CN107951487A - 一种辅助握力球康复训练的多参数采集*** - Google Patents

一种辅助握力球康复训练的多参数采集*** Download PDF

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Abstract

本发明提出一种辅助握力球康复训练的多参数采集***，包括控制模块，还包括与所述控制模块相连接的蓝牙模块和信号采集模块，所述蓝牙模块还与显示模块相连接，电源模块分别连接信号采集模块、控制模块和蓝牙模块；所述信号采集模块包括握力采集单元、表面肌电采集单元和手指弯曲度采集单元。本发明提出能够将采集手套穿戴于病患手部，通过信号采集模块采集手部和上肢肌肉的相关数据，采集到的数据在控制模块的处理下，通过蓝牙通信模块传送到显示模块进行显示和存储，通过此***能够准确，客观的对握力球康复训练效果进行评价，对训练负荷进行定量的研究。

Description

一种辅助握力球康复训练的多参数采集***
技术领域
本发明涉及医疗领域，尤其涉及到一种辅助康复握力球训练的握力、表面肌电、手指弯曲度采集***。
背景技术
脑卒中患者上肢运动功能的恢复主要依赖康复治疗，康复期间握力的检测能为康复疗法提供最直接的反馈信息，完善治疗方法。林妙君等在做靴型吊带悬挂配合握力球训练治疗桡骨远端骨折术后肢体肿胀的研究中，通过让患者在传统康复手段基础上配合握力球进行手指的主动运动，发现辅以握力训练可以加快患者侧肢体的恢复进度。然而一般的康复握力球不具备握力显示功能，医生在病患康复过程中只能通过患者的主观感受和训练效果进行定性评估。通过显示患者使用握力球时，手部不同位置的压力数值，将为医生客观的对握力球康复训练效果进行评价，对训练负荷进行定量的研究提供可能。(林妙君，温国仪.靴型吊带悬挂配合握力球训练消除桡骨远端骨折术后肢体肿胀的效果观察[J].天津护理，2012.20(1)：10-11.)
徐友康等在其智能化手功能评定***检测脑卒中患者上肢功能测试中发现，精确测定患者手握力、捏力及夹指压力，并通过与常规功能评定量表做相关性研究，可以对患者上肢功能进行客观、精确和量化的评定。然而研究中所用仪器测力器在测试抓握时，对于钩状抓握不能很好地测量，无法精确的反应各种抓握力。(徐友康，路微波.智能化手功能评定***用于脑卒中患者手功能评定的可信性分析[J].中国康复医学杂志，2015.30(6)：572-575.)
表面肌电信号是一种无创评价肌肉活动的检测方法，因其兼备无创性、实时性、操作简单等优点，因而在临床医学的神经肌肉疾病诊断、康复医学领域的肌肉功能评价等方面均有重要的实用价值。侯文生等在握力大小与前臂肌肉表面肌电活动模式的相关性研究中发现，握力水平与肌肉活动模式具有相关性，这标明通过表面肌电信号的特征值，不但可以预测握力大小，还可用于运动功能预测以及康复评价。(侯文生，许蓉.握力大小与前臂肌肉表面肌电活动模式的相关性研究[J].航天医学与医学工程，2007.20(4)：264-268.)
