CN214434253U - 一种上肢康复穿戴式设备及系统 - Google Patents

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Abstract

一种上肢康复穿戴式设备及系统，用于与上位机连接，所述上肢康复穿戴式设备包括穿戴式设备本体，所述穿戴式设备本体上设置有：与所述上位机无线连接的，用于检测心电信号并上传至上位机的心电检测装置；与所述上位机无线连接的，用于检测肌电信号并上传至上位机的肌电检测装置。本实用新型通过所述心电检测装置和所述肌电检测装置同时检测心电信号和肌电信号至上位机进行处理，基于心电和/或肌电图为康复训练提供更好的辅助或建议。

Description

一种上肢康复穿戴式设备及系统
技术领域
本实用新型涉及穿戴式设备领域，特别涉及一种上肢康复穿戴式设备及系统。
背景技术
目前对于中风后的康复训练一般配合穿戴式辅助设备，但是穿戴式设备在康复评估与回复治疗过程中的应用，主要通过肌电传感器采集上肢肌肉的电极信号检测人体肌肉疲劳的程度。此种通过肌肉电信号的振幅和频率进行直接监测的方式存在着缺陷，由于中风偏瘫患者在进行康复训练的过程中，器训练动作的幅度逐步加大，对人体产生的生理负荷较大，当超过一定身体承受范围的阈值，对未完全康复的中风患者的心脏及血管将再次造成不可逆的影响，因而采用常规的肌电信号对康复训练患者进行监测，存在无法同时对心率及心脏的异常情况进行实时监测的问题。
因此现有技术还有待改进和提高。
实用新型内容
鉴于上述现有技术的不足之处，本实用新型的目的在于提供一种上肢康复穿戴式设备及系统，通过所述心电检测装置和所述肌电检测装置同时检测心电信号和肌电信号至上位机进行处理，基于心电和/或肌电图为康复训练提供更好的辅助或建议。
为了达到上述目的，本实用新型采取了以下技术方案：
本实用新型提供一种上肢康复穿戴式设备，用于与上位机连接，包括穿戴式设备本体，所述穿戴式设备本体上设置有：与所述上位机无线连接的，用于检测心电信号并上传至上位机的心电检测装置；
与所述上位机无线连接的，用于检测肌电信号并上传至上位机的肌电检测装置。
所述心电检测装置包括：
用于通过心电采集电极采集心电信号的心电传感器；
用于对所述心电信号进行滤波和放大处理的信号处理器；
用于将滤波和放大之后的心电信号转换为数字心电信号的第一模数转换器；
用于对所述数字心电信号进行处理的第一主控模块；
用于将所述数字心电信号发送至上位机的第一无线模块；
所述心电传感器、信号处理器、第一模数转换器、第一主控模块及第一无线模块依次连接，所述心电传感器还通过采集电极与人体接触，所述无线模块还与所述上位机无线连接。
所述肌电检测装置包括：
用于通过肌电采集电极采集第一肌电信号、第二肌电信号和参考信号的肌电传感器；
用于接收第一肌电信号并进行放大处理的第一精密仪表放大器；
用于接收第二肌电信号并进行放大处理的第二精密仪表放大器；
用于对所述第一肌电信号和第二肌电信号分别进行输入整流的全波精密整流器；
用于对所述第一肌电信号和第二肌电信号分别进行放大的运算放大器；
用于对所述第一肌电信号和第二肌电信号分别转换为第一数字肌电信号和第二数字肌电信号的第二模数转换器；
用于分别对所述第一数字肌电信号和第二数字肌电信号进行处理的第二主控模块；
用于将所述第一数字肌电信号和第二数字肌电信号分别进行输出的输入输出接口；
用于将进行输出整流后的对所述第一数字肌电信号和第二数字肌电信号分别发送至上位机的第二无线模块；
所述第一精密仪表放大器的第一输入端接入第一肌电信号，所述第一精密仪表放大器的第二输入端接入参考信号，所述第一精密仪表放大器的第一输出端与所述全波精密整流器的第一输入端连接，所述第二精密仪表放大器的第一输入端接入第二肌电信号，所述第二精密仪表放大器的第二输入端接入参考信号，所述第二精密仪表放大器的第一输出端与所述全波精密整流器的第二输入端连接；
