电机、电机座、丝杆、压力传感器，主机上设有控制面板和控制开关，踏板设于底座的前部上方，电机座设于底座的后部上方，直线电机与主机电性连接；直线电机与踏板之间连接有丝杆，丝杆与踏板背面之间设有压力传感器，压力传感器通过压力放大电路与主机相连，压力传感器收集患足踏于踏板上的压力，通过压力放大电路将实际压力信号转换成电信号并放大后传输给主机；主机接收实际压力信号后将实际踏力值和预设踏力值进行比较后控制直线电机的正反转。本发明体积小、成本低、方便进行肌肉康复训练，有利于医护人员对患者进行量化指导，从而改善预后。

Description

新型智能足踝肌力康训器及其工作方法

技术领域

本发明涉及一种肌力康训器，具体涉及一种新型智能足踝肌力康训器及其工作方法。

背景技术

废用性骨骼肌萎缩是肢体在固定或失重状态下发生的一系列的生理、生化、形态学及功能的变化。在临床工作中因疼痛、长期制动、缺少科学指导和辅助器械等原因，废用性肌萎缩和关节活动受限十分常见，这是影响疾病治疗效果的重要原因。据文献报道，足踝小腿部外伤后制动，肌肉力量降低速率为每天下降1%(0.7%~1.5%)，每周下降10%~15%，3~5周内肌力下降可达20%~50%。大量的临床资料表明，肌肉萎缩对于肌力、运动、耐力以及日常生活都会产生较大的影响，导致患者对治疗的满意度下降，医疗和护理的费用增加，家庭和社会的负担加重。因此，如何有效的预防和治疗废用性肌萎缩，尽快的恢复肌肉正常运动功能是骨科护理人员工作中的难点和亟待解决的问题。

有关废用性肌肉萎缩的发生机制，一直是人们普遍关注的焦点。国内外的许多学者在这方面做了大量的工作，提出了以下学说：神经营养障碍学说认为正常情况下运动神经对其所支配的骨骼肌具有“营养作用”，因此当肌肉失去其运动神经的营养性作用时将逐渐发生萎缩；神经冲动减退学说认为适宜的电刺激可有效地减轻肌肉萎缩，保持肌肉硬度；氧化应激学说认为氧化应激反应在肌肉萎缩的起始、如瘫痪、骨折等，由于氧化应激的作用，使肌肉蛋白质净含量减少，肌肉发生萎缩。

运动康复锻炼是目前国内主要的肌力康复方法，药物及器械辅助康复起到重要的辅助作用。肌力康复治疗包括：（1）功能训练包括耐力训练（模拟骑车、登山运动、中长距离慢跑、游泳等）、抗阻力训练（动态举腿(伸膝)训练等）、被动运动（CPM、踝关节外骨骼）等；（2）辅助性药物有：合成代谢类生长因子，肌营养药物，合成代谢类固醇，β-肾上腺素能受体激动剂等。它们通过不同的机制作用于骨骼肌，有效地抑制了废用而造成的骨骼肌形态和功能改变；（3） 物理疗法，包括电刺激治疗、传统中医针灸治疗、拔火罐治疗以及热应激治疗、血管阻塞治疗等。

在以上措施中，运动及功能训练多年来一直是临床上预防和治疗肌萎缩的重要方法。对于足踝康复训练目前的基本方法是理疗师“手把手”的对患者进行踝关节的康复训练，这种训练方式对患者踝关节功能的恢复起到了重要作用，并帮助临床工作者积累了丰富的实践经验和理论水平，但是理疗医师的人手严重缺乏、理疗医师的经验和水平、患者参与治疗的主动性不够、训练不能精确控制，这在很大程度上影响了传统理疗方法的治疗效果。

由于上述局限，现在很多学者将目光投向足踝康复器的研究。欧洲、美国、日本、韩国等由于资金雄厚、技术先进以及政府的重视，其研究水平和发展速度明显高于我国：美国新泽西州的Rutgers大学研制了六自由度脚踝康复系统；奥克兰大学研制的三自由度脚踝康复器；密歇根大学研制了气动肌肉铰链式外骨骼。