传统的上肢康复过程中，医生往往需要对照握力和肌电以及手指弯曲度数据进行评估，而其检测常常是分别进行的，这样会造成：无法获取时间轴匹配的握力、肌电以及手指弯曲度信号，这给正确和恰当判断上肢肌肉的康复情况造成了障碍。(夏唯一.握力和肌电检测装置：中国，201610311479.X[P].2016.10.26)
现有的握力球康复训练，医生仅能通过患者的主观感受和训练效果进行定性评估，缺乏相应的握力数值，为其上肢康复状态评估、后期康复进度安排提供可靠精确的定量分析依据。医生在传统的病患握力、肌电以及手指弯曲度检测过程中，因检测往往是分别进行，而无法获取时间轴匹配的握力、肌电以及手指弯曲度信号，这给正确和恰当判断上肢肌肉的康复造成了障碍。
因此，我们有必要对这样一种情况进行改善，以克服上述缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种辅助康复握力球训练的多参数采集***，信号采集的主体部分采用手套式结构。该***比较全面实时的采集了握力球康复训练评价所需的参数。可以专门用于采集患者进行握力球康复训练时的握力大小，同时记录相应的表面肌电信号以及手指弯曲度数据，另外还可根据需求通过改变压力传感器的位置测得相应康复过程中的其他抓握力。脑卒中患者等病人在上肢康复的握力球训练过程中，通过穿戴该数据采集手套，可以获得时间轴匹配的握力、表面肌电以及手指弯曲度的数据，这为之后医生进行更加精确精准的康复评估和康复计划定制提供了可能。通过此***能够准确，客观的对握力球康复训练效果进行评价以及定量的研究。
本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种辅助握力球康复训练的多参数采集***，包括控制模块，还包括与所述控制模块相连接的蓝牙模块和信号采集模块，所述蓝牙模块还与显示模块相连接，电源模块分别连接信号采集模块、控制模块和蓝牙模块；
所述信号采集模块设置于手套内，所述信号采集模块包括握力采集单元、表面肌电采集单元和手指弯曲度采集单元；所述握力采集单元包括四个压力传感器，四个压力传感器分别安装于手套内部解剖学姿势掌侧的中指浅屈肌、拇短屈肌、拇收肌以及小指短屈肌处；所述表面肌电采集单元包括七个表面电极，其中一个表面电极为放置在生物电信号的人体组织表面的表面参考电极，其余六个表面电极分别设置于指浅屈肌、掌长肌、桡侧腕长伸肌、桡侧腕短伸肌、尺侧腕伸肌以及总伸肌的肌腹处；所述手指弯曲度采集单元包括五个弯曲传感器，分别安装在手套内部解剖学姿势背侧的食指、中指、无名指、小指掌指关节和远离指间关节之间的位置以及大拇指对应的掌指关节与指尖之间的位置。
进一步的，所述压力传感器为薄膜式压力传感器，所述薄膜式压力传感器的厚度为0.1mm-0.2mm；
所述薄膜式压力传感器敏感区的表面覆盖有与敏感区同样尺寸的圆形垫片。
进一步的，所述信号采集模块还包括用于将采集到的病患的上肢力学信号、表面肌电信号以及手指弯曲度数据通过放大、滤波以及模数转换的处理送入控制模块的信号调理模块。
进一步的，所述薄膜式压力传感器通过传感器垫片固定于所述手套内。
进一步的，所述弯曲传感器为柔性弯曲度传感器，所述弯曲传感器的角度衡量范围为-15度至60度。
进一步的，所述控制模块设置于手套的背面；所述手套的手掌部位为硅胶材料，手套其余部分进行表面乳胶喷涂处理，喷涂厚度为0.3cm。
病患进行握力球康复训练，利用该***采集病患训练过程中手与康复握力球的表面接触压力信号、前臂的表面肌电信号，手指的弯曲角度信号，将采集到的数据传入计算机，通过软件对数据进行显示和存储，从而向医生提供实时准确的握力球康复训练的参数数据。
该***是一套专门用于病患进行握力球康复训练的多参数、多通道数据采集***，通过采集病患进行握力球康复训练过程中，病患手与康复握力球的表面接触压力信号、前臂的表面肌电信号，手指的弯曲角度信号，通过信号调理电路传递给控制模块，经蓝牙模块传入计算机进行数据显示和存储。该***比较全面实时的采集了握力球康复训练评价所需的参数。通过此***能够准确，客观的对握力球康复训练效果进行评价，对训练负荷进行定量的研究。
