CN202589533U - 一种手及手腕康复评定监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种手及手腕康复评定监测装置，包括手套，一个或者一个以上数据采集单元、数据处理单元和通信单元；本实用新型的有益效果在于，针对居家和社区的康复训练，本实用新型的手及手腕康复评定监测装置功耗低、体积小，可将患者的康复情况的实时数据远程传输至康复中心或者康复专家，患者不必亲自去康复中心或者医院，康复情况即可被监测、分析和评估，康复专家可根据患者的康复程度与训练质量，快速为患者制定下一阶段的康复训练计划。

Description

一种手及手腕康复评定监测装置

技术领域

本实用新型涉及监测技术领域，尤其涉及一种手及手腕康复评定监测装置。

背景技术

随着人们生活水平的不断提高和各国人口老龄化的加剧，心脑血管疾病已经成为世界头号健康杀手，而脑卒中(俗称中风)则是引起死亡和持久伤残的主要因素。据不完全统计，在中国每年约有150万病人死于脑卒中，并且每年新增200万脑卒中患者，用于脑卒中患者的医疗费用每年约200亿元人民币。另一方面，在大多数发展中国家，没有足够多的康复中心或者其他的康复机构来训练脑卒中患者。同时，许多患者家庭无力支付越来越昂贵的医疗和住院费用。因此，越来越多的最新研究集中于使脑卒中患者在家中或者社区按照预定的康复计划进行康复训练。

脑卒中会引起患者的运动功能障碍，破坏患者的运动协调性，大量脑神经学的研究已证明，存活的脑卒中患者能够通过康复训练来恢复他们的一定的运动能力和技能。脑卒中发病后，必须在短期内对患者进行治疗并及时进行康复训练才能有效康复，而在脑卒中患者康复训练过程中，手指和手腕的康复训练极为重要。

目前，虽然有不少手指手腕康复装置被提出，但很多是采用了传统的机械或者是利用气囊的充放气来辅助患者进行训练。这些现有装置缺乏灵活性和适应性，不能跟踪病人的状态和康复进展，对于康复训练的监测评估则需借助人力，既需要大量时间，又要大量金钱，成本较高。

实用新型内容

本实用新型针对居家和社区的康复训练，提供一种用于手指，手腕的手及手腕康复评定监测装置。该装置功耗低、体积小，可将患者的康复情况的实时数据远程传输至康复中心或者康复专家，患者不必亲自去康复中心或者医院，也不必请康复医生上门服务，康复情况即可被监测、分析和评估，康复专家可根据患者的康复程度与训练质量，快速为患者制定下一阶段的康复训练计划。

为实现本实用新型的目的，本实用新型提供了一种手及手腕康复评定监测装置，包括：手套，至少一个数据采集单元、数据处理单元和通信单元；

手套每根手指与手腕处设置有至少一条粘带，粘接固定手套于使用者手部；

数据采集单元设置于手套的至少一个手指处和/或手腕处并与数据处理单元相连接，采集手指和/或手腕的实时运动数据，并传输至数据处理单元；

数据处理单元设置于手套手背处，接收数据采集单元采集的用户手指和/或手腕的实时运动数据，分析判断其有效性，并根据分析判断得到的有效数据计算手指和/或手腕的弯曲幅度以及手指和/或手腕的运动方向和速度数据；

所述通信单元，接收数据处理单元发送的数据并发送至远程服务器或者接收终端。

较佳地，本实用新型的手及手腕康复评定监测装置，数据处理单元还将运动方向和速度数据转化为可显示的格式，并为转换格式后的数据添加识别符，时间，通道号，数据序列号信息，进行安全校验和加密计算后发送该数据至通信单元。

较佳地，本实用新型的手及手腕康复评定监测装置，数据处理单元包括数据处理子模块和数据收发子模块；

数据处理子模块，分析判断实时运动数据的有效性，将运动方向和速度数据转化为用于显示的格式，并为转换格式后的数据添加识别符，时间，通道号，数据序列号等信息，进行安全校验和加密计算得到转换后运动数据，并发送转换运动数据至通信单元；

数据收发子模块，与数据处理子模块相连接，接收并发送数据采集单元采集的实时运动数据至所述数据处理子模块；接收实时运动数据并发送数据处理子模块处理后的转换运动数据至所述通信单元。

较佳地，本实用新型的手及手腕康复评定监测装置，数据处理单元是利用片上系统级射频单片机CC2530或其它支持IEEE802.15.4标准的低功耗无线射频单片机实现的。