国内关于足踝康复器的研制起步晚，目前尚未开发出经济适用的足踝康复器。河北工业大学、四川大学、上海大学、浙江大学等均对足踝康复器进行了研究，取得了一定的成果。

目前国内外研制的足踝康复器主要针对预防关节僵硬，帮助患者恢复关节活动范围，对于肌肉力量的训练恢复作用不大。而且这些器材体积庞大，不便于患者在病床上或家庭使用，价格和使用成本高，不利于在临床的广泛推广应用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种新型智能足踝肌力康训器及其工作方法，体积小、成本低、方便进行肌肉康复训练，有利于医护人员对患者进行量化指导，从而改善预后，并能面向家庭使用的智能型足踝肌力康训器，有利于医护人员对患者进行量化指导，提高患者的依从性，从而改善足踝小腿伤病的治疗效果，提高患者的满意度。同时比较使用智能型足踝肌力康训器与未使用智能型足踝肌力康训器足踝部骨折患者肿胀消退程度、肌力的变化，探讨智能型足踝肌力康训器在预防足踝部骨折患者废用性肌肉萎缩的应用价值。

为解决上述技术问题，本发明的实施例提供一种新型智能足踝肌力康训器，包括主机、踏板、底座、驱动电机、电机座、丝杆、压力传感器和位置传感器，所述主机上设有控制面板和控制开关，所述底座的前部上方设有踏板支撑板，所述踏板的下端两侧通过转轴与踏板支撑板转接，所述电机座设于底座的后部上方，所述驱动电机安装于电机座的面对踏板背面的一侧，所述驱动电机与主机电性连接，所述驱动电机与踏板的背面之间连接有丝杆；

患足踏于踏板上方，患足与踏板之间设有压力传感器，所述压力传感器通过压力放大电路与主机相连，其中，

所述压力传感器收集患足踏于踏板上的压力，通过压力放大电路将实际压力信号转换成电信号并放大后传输给主机；

所述主机接收实际压力信号后将实际踏力值和预设踏力值显示于控制面板上，并将实际踏力值和预设踏力值进行比较后控制直线电机的正反转；

所述位置传感器设于其中一侧的踏板支撑板上并与主机电性连接，所述位置传感器收集踏板的位置信号并传输给主机。

其中，所述驱动电机选用直线步进电机，所述丝杆的一端与直线步进电机相连，另一端与踏板背面转动连接。

其中，所述控制面板上设有实际踏力值显示框和预设踏力值输入框。

其中，所述底座的前端上方设有位于踏板前方的弧形托板，患足的足跟承托于弧形托板上方。

其中，所述主机包括主机箱体，所述控制面板设于主机箱体的上侧，所述控制开关设于主机箱体的侧方，所述主机箱体内设有主控制器和信号接收/发送模块，其中，

所述信号接收/发送模块接收压力传感器发送的实际压力信号转发给主控制器、接收主控制器传输来的控制信号转发给直线电机；

所述主控制器将实际踏力值和预设踏力值显示于控制面板上，并将实际压力信号与预设压力信号进行对比后向信号接收/发送模块输出直线电机的控制信号。

本发明还提供一种新型智能足踝肌力康训器的工作方法，包括如下步骤：

（1）将底座放置于病床上、固定于患者脚端的床栏上；

（2）患足固定在踏板上；

（3）主机和直线电机接通电源，打开主机和直线电机的电源开关，直线电机处于初始位置，主机处于参数可设定状态；

（4）根据患者实际情况在控制面板上调节Dev及Add设置预设踏力值，按相应键后，操作面板上显示相应参数；

（5）患足施力于踏板，控制面板上会显示实际踏力值；

（6）当实际踏力值达到预设踏力值时，直线电机带动踏板复位；

（7）术后两天从低踏力开始，随患者的实际情况增加预设踏力值；

（8）反复训练，每天训练1-2次，每次1-2小时；

（9）训练结束，患足先离开踏板，再关机，然后断开电源。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：本发明提供的智能足踝肌力康训器患者依从性好，体积小、成本低、方便进行肌肉康复训练，有利于医护人员对患者进行量化指导，从而改善预后，并能面向家庭使用的智能型足踝肌力康训器，有利于医护人员对患者进行量化指导，提高患者的依从性，从而改善足踝小腿伤病的治疗效果，提高患者的满意度。同时比较使用智能型足踝肌力康训器与未使用智能型足踝肌力康训器足踝部骨折患者肿胀消退程度、肌力的变化，探讨智能型足踝肌力康训器在预防足踝部骨折患者废用性肌肉萎缩的应用价值。