本发明的优点在于：
与现有技术相比，本发明提出的一种辅助握力球康复训练的多参数采集***能够将采集手套穿戴于病患手部，通过信号采集模块采集手部和上肢肌肉的相关数据，采集到的数据在控制模块的处理下，通过蓝牙通信模块传送到显示模块进行显示和存储。获得了与时间轴匹配的握力、表面肌电以及手指弯曲度的数据，为之后医生进行更加精确精准的康复评估和康复计划定制提供了可能；量化的数据及其更加直观的呈现方式，提高了患者康复训练的积极性，有助于加快患者的康复速度。该***比较全面实时的采集了握力球康复训练评价所需的参数。通过此***能够准确，客观的对握力球康复训练效果进行评价，对训练负荷进行定量的研究。
附图说明
图1是本发明提出的一种辅助握力球康复训练的多参数采集***的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合图示与具体实施例，进一步阐述本发明。
如图1所示，本发明提出的一种辅助康复握力球训练的多参数采集***主要有以下几个模块：1)信号采集模块，连接控制模块，用于采集病患进行握力球康复训练时的握力、表面肌电以及手指弯曲度相应的信号和数据，并进行放大、滤波以及模数转换等处理；2)控制模块，连接上述信号采集模块以及蓝牙模块，用于接收上述信号并进行处理与转换，得到可识别的握力、表面肌电以及手指弯曲度的数值；3)蓝牙模块，分别与控制模块、显示模块连接，用于两模块间的数据传输；4)显示模块，连接蓝牙模块，用于获取上述测得的数据并进行显示和存储，可供医生进行进一步操作；5)电源模块，连接信号采集模块、控制模块以及蓝牙模块，用于提供各模块的工作电压。
进一步，所述信号采集模块采用手套式结构，其中包括：
握力采集单元，是握力测量装置，用于采集病患进行握力球康复训练时的握力大小，并对压力信号进行放大和模数转换，输出能够反映病患此时产生的握力情况的特征参数到控制模块，与控制模块相交互；
表面肌电采集单元，是表面肌电信号测量装置，用于采集病患同步的上肢表面肌电信号，并对肌电信号进行放大和滤波的预处理，输出能够反映病患上肢肌肉群此时产生的表面肌电情况的特征参数到控制模块，与控制模块相交互；
手指弯曲度采集单元，是手指弯曲度测量装置，用于采集病患同步的手指弯曲度数值，并对信号进行放大和模数转换，输出能够反映病患此时因手指弯曲产生的弯曲情况的特征参数到控制模块，与控制模块相交互；
进一步，所述握力采集单元包括四个压力传感器，所述压力传感器为薄膜式压力传感器，分别安装在手套内部解剖学姿势掌侧的中指浅屈肌、拇短屈肌、拇收肌、小指短屈肌处，并可根据具体康复训练测试内容，增减所述压力传感器的数量以及改变其分布位置。所述表面肌电采集单元包括七个表面电极，其中一个为表面参考电极，放置在无生物电信号的人体组织表面。其他放置的位置分别为指浅屈肌、掌长肌、桡侧腕长伸肌、桡侧腕短伸肌、尺侧腕伸肌及指总伸肌的肌腹处。实际应用时可按医生需求进行通道数的扩展或删减。所述手指弯曲度采集单元包括五个弯曲传感器，分别安装在手套内部解剖学姿势背侧的食指、中指、无名指、小指掌指关节和远端指间关节之间的位置以及大拇指对应的掌指关节与指尖之间的位置。
进一步，所述信号采集模块还包括信号调理模块，用于将采集到的病患的上肢力学信号、表面肌电信号以及手指弯曲度数据通过放大、滤波、模数转换等处理送入控制模块。
进一步，所述控制单元为具有数据存储和处理功能的芯片，例如单片机STC89C52，所述的控制模块将信号采集模块传输来的上肢力学信号、表面肌电信号以及手指弯曲度数据处理后，通过蓝牙通信模块与显示模块相连。
进一步，所述显示模块可向医生和患者实时、动态地显示定量上肢力学信号、表面肌电信号以及手指弯曲度数据。
作为优选，本发明采用了一种有机材料制成的薄膜式压力传感器(RFP601-20kg，宇博智能科技有限公司)，该薄膜式压力传感器可以将所受压力的变化信息转换成电阻阻值的变化信息。这种传感器厚度仅为0.1mm-0.2mm，且柔性很好，因而为测量手部与握力球之间的压力创造了更好的条件。与以往传统的测量方法相比，这是一种经济，高效，精确，快速，直观，方便的压力分布测量工具。因此本发明将其用于直接测量握力球康复训练过程中的握力变化。