较佳地，本实用新型的手及手腕康复评定监测装置，数据采集单元是弯曲传感器。

较佳地，本实用新型的手及手腕康复评定监测装置，通信单元是T135芯片或其它GSM/GPRS芯片。

较佳地，本实用新型的手及手腕康复评定监测装置，还包括为手及手腕康复评定监测装置供电的电源装置、充电接口和控制开关；

电源装置与数据采集单元、数据处理单元和通信单元相连接；充电接口与电源装置相连接，为电源装置充电；控制开关与电源装置相连接，控制电源装置的启动和关闭。

较佳地，本实用新型的手及手腕康复评定监测装置，手套手背部设置有一带粘带的揭盖，该揭盖与手套手背部形成一袋状空间。

本实用新型还的一种手及手腕康复评定监测装置的使用过程，包括以下步骤：

步骤A：将康复评定监测装置戴在使用者手部；

步骤B：康复评定监测装置采集手指和/或手腕的实时运动数据，并分析判断所述实时运动数据的有效性，并根据分析判断得到的有效数据计算出手指和/或手腕的弯曲幅度以及手指和/或手腕的运动方向和速度数据；

步骤C：数据处理单元发送处理后的数据至通信单元。

较佳地，上述过程中步骤B，数据采集单元采集手指和/或手腕的实时运动数据，并传输至数据处理单元进行处理，包括以下步骤：

步骤B1：数据采集单元采集手指和/或手腕的实时运动数据，并发送至数据处理单元；

步骤B2：数据处理单元的数据收发子模块接收并传输来自数据采集单元的数据至数据处理子模块；

步骤B3：数据处理子模块判断数据是否有效；

若是，进入步骤B4；

若否，舍弃该数据，返回本步骤；

步骤B4：数据处理子模块对数据进行分析计算出手指和/或手腕的弯曲幅度以及手指和/或手腕的运动方向和速度，并将这些数据转化为用于显示的格式；

步骤B5：数据处理子模块为转换格式后的数据添加识别符，时间，通道号，数据序列号信息，然后进过安全校验和加密计算。

较佳地，所述步骤B3数据处理子模块判断数据是否有效，具体为：数据处理子模块对采集到的数据进行比较判断，若数据在[200mV，3000mV]的数值范围内，则认定数据为有效；若数据小于200mV或大于3000mV，则认定数据为无效。

较佳地，所述步骤B4中数据处理子模块对数据进行分析计算出手指和/或手腕的弯曲幅度，具体为数据处理单元通过对测量得到的弯曲传感器的电压数值的归一化或直接用电压数值来反映手指和/或手腕的弯曲幅度，弯曲幅度和测量电压值是对应的，电压值越大，弯曲幅度越大；电压值越小，弯曲幅度越小。

较佳地，所述步骤B4中数据处理子模块对数据进行分析计算出手指和/或手腕的运动方向和速度，具体为数据处理单元通过数值正负确定手指和/或手腕的运动方向，正表示向手掌和手臂内侧弯曲，负表示手腕向手臂外侧弯曲。数值大小反映了弯曲的幅度，通过数据曲线的周期反映了手指和/或手腕弯曲运动的速度，周期越大，速度越慢，反之，周期越小，速度越快。信号周期通过计算数据中值点与中值点之间的时间得到。

较佳地，所述步骤B4中数据处理子模块将数据转化为用于显示的格式，具体为以弯曲幅度数据通过归一化后的量值为纵坐标，以运动时间为横坐标的曲线图。

较佳地，所述步骤B5中数据处理子模块为转换格式后的数据添加识别符，时间，通道号，数据序列号信息，添加后的数据格式为：1字节的数据序列号，4字节识别符，1字节通道号，2字节运动数据和2字节时间信息。

本实用新型的有益效果在于，针对居家和社区的康复训练，提供一种用于手及手腕康复评定监测装置。该装置功耗低、体积小，可将患者的康复情况的实时数据远程传输至康复中心或者康复专家，患者不必亲自去康复中心或者医院，康复情况即可被监测、分析和评估，康复专家可根据患者的康复程度与训练质量，快速为患者制定下一阶段的康复训练计划。

附图说明

图1为本实用新型的第一实施例的结构示意图；

图2为本实用新型的第二实施例的电路部分的结构示意图；

图3为本实用新型的第二实施例的采集数据的曲线图；

图4为本实用新型的第一实施例的工作过程的流程图；

图5为本实用新型的第一实施例的工作过程的子过程的流程图。

具体实施方式

为了使本实用新型的手及手腕康复评定监测装置的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体附图及具体实施例，对本实用新型的手及手腕康复评定监测装置进行进一步详细说明。