所述全波精密整流器、所述运算放大器、所述第二模数转换器、所述第二主控模块、所述输入输出接口和所述第二无线模块依次连接。
所述心电传感器为心电采集电极，所述心电采集电极至少有两个，至少两个所述心电采集电极分别连接在人体上采集心电信号。
所述肌电传感器为肌电采集电极，所述肌电采集电极至少为三个，三个所述肌电采集电极分别为第一有源电极、第二有源电极和参考电极，所述第一有源电极和所述第二有源电极分别设置在肌肉对应的皮肤表面，所述参考电极设置在关节处。
所述第一主控模块和所述第一无线模块集成在一个模块内，型号为 ESP32；所述第二主控模块和所述第二无线模块集成在一个模块内，型号为 ESP32。
所述第一精密仪表放大器和所述第二精密仪表放大器的型号均为 AD8221。
所述信号处理器的型号为BMD101。
所述第一模数转换器和所述第二模数转换器的型号为BMD101。
一种上肢康复穿戴式生理监护系统，包括上位机和上文所述的穿戴式设备，所述穿戴式设备与所述上位机无线连接，其中：
所述穿戴式设备，用于采集心电信号和肌电信号，并对所述心电信号和所述肌电信号进行处理；
所述上位机，用于将所述心电信号和肌电信号进行处理后显示相应的心电和肌电实时变化曲线。
相较于现有技术，本实用新型提供的上肢康复穿戴式设备及系统，用于与上位机连接，所述上肢康复穿戴式设备包括与所述上位机无线连接的，用于检测心电信号并上传至上位机的心电检测装置；与所述上位机无线连接的，用于检测肌电信号并上传至上位机的肌电检测装置。本实用新型通过所述心电检测装置和所述肌电检测装置同时检测心电信号和肌电信号至上位机进行处理，基于心电和/或肌电图为康复训练提供更好的辅助或建议。
附图说明
图1为本实用新型提供的上肢康复穿戴式设备的结构框图；
图2为本实用新型提供的心电检测装置的结构框图；
图3为本实用新型提供的肌电检测装置的结构框图。
具体实施方式
本实用新型提供一种上肢康复穿戴式设备及系统，通过所述心电检测装置和所述肌电检测装置同时检测心电信号和肌电信号至上位机进行处理，基于心电和/或肌电图为康复训练提供更好的辅助或建议。
本实用新型的具体实施方式是为了便于对本实用新型的技术构思、所解决的技术问题、构成技术方案的技术特征和带来的技术效果做更为详细的说明。需要说明的是，对于这些实施方式的解释说明并不构成对本发明的保护范围的限定。此外，下文所述的实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间不构成冲突就可以相互组合。
请参阅图1，本实用新型提供一种上肢康复穿戴式设备10，用于与上位机20连接，所述上肢康复穿戴式设备10(下面简称为穿戴式设备)包括穿戴式设备本体，所述穿戴式设备本体上设置有：与所述上位机20无线连接的，用于检测心电信号并上传至上位机20的心电检测装置100；与所述上位机20 无线连接的，用于检测肌电信号并上传至上位机20的肌电检测装置200。
具体实施时，本实施例中，当中风患者需要进行康复训练时，穿上所述穿戴式设备，所述心电检测装置100实时检测中风患者的心电信号，进行处理后上传至上位机20，同时，所述肌电检测装置200采集肌肉生物电转换为肌电信号并进行输出处理后发送至上位机20。最后由所述上位机20对所述心电信号和所述肌电信号根据相应的生物医学信号处理方法及数学方法对原始的心电信号和/或肌电信号进行处理和分析，并提取相应的特征信号，再将随时间变化的曲线实时显示在上位机20的屏幕上，上位机20使用者还可以通过上位机20的图形界面对相关的数据进行操作，记录监测得到的生理信号，进而为中风偏瘫者提供一个合适的参考训练强度。由于上位机20对心电信号和肌电信号的处理都是现有技术，在此不再赘述。
