TWI781681B

TWI781681B - 控制系統

Info

Publication number: TWI781681B
Application number: TW110125087A
Authority: TW
Inventors: 林政勳; 廖瓊瓔
Original assignee: 中臺科技大學
Priority date: 2021-07-08
Filing date: 2021-07-08
Publication date: 2022-10-21
Also published as: TW202302050A

Abstract

一控制系統包含一膝關節彎曲度調整器、用以儲存一抬升角設定值的資料庫以及電性連接該資料庫和該膝關節彎曲度調整器的一伺服器。伺服器從該資料庫取得該抬升角設定值，並根據取得的該抬升角設定值，控制該膝關節彎曲度調整器的角度控制機構，以調整該膝關節彎曲度調整器中用來擱置患者小腿的承載板的抬升角。藉此，便可自動調整膝關節角彎曲度。

Description

控制系統

本發明涉及一種控制系統，特別是指一種控制系統及其膝關節彎曲度調整器。

隨著老人化人口增加，膝關節的不適症日趨增多，尤其是膝關節髕骨的滑車溝角產生的病變。髕骨不穩定(unstable patella)是前膝疼的常見原因，為髕股關節常見的疾病，亦為髕骨軟骨軟化或髕股關節骨關節炎的重要病因，常見的發病機制可分為靜力因素和動力因素兩方面。以靜力因素分析，滑車溝的內、外側壁有限制髕骨側方滑移的作用，當溝角增大，即溝槽變淺或股骨髁發育不良時，髕骨即失去這種限制作用，容易發生脫位。另外，正常人髕骨的縱軸長度與髕骨韌帶長度幾乎相等，當髕骨韌帶長於髕骨時，呈髕骨高位，亦為髕骨不穩定的因素。再以動力因素分析，在於前上髂骨棘至髕骨中心點連線與髕骨中心至脛骨結節中心連線所形成的夾角，正常角度為5°至10°，若此角度大於15°，則股四頭肌收縮時產生使髕骨向外移動的分力。隨著角度的增大，向外側牽拉髕骨的分力逐漸增大，髕骨穩定性也越來越差。

為獲知患者是否具有前述髕骨不穩定之問題，目前是以X光攝影技術進行膝關節髕骨的滑車溝角測定，所謂溝角是指在髕股關節切位X線片上，自股骨髁間溝的最低點分別向內、外髁的最高點畫兩條直線，其夾角稱溝角或稱滑車面角，一般正常人的角度為126°至150°，此角度可透過病人膝關節以水平向下彎曲40°可得到最佳之解析度影像。

現有拍攝膝關節X光片的輔助器具僅供患者的腿擱置在其上，並使患者的膝關節彎曲成固定不變的角度。然而，每個患者的腿和膝關節的形狀和狀態不盡相同，因此倘若每個患者都是採用相同的膝蓋彎曲度來拍攝X光，拍攝結果未必能符合醫療上的需求。

因此，本發明的其中一目的是提供一種控制系統及其膝關節彎曲度調整器，當患者的腿放置在膝關節彎曲度調整器上時，患者的膝關節可自動地被調整成適當的彎曲角度。

本發明的另一目的在於提供一種控制系統及其膝關節彎曲度調整器，當控制系統搭配X光機使用時，藉由將患者的膝關節調整成適當的彎曲度，可使得拍攝膝關節獲得的X光影像的內容更符合醫療上的需求。

為了達到上述或其他的目的，本發明根據一實施例提供的一種膝關節彎曲度調整器包含：一承載板，用以供擱置一患者的一小腿；一支撐座，樞接該承載板，用以支撐該承載板；一角度控制機構，連接該支撐座和該承載板，用以調整該承載板的抬升角；以及一控制器，電性連接該角度控制機構，用以根據一抬升角設定值，控制該角度控制機構來調整該承載板的該抬升角，以調整該患者的該膝關節的該彎曲度。

本發明根據一實施例提供的一種控制系統，包含：上述的膝關節彎曲度調整器；一資料庫，用以儲存該抬升角設定值；以及一伺服器，電性連接該資料庫和該膝關節彎曲度調整器的該控制器，用以從該資料庫取得該抬升角設定值，並根據取得的該抬升角設定值，控制該膝關節彎曲度調整器的該角度控制機構。

在另一實施例的控制系統中，該承載板包含一板體和連接該板體的一伸縮機構，該板體用以供擱置該患者的該小腿，該伸縮機構電性連接該控制器，該控制器透過該伸縮機構控制該板體的伸縮。

在又一實施例的控制系統，該資料庫更儲存多筆板體長度設定值，各該板體長度設定值分別對應一小腿長度值，當該伺服器取得該患者的一小腿長度值時，該伺服器根據該患者的該小腿長度值，從該資料庫取得對應的該板體長度設定值，並根據取得的該板體長度設定值，控制該膝關節彎曲度調整器的該伸縮機構。

在再一實施例的控制系統中，該支撐座包含一支架體和連接該支架體的一升降機構，該支架體樞接該承載板且用以支撐該承載板，該升降機構電性連接該控制器，該伺服器透過該控制器控制該升降機構調整該支架體的高度，從而調整該支撐板的高度。