第一实施例

图1为本实用新型的第一实施例的结构示意图，如图1所示，本实施例的手及手腕康复评定监测装置，包括：手套，一个或者一个以上数据采集单元、数据处理单元和通信单元；

手套每根手指与手腕处设置有一条或者一条以上粘带，用于粘接固定所述手套于使用者手部；

手套设计考虑患者穿戴方便、舒适，选取材料轻、薄、结实、防静电，并且具有一定的柔韧性，形状根据人体工程学特点，采用流线形设计，手套整体非常便携、无线、轻便；同时，由于手套的指套会对患者手指活动带来很大的阻碍，如果指套很紧，对患者有很大的束缚力，阻碍更大；指尖部位很敏感，指套完全套住指尖会使患者手指活动更加吃力甚至不能活动。因此，作为一种优选实施方式，本实施例中手套手指部分用每根手指1条或者1条以上细粘带代替指套，粘带一端固定好，另一端绕过手指一圈后粘牢，患者在进行康复训练时，可以基本消除手套本身对手指康复训练的影响。

数据采集单元设置于所述手套的一个或者多个手指处和/或手腕处并与数据处理单元相连接，用于采集手指和/或手腕的实时运动数据，并传输至所述数据处理单元；

通信单元用于接收数据处理单元发送的数据并发送至远程服务器或者接收终端。

数据处理单元设置于所述手套手背处，用于接收数据采集单元采集的用户手指和/或手腕的实时运动数据，分析判断其有效性，并根据有效数据计算出手指和/或手腕的弯曲幅度以及手指和/或手腕的运动方向和速度，以及将这些数据转化为用于显示的格式，并为转换格式后的数据添加识别符，时间，通道号，数据序列号等信息，进行安全校验和加密计算后发送该数据至通信单元。

优选地，作为一种可实施方式，数据处理单元可以通过对测量得到的弯曲传感器的电压数值的归一化或直接用电压数值即可直接反映手指和/或手腕的弯曲幅度，使得结果为[0，1]之间的一个数值，如0.32，手指和/或手腕伸直结果为0，手指和/或手腕弯曲180度结果为1，由于弯曲幅度和测量电压值是对应的，电压值越大，弯曲幅度越大；电压值越小，弯曲幅度越小。

优选地，作为一种可实施方式，数据处理单元通过数值正负确定手指和/或手腕的运动方向，正表示向手掌和手臂内侧弯曲，负表示手腕向手臂外侧弯曲。数值大小反映了弯曲的幅度，通过数据曲线的周期反映了手指和/或手腕弯曲运动的速度，周期越大，速度越慢，反之，周期越小，速度越快。信号周期可以通过计算数据中值点与中值点之间的时间得到。

优选地，作为一种可实施方式，所述用于显示的数据格式，是指弯曲幅度数据或通过归一化后的量值，以及运动速度，如弯曲幅度0.65，运动速度0.5次/秒。

优选地，作为一种可实施方式，所述添加的识别符，时间，通道号，数据序列号等信息分别为：

用一个32位数据作为识别符，用于识别病人个体，可以识别2^32＝429,467,296不同的病人；时间为采集数据的时间，精确到秒；通道号用于指示采集数据来自身体的哪个部位，分别对应大拇指，食指，中指，无名指，小指，手腕；序列号是用于数据通讯协议的帧ID，包括有同步帧，控制帧和数据帧。

0X00为同步帧，0X01～0xFE为数据帧(数据帧按顺序发送)，0XFF为控制帧。

同步帧由发送端发出，除了指示发送开始，同时还将本次准备发送的数据数量(数据帧个数)告诉接收端，以便接受端对数据帧的序列进行检查。

控制帧由接收端发出，当接收端缓冲区为满时，将发送控制帧给发送端，请求暂停发送，待数据处理完后，恢复发送。或者接受端接收到数据帧错误(ID序列错误或数据校验错)则发送控制帧给发送端要求重新发送该帧数据。

数据帧为所需要发送的数据，发送端将按顺序一帧一帧的发送直到结束。

同步帧格式：

ID(1字节)	数据帧数(1字节，做多254帧数据)
		0X00	0X01....0XFE

控制帧格式：

数据帧格式：

ID(1字节)	数据(1字节)
		0X01...0XFE	发送数据

同时，为了保护通讯数据，防止恶意截取数据，数据在发送前，将采用标准的HASH算法来加密数据帧数据，在接受端对数据进行解密。并对数据的采用标准的用于串行通信的奇偶校验进行安全检验。