附图说明

图1为本发明的控制原理框图；

图2为本发明的主视图；

图3为本发明的立体图；

图4为本发明中控制面板的主视图；

图5为本发明中实验组和对照组周径差均值趋势线图。

附图标记说明：

1、主机；11、控制面板；111、实际踏力值显示框；112、预设踏力值输入框；12、控制开关；2、踏板；3、底座；4、驱动电机；5、电机座；6、丝杆；7、压力传感器；8、弧形托板；9、位置传感器。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

如图1、图2所示，本发明提供一种新型智能足踝肌力康训器，包括主机1、踏板2、底座3、驱动电机4、电机座5、丝杆6、压力传感器7和位置传感器9，所述主机1上设有控制面板11、控制开关12和电源插孔（图中未示出），所述控制面板11上设有实际踏力值显示框111和预设踏力值输入框112，如图4所示。

所述底座3的前部上方设有踏板支撑板，所述踏板2的下端两侧通过转轴与踏板支撑板转接，所述电机座5设于底座3的后部上方，所述驱动电机4优选直线步进电机，安装于电机座5的面对踏板2背面的一侧，所述驱动电机4与主机1电性连接，所述驱动电机4与踏板2的背面之间连接有丝杆6，所述丝杆6的一端与直线步进电机相连，另一端与踏板2的背面转动连接。患足踏于踏板2上方，患足与踏板2之间设有压力传感器7，本实施例中，踏板2可以设置成双板结构，包括踏板本体和一块透明薄板，透明薄板通过多个销钉与踏板本体连接，所述压力传感器设于踏板本体的前侧、透明薄板的后侧，避免压力传感器7对患足产生不适。

所述压力传感器7通过压力放大电路与主机1相连，其中，

所述压力传感器7收集患足踏于踏板2上的压力，通过压力放大电路将实际压力信号转换成电信号并放大后传输给主机1；

所述位置传感器9设于其中一侧的踏板支撑板上并与主机1电性连接，所述位置传感器9收集踏板2的位置信号并传输给主机1；

所述主机1接收实际压力信号后将实际踏力值和预设踏力值显示于控制面板11上，并将实际踏力值和预设踏力值进行比较后控制直线电机4的正反转。

所述底座3的前端上方设有位于踏板2前方的弧形托板8，患足的足跟承托于弧形托板8上方。

所述主机1包括主机箱体，所述控制面板设于主机箱体的上侧，所述控制开关设于主机箱体的侧方，所述主机箱体内设有主控制器和信号接收/发送模块，主控制器的型号为STM32F407。

所述信号接收/发送模块接收压力传感器发送的实际压力信号转发给主控制器、接收主控制器传输来的控制信号转发给直线电机；

所述主控制器将实际踏力值和预设踏力值显示于控制面板上，并将实际压力信号与预设压力信号进行对比后向信号接收/发送模块输出直线电机的控制信号。

本发明提供的新型智能足踝肌力康训器的工作原理为：

a、所需踏力通过计算机的控制面板设置（这里采用触控屏），当踏板受力时，压力传感器将踏力转换成电信号传输到主机，主机根据控制面板设置预设踏力及实际踏力给出步进电机的控制信号，驱动丝杆以控制踏板升降来达到踏力训练的目的。

b、当踏力达到预设值，主机发出下降控制信号，步进电机根据指令驱动丝杆以控制踏板下降；而当病人的踏力略有减少时，主机会控制步进电机往相反方向运动，此举有二个目的，一是帮助病人的复位动作，帮助病人将患肢回到原位，此时踏板有一个微小的托举动作，病人感到很舒服；二是病人踏力达不到预设，那么踏板不会下降，这样可以提高训练的质量。

本发明还提供一种新型智能足踝肌力康训器的工作方法，包括如下步骤：

（1）将底座放置于病床上、固定于患者脚端的床栏上；

（2）患足固定在踏板上（如图3所示）；

（3）主机和直线电机接通电源，打开主机和直线电机的电源开关，直线电机处于初始位置，主机处于参数可设定状态；

（4）根据患者实际情况在控制面板上调节Dev及Add设置预设踏力值，按相应键后，操作面板上显示相应参数；

（5）患足施力于踏板，控制面板上会显示实际踏力值；

（6）当实际踏力值达到预设踏力值时，直线电机带动踏板复位；

（7）术后两天从低踏力开始，随患者的实际情况增加预设踏力值；

（8）反复训练，每天训练1-2次，每次1-2小时；

（9）训练结束，患足先离开踏板，再关机，然后断开电源。

本发明提供的新型智能足踝肌力康训器主要用于踝关节活动受限患者，如足踝部骨折、踝关节脱位、踝部周围韧带损伤；下肢肢骨折术后长期制动患者，对以上患者的肌肉进行训练，使其肌肉力量得到加强或恢复，作为康复辅助治疗或锻炼用。中度糖尿病以上患者、身体部位神经无知觉者、偏瘫肢体无感觉者等禁用。

