CN113274267B - 一种用于支具的多腔气囊、多模式控制系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及膝关节支具领域，尤其涉及一种用于支具的多腔气囊、多模式控制系统及方法，包括包裹于膝关节外部的若干气囊组，每个所述气囊组的内部设有若干相互连通的气囊，所述气囊的气道口通过电磁阀与气泵相连，所述气囊的气道口与可转双气道组连接，所述可转双气道组呈Y形结构与步进电机和驱动器相连；所述电磁阀通过控制系统控制其工作，所述控制系统包括主控板、气压控制板块、周期控制板块、频率控制板块和顺序控制板块。本发明创新了三种多气囊的控制模式，分别是静脉泵模式、步行仿真模式、血管收缩模式，通过多种模式来控制气囊，实现促进血液回流，预防深静脉血栓形成的效果。

Description

一种用于支具的多腔气囊、多模式控制系统及方法
技术领域
本发明涉及膝关节支具技术领域，尤其涉及一种用于支具的多腔气囊、多模式控制系统及方法。
背景技术
随着人口老龄化，术后康复支具逐渐普及且智能化，如膝关节康复支具，肘关节康复支具等关节类康复支具，这些康复支具为了达到更好的康复效果会在其中加入气囊实现按摩、肌肉仿生等功能。但目前，这些支具在使用时，只是单一地对气囊进行充放气，且是手动控制，没有一种精准的有针对性地对多气室气囊的充放气控制方法，不够智能化且康复模式单一，不能满足现如今患者的需求。手动操作不当也容易损坏气室，且充放气气压控制不稳定。
正是基于上述原因，本发明提出一种用于支具的多腔气囊、多模式控制系统及方法。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种用于支具的多腔气囊、多模式控制系统及方法，通过多种模式来控制气囊，实现促进血液回流，预防深静脉血栓形成的效果。
为了实现本发明的目的,本发明采用的技术方案为：
本发明公开了一种用于支具的多腔气囊、多模式控制系统，包括包裹于膝关节外部的若干气囊组，每个所述气囊组的内部设有若干相互连通的气囊，所述气囊的气道口通过电磁阀与气泵相连，所述气囊的气道口与可转双气道组连接，所述可转双气道组呈Y形结构与步进电机和驱动器相连；所述电磁阀通过控制系统控制其工作，所述控制系统包括主控板、气压控制板块、周期控制板块、频率控制板块和顺序控制板块，所述主控板和电磁阀分别与所述气压控制板块、周期控制板块和频率控制板块连接，所述气压控制板块包括均与主控板相连的压力传感器、低压比较器和高压比较器，所述压力传感器设置于所述气囊内腔中。
所述周期控制板块为计时器；所述频率控制板块为多谐振荡器；所述顺序控制板块与步进电机和驱动器相连。
所述气囊组包括由肢体末端沿着心脏的方向顺序设置的A气囊组、B气囊组、C气囊组、D气囊组和E气囊组，所述A气囊组和B气囊组设置于小腿部的外部，两者内部均设有三个气囊；所述C气囊组设置于膝部外部，其内部设有两个气囊；所述D气囊组和E气囊组设置于大腿外部，两者内部设有三个气囊。
一种用于支具的多腔气囊、多模式控制方法，包括如下步骤，
步骤S，接收充气指令，根据充气指令确定气囊充气对应的预设值；
步骤S，压力传感器将检测到的气囊内部的气压参数传送至低压比较器和高压比较器；
步骤S，低压比较器将检测到的气压参数与预设范围的下限比较，高压比较器将检测到的气压参数与预设范围的上限比较；
步骤S，低压比较器和高压比较器将比较结果发送到主控板；
步骤S，若气压参数低于预设范围的下限，低压比较器将比较结果发送至主控板，控制对应连接的气泵输气口的电磁阀开启，进行输气；若检测到的气压参数高于预设范围的上限，高压比较器将比较结果发送到主控板，主控板控制对应连接的电磁阀开启，气泵开始排气，停止输气。