数据采集单元与数据处理单元直接固定在手套内部，不会影响患者手指和手腕的活动。数据处理单元收到数据采集单元采集的运动数据后，分析判断其有效性，转换数据格式为用于显示的格式，并添加通道号，分隔符等，然后将处理后的数据发送至通信单元；通信单元将该数据上传至服务器或者发送至接收终端，即该数据被发送至康复中心或者康复专家，这样患者就不必亲自去康复中心或者医院，也不必请康复医生上门服务，康复情况即可被监测、分析和评估，康复专家可根据患者的康复程度与训练质量，快速为患者制定下一阶段的康复训练计划。前述的接收终端可以是手机或者电脑等，能够通过有线网络或者无线网络接收数据的设备。

第二实施例

本实施例中，数据处理单元采用片上系统级射频单片机CC2530，通信单元采用T135芯片，数据采集单元采用弯曲传感器，手套手背部设置有一带粘带的揭盖，揭盖与手套手背部形成一袋状空间，其中放置用于为手及手腕康复评定监测装置供电的电源装置和控制开关。手套腕部与指部均使用2条粘带固定，2条粘带分开。指部的两条粘带分别设置于每根手指的第一、第二节指骨处，能够使手套与手贴合更好，并且不会对手指弯曲动作。本实施例的电路结构如图2所示。

作为一种优选的实施方式，本实施例中，分别在手套的拇指、食指、中指和无名指内设置4个手指弯曲传感器，小指由于和无名指神经相似，可不进行测量。2根手腕弯曲传感器固定在手套的手腕部，分别在康复训练中测量手腕向手臂外侧和手臂内侧的活动情况，大大提高了手腕康复监测的准确度和灵敏度。采用CC2530进行设计的数据处理单元，自带8通道14位高精度AD，外围资源非常丰富，集成了2.4G ZigBee无线收发模块，非常适合便携式设计的需要。CC2530通过6通道的AD(AD0-AD5)实时采集患者手指和手腕的康复训练数据，通过2.4G无线射频将采集到的数据传到接收设备，进而传到互联网和康复中心服务器上。

手套电源装置采用聚合物锂电池进行供电，电池尺寸2.0cm*2.0cm，容量为150mAh，对电路进行了低功耗设计，工作电流约为20mA，因此若每天做2小时康复训练，可以连续工作7天以上。还设计了开关和充电接口，电量不足时可对锂电池进行充电。

对硬件电路进行微型化设计，除6根弯曲传感器外，整个硬件电路模块体积2cm*2cm*1cm以内，非常微小，加工手套时直接固定在手套内部，不会对手指和手腕的康复训练带来影响。

图3为本实用新型的第二实施例的采集数据的曲线图，如图3所示，数据采集单元所采集的运动数据是采集模块附接出肢体的弯曲幅度，从图中可以直观，清楚的看出患者拇指、食指、中指、无名指、手腕内向以及手腕外向的运动情况，便于医生或者康复专家据此判断患者康复情况以及制定下一步的康复计划。

图4为本实用新型的第一实施例的工作过程的流程图，如图4所示，本实施例的手及手腕康复评定监测装置的工作过程，包括以下步骤：

步骤A：将康复评定监测装置戴在使用者手部；

步骤B：数据采集单元采集手指和/或手腕的实时运动数据，并传输至数据处理单元进行处理；

步骤C：数据处理单元发送处理后的数据至通信单元。

图5为本实用新型的第一实施例的工作过程的子过程的流程图，如图5所示，前述步骤B，数据采集单元采集手指和/或手腕的实时运动数据，并传输至数据处理单元进行处理，包括以下步骤：

步骤B1：数据采集单元采集手指和/或手腕的实时运动数据，并发送至数据处理单元；

步骤B2：数据处理单元的数据收发子模块接收并传输来自数据采集单元的数据至数据处理子模块；

步骤B3：数据处理子模块判断数据是否有效；

具体为：数据处理子模块对采集到的数据进行比较判断，若数据在[200mV，3000mV]的数值范围内，则认定数据为有效；若数据小于200mV或大于3000mV，则可能是因为硬件线路连接短路或老化断开等引起故障，即认定数据为无效。