使用本发明的注意事项如下：

1、使用足踝肌力康训器之前，务必仔细阅读说明书，并按所述要求进行操作。

2、建议在医生指导下使用足踝肌力康训器。

3、足踝肌力康训器使用电源为220Vac,50HZ。

4、足踝肌力康训器的电源插座必须有可靠的接地线。

5、不使用足踝肌力康训器时，请由电源插座拔下插头，拔取时，请手握电源插头部分，切勿拉拔电源线本身。

6、足踝肌力康训器的表面请勿使用汽油和含苯类等挥发性溶剂，可用一般家用中性清洁剂，用软布轻擦。

7、足踝肌力康训器如需长距离运输，必须用结实可靠的外包装，内衬4 mm以上厚度泡沫软垫。

8、足踝肌力康训器应贮存于相对湿度不超过80%，无腐蚀气体和通风良好的清洁室内。

本发明的维护保养如下：

1、停止工作时，应拔掉电源线。

2、足踝肌力康训器应注意外壳的清洁, 可用一般家用中性清洁剂,用软布轻抹轻擦，电镀件建议每月使用中性家具蜡予以打蜡保养一次。

3、足踝肌力康训器的表面请勿使用汽油和含苯类等挥发性溶,以防非正常老化或损坏。

4、出现故障要请专业维修人员维修，切不可随意拆修。

下面结合具体实施例进一步阐述本发明的技术方案。

一、研究对象

本发明选取2017年4月—2018年3月骨科收治的60例足踝部损伤患者为研究对象。60例足踝部损伤患者随机分为对照组和观察组各30例。对照组中男性13例，女性17例，年龄18～65岁，平均47.43±14.72岁，踝关节骨折(脱位)19例，踝部韧带损伤11例；观察组中男性18例，女性12例，年龄18～66岁，平均46.97±16.48岁，踝关节骨折（脱位）20例，踝部韧带损伤10例。两组患者在性别、年龄、损伤部位等方面差异均无统计学意义(P＞0.05)。排除标准：（1）临床资料不完整者；（2）入院未满24h的患者；（3）既往存在心衰、糖尿病、肝肾功能不全等重大疾患；（4）意识、语言、运动障碍者；（5）合并神经损伤或肌肉缺损者。

二、训练方法

2.1、护理干预方案：对照组按常规进行护理及功能锻炼，如入院后、围手术期进行常规健康教育，包括、手术前后的注意点，指导患者进行足趾运动、小腿肌肉按摩等。观察组：护士长组织科室成员对智能型足踝肌力康训器操作进行培训。患者入科后除按常规进行护理及功能锻炼，责任护士于术后第2天开始指导患者使用智能型足踝肌力康训器进行训练。出院时，责任护士教会患者智能型足踝肌力康训器的操作方法，制定锻炼计划，告知回访时间。

2.2、观察指标

2.2.1、患肢与健肢周径差：患者入院第1天、术前1天、术后1周、出院当天、出院后1个月测量患肢及健肢的周长，计算患肢与健肢周径差。以内外踝连线为固定测量部位，使用同一软尺测量。每次连续测量3次，取平均值，数据精确到0.5mm。

2.2.2、肢体肿胀程度：参考肢体肿胀分度标准，0度肿胀：无肿胀；Ⅰ度肿胀：较正常皮肤肿胀，但皮纹尚存在；Ⅱ度肿胀：皮纹消失，但无水疱；Ⅲ度肿胀：皮肤重度肿胀，出现水疱。评定患者入院第1天、术前1天、术后1周、出院当天、出院后1个月患肢肿胀度。

2.2.3、肌力：按照Lovett分级法评定患者入院第1天、术前1天、术后1周、出院当天、出院后1个月患肢肌力。

2.3、结果

2.3.1、两组患肢与健肢周径差比较 入院第1天、术前1天两组患肢与健肢周径差比较，差异无统计学意义（P＞0.05）；术后1周、出院当天、出院后1个月观察组患肢与健肢周径差明显低于对照组，差异有统计学意义（P＜0.05）。见表1。