可选的，所述上位机20可以是台式电脑、微型电脑等PC机，也可以是手机、平板等移动终端。
具体的，请参阅图2，所述心电检测装置100包括：用于通过心电采集电极采集心电信号的心电传感器；用于对所述心电信号进行滤波和放大处理的信号处理器110；用于将滤波和放大之后的心电信号转换为数字心电信号的第一模数转换器120；用于对所述数字心电信号进行处理的第一主控模块130；用于将所述数字心电信号发送至上位机20的第一无线模块140；所述心电传感器、信号处理器110、模数转换器、主控模块及无线模块依次连接，所述心电传感器还通过采集电极与人体接触，所述无线模块还与所述上位机20无线连接。
具体实施时，本实施例中，所述心电传感器为心电采集电极，所述心电采集电极至少有两个(图2中的“+”和“-”)，至少两个所述心电采集电极分别连接在人体上采集心电信号，其具有微型化、便于人体贴合使用、符合人体工学和低功耗的特点，且无需接地，适应于可穿戴的需要。这种传感器配合贴片一次性穿戴式电极(即心电采集电极)即可完成在自然状态下的长时间心电监护需求。所述信号处理器110的型号为BMD101的数字信号处理器110，其内部设置有滤波器和放大器。BMD101芯片设计了先进的模拟前端电路和强大的数字信号处理结构，从而瞄准了从uV水平到mV水平的生物信号输入。
所述心电传感器连接所述心电采集电极，通过所述心电采集电极采集人体的心电信号，经过所述信号处理器110进行带通滤波和放大处理后，再通过所述第一模数转换器120将放大后的心电信号转换为数字心电信号，并将所述数字心电信号输出至所述第一主控模块130，所述第一主控模块130将所述数字心电信号做输出处理后通过所述第一无线模块140发送至上位机20，由上位机20生成心电图进行显示。
具体的，本实施例中，所述第一主控模块130和所述第一无线模块140 可集成在同一芯片集成电路内，例如采用ESP32芯片，即可实现所述第一主控模块130的功能，同时所述ESP32芯片中也包括WI-FI/BLE蓝牙模块，可通过所述WI-FI/BLE蓝牙模块实现第一无线模块140的功能。
具体的，请参阅图3，所述肌电检测装置200包括：用于通过肌电采集电极采集第一肌电信号、第二肌电信号和参考信号的肌电传感器；用于接收第一肌电信号并进行放大处理的第一精密仪表放大器210；用于接收第二肌电信号并进行放大处理的第二精密仪表放大器220；用于对所述第一肌电信号和第二肌电信号分别进行输入整流的全波精密整流器230；用于对所述第一肌电信号和第二肌电信号分别进行放大的运算放大器240；用于对所述第一肌电信号和第二肌电信号分别转换为第一数字肌电信号和第二数字肌电信号的第二模数转换器250；用于分别对所述第一数字肌电信号和第二数字肌电信号进行处理的第二主控模块260；用于将所述第一数字肌电信号和第二数字肌电信号分别进行输出的输入输出接口270(即I/O口)；用于将进行输出整流后的所述第一数字肌电信号和第二数字肌电信号分别发送至上位机20的第二无线模块 280；所述第一精密仪表放大器210的第一输入端接入第一肌电信号，所述第一精密仪表放大器210的第二输入端接入参考信号，所述第一精密仪表放大器210的第一输出端与所述全波精密整流器230的第一输入端连接，所述第二精密仪表放大器220的第一输入端接入第二肌电信号，所述第二精密仪表放大器220的第二输入端接入参考信号，所述第二精密仪表放大器220的第一输出端与所述全波精密整流器230的第二输入端连接；所述全波精密整流器230、所述运算放大器240、所述第二模数转换器250、所述第二主控模块 260、所述输入输出接口270和所述第二无线模块280依次连接。