所述步骤S中，接收充气指令，根据充气指令确定气囊充气对应的预设值，A气囊组预设值＞B气囊组预设值＞C气囊组预设值＞D气囊组预设值＞E气囊组预设值，按照预设值逐级加压；接收顺序指令，各层气囊按照从肢体远心端层向近心端层逐层依次充气，且逐层压力减小，保压持续一定时间后，再进行放气；接收时间指令，确定一个工作周期的时间以及与下一项工作周期的间歇时间。
所述步骤S中，接收充气指令，根据充气指令确定每个气囊腔室的预设值相同；接收顺序指令，在大腿端，由C气囊组的近心端层气囊开始，向近心端层依次充气，同时E气囊组近心端层气囊开始，向远心端层逐层依次充气后放气，多谐振荡器将控制两端充放气速度相同，至两端汇合，汇合后，由汇合处分别向近心端层和远心端层逐层依次充气后放气；在小腿端，由C气囊组的远心端层气囊开始，向远心端层逐层依次充气后放气，同时A气囊组远心端层气囊开始，向近心端层逐层依次充气后放气，多谐振荡器将控制两端充放气速度相同，至两端汇合，汇合后，由汇合处分别向近心端层和远心端层逐层依次充气后放气。大腿端和小腿端开始工作的时间相同；接收时间指令，确定一个工作周期的时间以及与下一项工作周期的间歇时间。
所述步骤S中，接收充气指令，根据充气指令确定每个气囊腔室的预设值相同；接收顺序指令，A气囊组中两侧气囊由前侧腔室向后侧腔室逐侧依次充气后放气，中部气囊的各腔室同时充气后放气，且多谐振荡器将控制两侧气囊的充放气速率相同，中部气囊的充放气速率是两侧气囊的二分之一；B、D、E气囊组和A气囊组的工作模式相同；C气囊组中的两侧气囊由前侧腔室向后侧腔室逐侧依次充气后放气，且多谐振荡器将控制两侧气囊的充放气速率相同；五组气囊组同时开始工作；接收时间指令，确定一个工作周期的时间以及与下一项工作周期的间歇时间。
本发明的有益效果在于：
（1）本发明通过多种模式来控制气囊，实现促进血液回流，预防深静脉血栓形成的效果。
附图说明
图1为本发明的静脉泵模式示意图。
图2为本发明的步行仿真模式示意图。
图3为本发明的血管收缩模式示意图。
图4为本发明的控制系统示意图。
具体实施方式
下面对本发明进一步说明：
请参阅图1-4，
本发明公开了一种用于支具的多腔气囊、多模式控制系统，包括包裹于膝关节外部的若干气囊组1，每个所述气囊组的内部设有若干相互连通的气囊2，所述气囊2的气道口通过电磁阀3与气泵相连，所述气囊的气道口与可转双气道组连接，所述可转双气道组呈Y形结构与步进电机9和驱动器10相连；所述电磁阀3通过控制系统控制其工作，所述控制系统包括主控板4、气压控制板块5、周期控制板块6、频率控制板块7和顺序控制板块8，所述主控板4和电磁阀3分别与所述气压控制板块5、周期控制板块6和频率控制板块7连接，所述气压控制板块5包括均与主控板4相连的压力传感器51、低压比较器52和高压比较器53，所述压力传感器51设置于所述气囊2内腔中，可转双气道组为一“Y”形气道，两相互独立的气道汇合成一总气道，总气道被一隔板11平分为双气道组，双气道组中每个气道外侧对称分布有两个导气口；
所述周期控制板块6为计时器；所述频率控制板块7为多谐振荡器；所述顺序控制板块8与步进电机9和驱动器10相连。
所述气囊组1包括由肢体末端沿着心脏的方向顺序设置的A气囊组110、B气囊组120、C气囊组130、D气囊组140和E气囊组150，所述A气囊组110和B气囊组120设置于小腿部的外部，两者内部均设有三个气囊2；所述C气囊组130设置于膝部外部，其内部设有两个气囊2；所述D气囊组140和E气囊组150设置于大腿外部，两者内部设有三个气囊2，气囊内部为中空结构，气囊2形成腔体；气囊内部设有用于检测腔体内气压的压力传感器6；气囊本体通过进气连接总管与气泵4相连，在气囊2内部，进气连接总管分支到各腔室第一端，各分支含进气电磁阀3，各腔室第二端与出气连接总管分支相连，各分支含出气电磁阀5，各分支汇成出气连接总管；气囊2之间有气道相连接，每组气囊2设有进气电磁阀3和出气电磁阀5，通过电磁阀控制其充气和排气；气囊2内侧壁设置有测量腔体内气压的压力传感器6；气囊2设有用于计时的计时器12，控制工作周期；第一、第二多谐振荡器与进气、出气电磁阀连接，用于控制气泵4的充放气频率。