在再一實施例的控制系統中，該控制系統更包含一X光機和一顯示器，該X光機和該顯示器電性連接該伺服器，該X光機用以受控於該伺服器，以對該患者的該膝關節拍攝一X光影像，並傳送至該伺服器，該伺服器將該X光影像顯示於該顯示器。

在再一實施例的控制系統中，該抬升角設定值是由該伺服器根據該患者的一身高值和一股四頭肌角度的至少其中之一從該資料庫取得的，並且該身高值和該股四頭肌角度的至少其中之一與該抬升角設定值的對應關係儲存於該資料庫。

在再一實施例的控制系統中，該資料庫更儲存一抬升角預設值，當該伺服器無法根據該患者的該身高值和該股四頭肌角度的至少其中之一取得對應的該抬升角設定值時，該伺服器從該資料庫取得該抬升角預設值，並根據該抬升角預設值，控制該膝關節彎曲度調整器的該角度控制機構。

本發明根據另一實施例提供的膝關節彎曲度調整器中，該承載板包含一板體和連接該板體的一伸縮機構，該板體用以供擱置該患者的該小腿，該伸縮機構電性連接該控制器，該控制器透過該伸縮機構控制該板體的伸縮。

本發明根據再一實施例提供的膝關節彎曲度調整器中，該支撐座包含一支架體和連接該支架體的一升降機構，該支架體樞接該承載板且用以支撐該承載板，該升降機構電性連接該控制器，該控制器透過該升降機構調整該支架體的高度，從而調整該支撐板的高度。

1:控制系統

10:膝關節彎曲度調整器

110:控制器

120:承載板

121:板體

122:伸縮機構

130:支撐座

131:支架體

132:升降機構

140:角度控制機構

20:伺服器

30:資料庫

40:輸入模組

50:顯示器

2:X光機

3:患者

4:診療床

5:影像板

α:抬升角

θ1,θ2:夾角

在結合以下附圖研究了詳細描述之後，將發現本發明的其他方面及其優點：圖1為根據本發明一實施例的搭配X光機使用的控制系統的方塊圖；圖2為根據本發明一實施例之控制系統搭配X光機使用時的使用狀態圖；以及圖3為根據本發明另一實施例之具有X光機的控制系統的方塊圖。

在下面的詳細描述中，闡述了許多具體細節以便提供對本發明的透徹理解。但是，本領域普通技術人員將理解，可以在沒有這些具體細節的情況下實踐本發明。在其他情況下，沒有詳細描述眾所周知的方法，過程和/或元件，以免使本發明不清楚。

請參考圖1和圖2，本發明所提供的一種控制系統1是適於搭配一X光機2來使用。控制系統1包含一膝關節彎曲度調整器10、一伺服器20、至少一資料庫30、一輸入模組40和一顯示器50。伺服器20電性連接X光機2、膝關節彎曲度調整器10、至少一資料庫30、輸入模組40和顯示器50。

在本實施例中，膝關節彎曲度調整器10包含一控制器110、一承載板120、一支撐座130和一角度控制機構140。承載板120包含一板體121和連接板體121的一伸縮機構122。板體121可伸縮，且用以供一患者3擱置其小腿31。伸縮機構122電性連接控制器110，因此控制器110可控制伸縮機構122調整板體121的伸縮程度，使板體121的長度符合患者3的小腿31的長度。支撐座130具有升降功能，包含一支架體131和連接支架體131的一升降機構132。支架體131樞接板體121的一端(即樞接端)，而板體121的相對另一端可為自由端。支架體131用以支撐板體121且可伸縮。升降機構132電性連接控制器110，因此控制器110可控制升降機構132調整支架體131的高度，從而調整支撐板120之樞接端的高度。角度控制機構140連接承載板120和支撐座130。角度控制機構140電性連接控制器110，因此控制器110可控制角度控制機構140調整承載板120的抬升角α。這裡的抬升角α是指支撐板120與支架體131中垂直於地平線的部分的夾角，因此改變抬升角α便可調整患者3的膝關節32的彎曲度。

上述的至少一資料庫30可實現於伺服器20的一或多個記憶體(未繪示)，也就是說在安裝控制系統1時，可透過伺服器20的處理器(未繪示)在伺服器20的記憶體中建立資料庫30。資料庫30可例如但不限於儲存多筆不同的抬升角設定值，各個抬升角設定值對應至少一身高值和至少一股四頭肌角度(Q angle)的至少其中之一，並且身高值和股四頭肌角度的至少其中之一與抬升角設定值的對應關係也儲存於資料庫30，因此伺服器20的處理器可根據患者的身高值和四頭肌角度的至少其中之一，從資料庫30取得對應的抬升角設定值，並根據取得的抬升角設定值，透過控器器110控制膝關節彎曲度調整器10的角度控制機構140，使角度控制機構140調整承載板120的抬升角α。藉此，便可調整患者3的膝關節32的彎曲度。