表1 两组患者患肢与健肢周径差比较（cm）

实验组和对照组周径差均值趋势线如图5所示。

2.3.2、两组患肢肿胀度比较 入院第1天、术前1天两组患肢肿胀度比较，差异均无统计学意义（P＞0.05）；观察组患肢肿胀度术后1周、出院当天、出院后1个月低于对照组，差异有统计学意义（P＜0.05），见表2。

表2

2.3.3、两组患肢肌力比较 入院第1天、术前1天两组患肢肌力比较，差异无统计学意义（P＞0.05）；观察组术后1周、出院当天、出院后1个月患肢肌力明显高于对照组，差异有统计学意义（P＜0.05），见表3。

表3

2.3.4、结论

废用性骨骼肌肌萎缩对患者运动、肌力、耐力以及日常生活都会产生较大影响，使患者对治疗护理的满意度下降，家庭和社会的负担加重。随着康复医学及康复理念的不断发展，临床医学、运动医学及康复工程技术的有效结合得到广泛重视，智能足踝肌力康训器对预防骨骼肌萎缩发挥重要的康复辅助作用，应用越来越普遍。

本研究结果显示，在常规护理及功能锻炼基础上应用智能足踝肌力康复训练器对足踝外伤患者进行训练，可使患肢肿胀度降低，肌力增强，从而有效预防废用性肌萎缩，更有效地提高患者的日常生活活动能力和运动功能，与国内外相关报道一致。

以上所述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，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种新型智能足踝肌力康训器，其特征在于，包括主机、踏板、底座、驱动电机、电机座、丝杆、压力传感器和位置传感器，所述主机上设有控制面板和控制开关，所述底座的前部上方设有踏板支撑板，所述踏板的下端两侧通过转轴与踏板支撑板转接，所述电机座设于底座的后部上方，所述驱动电机安装于电机座的面对踏板背面的一侧，所述驱动电机与主机电性连接，所述驱动电机与踏板的背面之间连接有丝杆；

患足踏于踏板上方，患足与踏板之间设有压力传感器，所述压力传感器通过压力放大电路与主机相连，其中，

所述压力传感器收集患足踏于踏板上的压力，通过压力放大电路将实际压力信号转换成电信号并放大后传输给主机；

所述主机接收实际压力信号后将实际踏力值和预设踏力值显示于控制面板上，并将实际踏力值和预设踏力值进行比较后控制直线电机的正反转；

所述位置传感器设于其中一侧的踏板支撑板上并与主机电性连接，所述位置传感器收集踏板的位置信号并传输给主机。

2.根据权利要求1所述的新型智能足踝肌力康训器，其特征在于，所述驱动电机选用直线步进电机，所述丝杆的一端与直线步进电机相连，另一端与踏板背面转动连接。

3.根据权利要求1所述的新型智能足踝肌力康训器，其特征在于，所述控制面板上设有实际踏力值显示框和预设踏力值输入框。

4.根据权利要求1所述的新型智能足踝肌力康训器，其特征在于，所述底座的前端上方设有位于踏板前方的弧形托板，患足的足跟承托于弧形托板上方。

5.根据权利要求1所述的新型智能足踝肌力康训器，其特征在于，所述主机包括主机箱体，所述控制面板设于主机箱体的上侧，所述控制开关设于主机箱体的侧方，所述主机箱体内设有主控制器和信号接收/发送模块，其中，

所述信号接收/发送模块接收压力传感器发送的实际压力信号转发给主控制器、接收主控制器传输来的控制信号转发给直线电机；

所述主控制器将实际踏力值和预设踏力值显示于控制面板上，并将实际压力信号与预设压力信号进行对比后向信号接收/发送模块输出直线电机的控制信号。

6.一种如权利要求1-5中任一项所述的新型智能足踝肌力康训器的工作方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）将底座放置于病床上、固定于患者脚端的床栏上；

（2）患足固定在踏板上；

（3）主机和直线电机接通电源，打开主机和直线电机的电源开关，直线电机处于初始位置，主机处于参数可设定状态；

（4）根据患者实际情况在控制面板上调节Dev及Add设置预设踏力值，按相应键后，操作面板上显示相应参数；

（5）患足施力于踏板，控制面板上会显示实际踏力值；

（6）当实际踏力值达到预设踏力值时，直线电机带动踏板复位；

（7）术后两天从低踏力开始，随患者的实际情况增加预设踏力值；

（8）反复训练，每天训练1-2次，每次1-2小时；

（9）训练结束，患足先离开踏板，再关机，然后断开电源。

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