具体实施时，本实施例中，所述肌电传感器为肌电采集电极，所述肌电采集电极至少为三个。本实施例中，采用一次性电极(即肌电采集电极)作为肌电传感器，利用肌电传感器采集肌电信号。在肌电检测过程中会产生运动伪影，这些运动伪影会在肌电信号监测和记录中引起误差，这种电极具有较低的半电池电位，并且可以有效地减少运动伪影。
本实施例中，以三个肌电采集电极为例进行说明，三个所述肌电采集电极分别为第一有源电极、第二有源电极和参考电极，在相应的皮肤表面放置两个有源电极，在肌肉信号较弱的位置放置一个参考电极。具体的，所述第一有源电极和所述第二有源电极分别设置在肌肉对应的皮肤表面(例如桡侧腕屈肌(FCR)和桡侧腕长伸肌(ECRL)两块肌肉的皮肤表面)，所述参考电极设置在关节处(例如肘关节等肌肉信号较弱的位置)。
由所述第一精密仪表放大器210接收所述第一有源电极采集的第一肌电信号，所述第二一精密仪表放大器接收所述第二有源电极采集的第二肌电信号，所述参考电极采集参考信号。基于所述第一精密仪表放大器210和所述第二精密仪表放大器220的三运算放大器拓扑结构，在输入级使用两个恒流偏置晶体管产生误差电流并馈送到精密电流反馈放大器，第三个运算放大器可以在输入端接收放大的差分信号和来自参考电极的信号，再通过集成高频噪声滤波的所述全波精密整流器230对所述第一肌电信号、第二肌电信号进行输入整流，再通过所述运算放大器240放大，输出到所述第二模数转换电路转换为第一数字肌电信号和第二数字肌电信号，再通过所述第二主控模块 260将对所述第一数字肌电信号和第二数字肌电信号进行输出处理，最后通过所述输入输出接口270输出至第二无线模块280，由所述第二无线模块280上传至上位机20，由所述上位机20生成肌电图进行显示。
具体的，本实施例中，所述第二主控模块260和所述第二无线模块280 也可集成在同一芯片集成电路内，采用ESP32芯片，即可实现所述第一主控模块130的功能，同时所述ESP32芯片中也包括WI-FI/BLE蓝牙模块，可通过所述WI-FI/BLE蓝牙模块实现第一无线模块140的功能。
所述第一精密仪表放大器210和所述第二精密仪表放大器220的型号均为AD8221。所述第一模数转换器120和所述第二模数转换器250的型号为 BMD101。
需要说明的是，所述心电检测装置中的第一主控模块130和第一无线模块140，以及所述肌电检测装置中的第二主控模块260和第二无线模块280可以共用一个芯片集成电路，例如通过一个ESP32芯片同时采集和处理所述心电信号和肌电信号。
基于上述的上肢康复穿戴式设备10，本实用新型还提供一种上肢康复穿戴式生理监护系统，包括上位机20和上文所述的穿戴式设备，所述穿戴式设备与所述上位机20无线连接，其中：所述穿戴式设备，用于采集心电信号和肌电信号，并对所述心电信号和所述肌电信号进行处理；所述上位机20，用于将所述心电信号和肌电信号进行处理后显示相应的心电和肌电实时变化曲线。由于所述上肢康复穿戴式设备10已在上文进行了详细描述，在此不再赘述。
综上所述，本实用新型提供的一种上肢康复穿戴式设备及系统，用于与上位机连接，所述上肢康复穿戴式设备包括与所述上位机无线连接的，用于检测心电信号并上传至上位机的心电检测装置；与所述上位机无线连接的，用于检测肌电信号并上传至上位机的肌电检测装置。本实用新型通过所述心电检测装置和所述肌电检测装置同时检测心电信号和肌电信号至上位机进行处理，基于心电和/或肌电图为康复训练提供更好的辅助或建议。
可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种上肢康复穿戴式设备，其特征在于，用于与上位机连接，包括穿戴式设备本体，所述穿戴式设备本体上设置有：