一种用于支具的多腔气囊、多模式控制方法，包括如下步骤，
步骤S1，接收充气指令，根据充气指令确定气囊2充气对应的预设值；
步骤S2，压力传感器51将检测到的气囊2内部的气压参数传送至低压比较器52和高压比较器53；
步骤S3，低压比较器52将检测到的气压参数与预设范围的下限比较，高压比较器53将检测到的气压参数与预设范围的上限比较；
步骤S4，低压比较器52和高压比较器53将比较结果发送到主控板4；
步骤S5，若气压参数低于预设范围的下限，低压比较器52将比较结果发送至主控板4，控制对应连接的气泵输气口的电磁阀3开启，进行输气；若检测到的气压参数高于预设范围的上限，高压比较器53将比较结果发送到主控板4，主控板4控制对应连接的电磁阀3开启，气泵开始排气，停止输气。
以一个四腔气囊的一次充放气工作为例，其控制办法为：
1.接收各腔室气压预设值指令，各腔室内气压传感器51将检测到的气压测量值传输至主控板的气压比较器板块，若检测到的气压测量值低于该腔室的充气气压预设值，主控板控制腔室气道口电磁阀开启，微型气泵输气口阀门开启，开始沿着气道通过可转双气道组的导气口向气囊加压充气，直至腔室内气压传感器检测到的气压测量值达到预设充气目标值，控制腔室气道口电磁阀门关闭，气泵输气口阀门关闭，停止向气囊充入气体。
2.接收腔体顺序指令，主控板启动顺序控制板块，计时一个腔体充气达到预设值的时间后控制微型充气泵对下一个腔体进行加压充气。
3.接收步进电机及驱动器转动指令，按照腔体顺序确定可转双气道组的转动方向，可控实现水平轴向的双腔室相通或垂直轴向的双腔室相通。
4.接收保压调节指令，腔室内气压传感器将检测到的气压测量值传送至主控板的气压比较器板块低压比较器、高压比较器；
低压比较器将气压传感器传输的气压测量值与预设范围的下限比较，高压比较器将气压传感器传输的气压气压测量值与预设范围的上限比较；
若气压参数低于预设范围的下限，主控板控制对应连接的微型气泵输气口阀门开启，进行加压充气；
若检测到的气压参数高于预设范围的上限，主控板控制对应连接的微型气泵排气口阀门开启，进行减压放气；
5.接收保压维持时间指令，主控板启动周期控制板块，计时腔室内气压维持目标值的持续时间，若持续时间达到保压维持时间，主控板控制腔室气道口电磁阀阀门开启，微型气泵排气口阀门开启，对气囊进行减压排气，直至气压传感器检测的气压测量值达到排气预设值；
6.接收间歇时间指令，主控板启动周期控制板块，计时腔室内达到排气预设值的持续时间，若持续时间达到间歇时间，控制腔室气道口阀门开启，微型气泵开始加压充气，进入下一个工作循环。
在实施例中，各组气囊各腔室按照一组综合控制指令进行充气和放气，各组气囊、气囊各腔室的工作周期由充放气频率和间歇时间决定，工作频率和间歇时间的具体值根据不同用户需求自定义设置。
各组气囊2之间可根据用户的需求自由组合进行充放气，在实际应用中不同的组合形式可定义为不同的工作模式，示例如：静脉泵模式、步行仿真模式、血管收缩模式。
静脉泵模式：如图1所示，该模式旨在为小腿区域提供最大程度的压缩，同时逐渐降低压力，持续向上到大腿部，通过增加腿部静脉回流的速度来预防DVT，从而减少静脉淤滞。
1.接收模式指令，确定控制指令对应的工作模式；