若是，进入步骤B4；若否，舍弃该数据，返回本步骤；

步骤B4：数据处理子模块对数据进行分析，计算出手指和/或手腕的弯曲幅度以及手指和/或手腕的运动方向和速度，并将这些数据转化为用于显示的格式；

数据处理子模块对数据进行分析计算出手指和/或手腕的弯曲幅度，具体为数据处理单元通过对测量得到的弯曲传感器的电压数值的归一化或直接用电压数值来反映手指和/或手腕的弯曲幅度，弯曲幅度和测量电压值是对应的，电压值越大，弯曲幅度越大；电压值越小，弯曲幅度越小。

数据处理子模块对数据进行分析计算出手指和/或手腕的运动方向和速度，具体为数据处理单元通过数值正负确定手指和/或手腕的运动方向，正表示向手掌和手臂内侧弯曲，负表示手腕向手臂外侧弯曲。数值大小反映了弯曲的幅度，通过数据曲线的周期反映了手指和/或手腕弯曲运动的速度，周期越大，速度越慢，反之，周期越小，速度越快。信号周期通过计算数据中值点与中值点之间的时间得到。

数据处理子模块将数据转化为用于显示的格式，具体为以弯曲幅度数据通过归一化后的量值为纵坐标，以运动时间为横坐标的曲线图。

步骤B5：数据处理子模块为转换格式后的数据添加识别符，时间，通道号，数据序列号等信息，然后进过安全校验和加密计算。

数据处理子模块为转换格式后的数据添加识别符，时间，通道号，数据序列号信息，添加后的数据格式为：1字节的数据序列号，4字节识别符，1字节通道号，2字节运动数据和2字节时间信息。安全校验和加密计算分别采用标准的用于串行通信的奇偶校验和HASH算法进行。

以上所述仅为本实用新型的优选事例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进，均应包含在本实用新型的保护范围以内。

Claims (8)

1.一种手及手腕康复评定监测装置，其特征在于，包括：手套，至少一个数据采集单元、数据处理单元和通信单元；

所述手套每根手指与手腕处设置有至少一条粘带，粘接固定所述手套于使用者手部；

所述数据采集单元设置于所述手套的至少一个手指处和/或手腕处并与所述数据处理单元相连接，采集手指和/或手腕的实时运动数据，并传输至所述数据处理单元；

所述数据处理单元设置于所述手套手背处，接收数据采集单元采集的用户手指和/或手腕的实时运动数据，分析判断其有效性，并根据分析判断得到的有效数据计算手指和/或手腕的弯曲幅度以及手指和/或手腕的运动方向和速度数据；

所述通信单元，接收所述数据处理单元发送的数据并发送至远程服务器或者接收终端。

2.根据权利要求1所述的手及手腕康复评定监测装置，其特征在于，所述数据处理单元还将所述运动方向和速度数据转化为可显示的格式，并为转换格式后的数据添加识别符，时间，通道号，数据序列号信息，进行安全校验和加密计算后发送该数据至通信单元。

3.根据权利要求1所述的手及手腕康复评定监测装置，其特征在于，所述数据处理单元包括数据处理子模块和数据收发子模块；

所述数据处理子模块，分析判断所述实时运动数据的有效性，将所述运动方向和速度数据转化为用于显示的格式，并为转换格式后的数据添加识别符，时间，通道号，数据序列号等信息，进行安全校验和加密计算得到转换后运动数据，并发送所述转换运动数据至通信单元；

所述数据收发子模块，与所述数据处理子模块相连接，接收并发送所述数据采集单元采集的实时运动数据至所述数据处理子模块；接收所述实时运动数据并发送数据处理子模块处理后的所述转换运动数据至所述通信单元。

4.根据权利要求1所述的手及手腕康复评定监测装置，其特征在于，所述数据处理单元是利用片上系统级射频单片机CC2530或其它支持IEEE802.15.4标准的低功耗无线射频单片机实现的。

5.根据权利要求1所述的手及手腕康复评定监测装置，其特征在于，所述数据采集单元是弯曲传感器。

6.根据权利要求1所述的手及手腕康复评定监测装置，其特征在于，所述通信单元是T135芯片或其它GSM/GPRS芯片。

7.根据权利要求1所述的手及手腕康复评定监测装置，其特征在于，还包括为所述手及手腕康复评定监测装置供电的电源装置、充电接口和控制开关；

所述电源装置与所述数据采集单元、数据处理单元和通信单元相连接；所述充电接口与所述电源装置相连接，为电源装置充电；所述控制开关与所述电源装置相连接，控制电源装置的启动和关闭。

8.根据权利要求1所述的手及手腕康复评定监测装置，其特征在于，所述手套手背部设置有一带粘带的揭盖，所述揭盖与手套手背部形成一袋状空间。

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