資料庫30可更儲存一抬升角預設值。當伺服器20的處理器無法根據患者3的身高值和股四頭肌角度的至少其中之一取得對應的抬升角設定值時，伺服器20的處理器便可從資料庫30取得抬升角預設值，並根據抬升角預設值，控制膝關節彎曲度調整器10的角度控制機構140，使角度控制機構140調整承載板120的抬升角α。

此外，資料庫30還可儲存多筆不同的板體長度設定值，各板體長度設定值分別對應有至少一小腿長度值，並且板體長度設定值與至少一小腿長度值的對應關係可儲存於資料庫30，因此當伺服器20取得患者3的小腿長度值時，伺服器20的處理器可根據此患者3的小腿長度值，從資料庫30取得對應的板體長度設定值，並根據取得的板體長度設定值，透過膝關節彎曲度調整器10的控器器110控制伸縮機構122，使伸縮機構122調整承載板120的伸縮。藉此，承載板120的長度便可提供更好的支撐性給此患者3。

上述患者3的身高值、股四頭肌角度和小腿長度值可經由醫療人員現場量測獲得，醫療人員也可進一步透過輸入模組40，將量測獲得的身高值、股四頭肌角度和小腿長度值記錄於此患者3的病歷中，而患者3的病歷可儲存於資料庫30，以供後續查找使用。輸入模組40可例如但不限於包含滑鼠、鍵盤、讀取機、觸控面板或其任一組合。並且，在一些實施例中，觸控面板可與顯示器50的顯示面板整合成一觸控顯示面板。

在實際應用上，本發明的控制系統1可搭配一X光機2來拍攝患者3的膝關節32的X光影像，如圖1和2所示，伺服器20的處理器電性連接X光機2。首先，醫療人員可先讓患者3躺在診療床4上，小腿31擱置在承載板120上，並在承載板120上的適當位置(例如但不限於距離膝關節32三十公分的位置)放置一影像板(Image plate，IP)5。影像板5與承載板120的夾角θ1較佳是在大約40度。接著，可透過輸入模組40直接輸入此患者3的身高值和股四頭肌角度的至少其中之一與小腿長度值給伺服器20的處理器，或者透過輸入模組40操控伺服器20的處理器從資料庫30中取得此患者3的身高值和股四頭肌角度的至少其中之一與小腿長度值。

當伺服器20的處理器取得此患者3的身高值和股四頭肌角度的至少其中之一時，可根據身高值和股四頭肌角度的至少其中之一，從資料庫30中搜尋出對應的抬升角設定值，並根據搜尋出的抬升角設定值，透過控制器110控制角度控制機構140調整承載板120的抬升角α，使患者3的膝關節32彎曲成適合拍攝X光影像的角度。當伺服器20的處理器取得此患者3的小腿長度值時，可根據此患者3的小腿長度值，從資料庫30中搜尋出對應的板體長度設定值，並根據搜尋出的板體長度設定值，透過控器器110 控制伸縮機構122調整承載板120的伸縮，使承載板120的長度符合患者3的需求。

然後，醫療人員可透過輸入模組40操控X光機2對患者3的膝關節32進行X光影像的拍攝。X光機2的拍攝方向與水平線的夾角θ2較佳是大約30度。拍攝獲得的X光影像會傳至伺服器20，伺服器20則進一步將此X光影像顯示於顯示器50上，供醫療人員參考。

倘若此次拍攝獲得的X光影像中所呈現之膝關節的彎曲度或方位經醫療人員判斷是不理想時，醫療人員可採用手動的方式調整承載板120的抬升角α，或者透過輸入模組40手動設定抬升角設定值的方式調整承載板120的抬升角α。手動調整的抬升角α可經由控制器110回饋至伺服器20的處理器，從而被處理器記錄於資料庫30；而手動設定的抬升角設定值則可直接由伺服器20的處理器記錄於資料庫30，以作為後續人工智慧調配關聯於抬升角設定值之對應關係的參考。

雖然上述的X光機2是設置在控制系統1之外，但本發明並不限於此。在其他實施例中，如圖3所示，X光機2也可以是控制系統1的一部分。

雖然上述膝關節彎曲度調整器10的實施例是以可伸縮的承載板120搭配可升降的支撐座130來舉例說明，然而本發明並不限於此範例。在其他實施例中，也可考慮採用可伸縮的承載板120搭配無升降功能的支撐座130，也就是支架體131不可伸縮，且支撐座130省略設置升降機構132；或者，也可考慮採用無伸縮功能的承載板120搭配具升降功能的支撐座130，也就是板體121不可伸縮，且承載板120省略設置伸縮機構122；或者，也可考慮採用無伸縮功能的承載板120搭配無升降功能的支撐座130，也就是板體121和支架體131皆不可伸縮，承載板120省略設置伸縮機構122，同時支撐座130省略設置升降機構132。

雖然本發明以前述之實施例揭露如上，然而這些實施例並非用以限定本發明。在不脫離本發明之精神和範圍內，所為之更動、潤飾與各實施態樣的組合，均屬本發明之專利保護範圍。關於本發明所界定之保護範圍請參考所附之申請專利範圍。