2.接收气压预设值指令，预设各级气囊的预设值，A气囊组预设值＞B气囊组预设值＞C气囊组预设值＞D气囊组预设值＞E气囊组预设值，按照预设值逐级加压；
3.接收顺序指令，各层腔室按照从肢体远心端层向近心端层逐层依次充气，且逐层压力减小，保压持续一定时间后，再进行放气；
4.接收时间指令，确定一个工作周期的时间以及与下一项工作周期的间歇时间。
步行仿真模式：如图2所示，该模式旨在模拟人体下肢正常行走时肌肉收缩与舒张的形式，以促进腿部静脉回流。
1.接收模式指令，确定气囊对应的工作模式；
2.接收充气指令，预设气囊各腔室的预设值相同；
3. 接收顺序指令，在大腿端，由C气囊组130的近心端层气囊开始，向近心端层依次充气，同时E气囊组150近心端层气囊开始，向远心端层逐层依次充气后放气，多谐振荡器将控制两端充放气速度相同，至两端汇合，汇合后，由汇合处分别向近心端层和远心端层逐层依次充气后放气；在小腿端，由C气囊组130的远心端层气囊开始，向远心端层逐层依次充气后放气，同时A气囊组110远心端层气囊开始，向近心端层逐层依次充气后放气，多谐振荡器将控制两端充放气速度相同，至两端汇合，汇合后，由汇合处分别向近心端层和远心端层逐层依次充气后放气。大腿端和小腿端开始工作的时间相同；
4.接收时间指令，确定一个工作周期的时间以及与下一项工作周期的间歇时间。
血管收缩模式：如图3所示，该模式旨在模拟人体血管收缩的运动，使气囊的动作更接近人体自然状态的血液循环。
1.接收模式指令，确定气囊对应的工作模式；
2.接收充气指令，预设各腔室的压力预设值相同；
3.接收顺序指令，A气囊组110中两侧气囊由前侧腔室向后侧腔室逐侧依次充气后放气，中部气囊的各腔室同时充气后放气，且多谐振荡器将控制两侧气囊的充放气速率相同，中部气囊的充放气速率是两侧气囊的二分之一；B、D、E气囊组和A气囊组110的工作模式相同；C气囊组130中的两侧气囊由前侧腔室向后侧腔室逐侧依次充气后放气，且多谐振荡器将控制两侧气囊的充放气速率相同。该模式下A、B、C、D、E气囊组同时开始工作；
4.接收时间指令，确定一个工作周期的时间以及与下一项工作周期的间歇时间。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种用于支具的多腔气囊、多模式控制系统，其特征在于：包括包裹于膝关节外部的若干气囊组（1），每个所述气囊组的内部设有若干相互连通的气囊（2），所述气囊（2）的气道口通过电磁阀（3）与气泵相连，所述气囊的气道口与可转双气道组连接，所述可转双气道组呈Y形结构与步进电机（9）和驱动器（10）相连，两相互独立的气道汇合成一总气道，总气道被一隔板（11）平分为双气道组，双气道组中每个气道外侧对称分布有两个导气口，接收步进电机及驱动器转动指令，按照腔体顺序确定可转双气道组的转动方向，可控实现水平轴向的双腔室相通或垂直轴向的双腔室相通；所述电磁阀（3）通过控制系统控制其工作，所述控制系统包括主控板（4）、气压控制板块（5）、周期控制板块（6）、频率控制板块（7）和顺序控制板块（8），所述主控板（4）和电磁阀（3）分别与所述气压控制板块（5）、周期控制板块（6）和频率控制板块（7）连接，所述气压控制板块（5）包括均与主控板（4）相连的压力传感器（51）、低压比较器（52）和高压比较器（53），所述压力传感器（51）设置于所述气囊（2）内腔中。
2.根据权利要求1所述的一种用于支具的多腔气囊、多模式控制系统，其特征在于：所述周期控制板块（6）为计时器；所述频率控制板块（7）为多谐振荡器；所述顺序控制板块（8）与步进电机（9）和驱动器（10）相连。