与所述上位机无线连接的，用于检测心电信号并上传至上位机的心电检测装置；
与所述上位机无线连接的，用于检测肌电信号并上传至上位机的肌电检测装置；
所述肌电检测装置包括：
用于采集第一肌电信号、第二肌电信号和参考信号的肌电传感器；
用于接收第一肌电信号并进行放大处理的第一精密仪表放大器；
用于接收第二肌电信号并进行放大处理的第二精密仪表放大器；
用于对所述第一肌电信号和第二肌电信号分别进行输入整流的全波精密整流器；
用于对所述第一肌电信号和第二肌电信号分别进行放大的运算放大器；
用于对所述第一肌电信号和第二肌电信号分别转换为第一数字肌电信号和第二数字肌电信号的第二模数转换器；
用于分别对所述第一数字肌电信号和第二数字肌电信号进行处理的第二主控模块；
用于将所述第一数字肌电信号和第二数字肌电信号分别进行输出的输入输出接口；
用于将进行输出整流后的对所述第一数字肌电信号和第二数字肌电信号分别发送至上位机的第二无线模块；
所述第一精密仪表放大器的第一输入端接入第一肌电信号，所述第一精密仪表放大器的第二输入端接入参考信号，所述第一精密仪表放大器的第一输出端与所述全波精密整流器的第一输入端连接，所述第二精密仪表放大器的第一输入端接入第二肌电信号，所述第二精密仪表放大器的第二输入端接入参考信号，所述第二精密仪表放大器的第一输出端与所述全波精密整流器的第二输入端连接；
所述肌电传感器为肌电采集电极，所述肌电采集电极至少为三个，三个所述肌电采集电极分别为第一有源电极、第二有源电极和参考电极，所述第一有源电极和所述第二有源电极分别设置在肌肉对应的皮肤表面，所述参考电极设置在关节处；
采用一次性电极作为肌电传感器，利用肌电传感器采集肌电信号，有效减少运动伪影。
2.根据权利要求1所述的上肢康复穿戴式设备，其特征在于，所述心电检测装置包括：
用于采集心电信号的心电传感器；
用于对所述心电信号进行滤波和放大处理的信号处理器；
用于将滤波和放大之后的心电信号转换为数字心电信号的第一模数转换器；
用于对所述数字心电信号进行处理的第一主控模块；
用于将所述数字心电信号发送至上位机的第一无线模块；
所述心电传感器、信号处理器、第一模数转换器、第一主控模块及第一无线模块依次连接，所述心电传感器还通过采集电极与人体接触，所述无线模块还与所述上位机无线连接。
3.根据权利要求2所述的上肢康复穿戴式设备，其特征在于，所述心电传感器为心电采集电极，所述心电采集电极至少有两个，至少两个所述心电采集电极分别连接在人体上采集心电信号。
4.根据权利要求2所述的上肢康复穿戴式设备，其特征在于，所述第一主控模块和所述第一无线模块集成在一个模块内，型号为ESP32；所述第二主控模块和所述第二无线模块集成在一个模块内，型号为ESP32。
5.根据权利要求1所述的上肢康复穿戴式设备，其特征在于，所述第一精密仪表放大器和所述第二精密仪表放大器的型号均为AD8221。
6.根据权利要求2所述的上肢康复穿戴式设备，其特征在于，所述信号处理器的型号为BMD101。
7.根据权利要求2所述的上肢康复穿戴式设备，其特征在于，所述第一模数转换器和所述第二模数转换器的型号为BMD101。
8.一种上肢康复穿戴式生理监护系统，其特征在于，包括上位机和权利要求1-7任意一项所述的穿戴式设备，所述穿戴式设备与所述上位机无线连接，其中：
所述穿戴式设备，用于采集心电信号和肌电信号，并对所述心电信号和所述肌电信号进行处理；
所述上位机，用于将所述心电信号和肌电信号进行处理后显示相应的心电和肌电实时变化曲线。
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