3.根据权利要求2所述的一种用于支具的多腔气囊、多模式控制系统，其特征在于：所述气囊组（1）包括由肢体末端沿着心脏的方向顺序设置的A气囊组（110）、B气囊组（120）、C气囊组（130）、D气囊组（140）和E气囊组（150），所述A气囊组（110）和B气囊组（120）设置于小腿部的外部，两者内部均设有三个气囊（2）；所述C气囊组（130）设置于膝部外部，其内部设有两个气囊（2）；所述D气囊组（140）和E气囊组（150）设置于大腿外部，两者内部设有三个气囊（2）。
4.一种用于支具的多腔气囊、多模式控制系统的控制方法控制如权利要求1-3任一项所述的一种用于支具的多腔气囊、多模式控制系统，其特征在于：包括如下步骤，
步骤S1，接收充气指令，根据充气指令确定气囊（2）充气对应的预设值；
步骤S2，压力传感器（51）将检测到的气囊（2）内部的气压参数传送至低压比较器（52）和高压比较器（53）；
步骤S3，低压比较器（52）将检测到的气压参数与预设范围的下限比较，高压比较器（53）将检测到的气压参数与预设范围的上限比较；
步骤S4，低压比较器（52）和高压比较器（53）将比较结果发送到主控板（4）；
步骤S5，若气压参数低于预设范围的下限，低压比较器（52）将比较结果发送至主控板（4），控制对应连接的气泵输气口的电磁阀（3）开启，进行输气；若检测到的气压参数高于预设范围的上限，高压比较器（53）将比较结果发送到主控板（4），主控板（4）控制对应连接的电磁阀（3）开启，气泵开始排气，停止输气。
5.根据权利要求4所述的一种用于支具的多腔气囊、多模式控制系统的控制方法，其特征在于：
所述步骤S1中，接收充气指令，根据充气指令确定气囊（2）充气对应的预设值，A气囊组预设值＞B气囊组预设值＞C气囊组预设值＞D气囊组预设值＞E气囊组预设值，按照预设值逐级加压；接收顺序指令，各层气囊按照从肢体远心端层向近心端层逐层依次充气，且逐层压力减小，保压持续一定时间后，再进行放气；接收时间指令，确定一个工作周期的时间以及与下一项工作周期的间歇时间。
6.根据权利要求4所述的一种用于支具的多腔气囊、多模式控制系统的控制方法，其特征在于：所述步骤S1中，接收充气指令，根据充气指令确定每个气囊（2）腔室的预设值相同；接收顺序指令，在大腿端，由C气囊组（130）的近心端层气囊开始，向近心端层依次充气，同时E气囊组（150）近心端层气囊开始，向远心端层逐层依次充气后放气，多谐振荡器将控制两端充放气速度相同，至两端汇合，汇合后，由汇合处分别向近心端层和远心端层逐层依次充气后放气；在小腿端，由C气囊组（130）的远心端层气囊开始，向远心端层逐层依次充气后放气，同时A气囊组（110）远心端层气囊开始，向近心端层逐层依次充气后放气，多谐振荡器将控制两端充放气速度相同，至两端汇合，汇合后，由汇合处分别向近心端层和远心端层逐层依次充气后放气；大腿端和小腿端开始工作的时间相同；接收时间指令，确定一个工作周期的时间以及与下一项工作周期的间歇时间。
7.根据权利要求4所述的一种用于支具的多腔气囊、多模式控制系统的控制方法，其特征在于：所述步骤S1中，接收充气指令，根据充气指令确定每个气囊（2）腔室的预设值相同；接收顺序指令，A气囊组（110）中两侧气囊由前侧腔室向后侧腔室逐侧依次充气后放气，中部气囊的各腔室同时充气后放气，且多谐振荡器将控制两侧气囊的充放气速率相同，中部气囊的充放气速率是两侧气囊的二分之一；B、D、E气囊组和A气囊组（110）的工作模式相同；C气囊组（130）中的两侧气囊由前侧腔室向后侧腔室逐侧依次充气后放气，且多谐振荡器将控制两侧气囊的充放气速率相同；五组气囊组同时开始工作；接收时间指令，确定一个工作周期的时间以及与下一项工作周期的间歇时间。
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