作为优选，所述薄膜式压力传感器敏感区的表面覆盖有与敏感区同样尺寸的圆形垫片。
传感器垫片作为与薄膜式压力传感器直接接触的结构将所述传感器固定，在病患进行握力球康复训练时，保证了薄膜压力传感器敏感区受压均匀，也保证了接触性。同时使薄膜式压力传感器不易对手指动作造成干扰，垫片也可以对传感器形成保护，延长康复手套的使用寿命。
作为优选，本发明采用了一种有机材料制成的柔性弯曲度传感器(RFP弯曲传感器，宇博智能科技有限公司)，该柔性角度传感器可以将角度变化信息转换成电阻阻值变化信息，它的角度衡量范围为-15度到60度，弯曲寿命大于100万次，因此本发明将其用于直接测量各手指近端指间弯曲度变化。
作为优选，所述控制模块设置在手套本体的背面手背处。控制模块设置在手套本体的背面可以使采集手套的整体结构更加紧凑，同时，设置在采集手套的背面手背处，也可以避免控制模块对手指的张开和握拢造成干扰。
作为优选，所述表面肌电采集单元中的表面电极与控制模块之间的连接方式为可拆卸连接。医生将表面电极贴在病患康复训练所用侧手臂的各个肌群的肌腹处后，再将电极与控制模块相连接，方便电极粘贴的操作。
作为优选，所述手套手掌部位为硅胶材料，其余部分进行了表面乳胶喷涂处理，喷涂厚度为0.3cm。进行握力球康复训练的病患大多抓力达不到正常水平，掌部采用硅胶材质，增加了病患的手掌握持力，而且增加了抗撕裂性、耐磨性以及灵活性，方便病患在训练前将球体调整至舒适位置，防止滑落。乳胶喷涂处理提高了***的电气性能和机械性能，有效避免人体产生的静电对***造成破坏，防止由于静电造成的电子元器件的损坏和老化。
该***是一套专门用于病患进行握力球康复训练的多参数、多通道数据采集***，通过采集训练过程中病患手与康复握力球的表面接触压力信号、前臂的表面肌电信号，手指的弯曲角度信号，通过信号调理电路传递给单片机STC89C52，经模数转换和代换后通过蓝牙模块输入计算机进行数据显示和存储，显示模块所用软件为基于LabVIEW 2010自行开发。
该***所用手套手掌部位为硅胶材料，其余部分进行了表面乳胶喷涂处理，喷涂厚度为0.3cm。将型号为RFP 601-20kg的薄膜式压力传感器贴附在手套内部解剖学姿势掌侧的中指浅屈肌、拇短屈肌、拇收肌、小指短屈肌处，连接压力传感器信号调理电路，再连接单片机STC89C52，通过蓝牙模块连接计算机；将表面肌电信号的调理模块中的肌电放大器增益设置在2000，高通滤波器设置在1Hz，低通滤波器设置在100Hz，用酒精和生理盐水擦拭皮肤表面，然后再将6个一次性贴片电极贴附在指浅屈肌、掌长肌、桡侧腕长伸肌、桡侧腕短伸肌、尺侧腕伸肌及指总伸肌的肌腹处，另外将1个一次性贴片电极贴附在无生物电信号的人体组织表面，作为表面参考肌电。用屏蔽电缆线连接电极与表面肌电信号调理模块、用导线连接表面肌电信号调理模块与单片机STC89C52；将型号为RFP的弯曲传感器分别贴附在手套内部解剖学姿势背侧的食指、中指、无名指、小指掌指关节和远端指间关节之间的位置以及大拇指对应的掌指关节与指尖之间的位置，连接弯曲度传感器信号调理电路，再通过导线连接到单片机STC89C52。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (6)

1.一种辅助握力球康复训练的多参数采集***，包括控制模块，其特征在于：还包括与所述控制模块相连接的蓝牙模块和信号采集模块，所述蓝牙模块还与显示模块相连接，电源模块分别连接信号采集模块、控制模块和蓝牙模块；
所述信号采集模块设置于手套内，所述信号采集模块包括握力采集单元、表面肌电采集单元和手指弯曲度采集单元；所述握力采集单元包括四个压力传感器，四个压力传感器分别安装于手套内部解剖学姿势掌侧的中指浅屈肌、拇短屈肌、拇收肌以及小指短屈肌处；所述表面肌电采集单元包括七个表面电极，其中一个表面电极为放置在生物电信号的人体组织表面的表面参考电极，其余六个表面电极分别设置于指浅屈肌、掌长肌、桡侧腕长伸肌、桡侧腕短伸肌、尺侧腕伸肌以及总伸肌的肌腹处；所述手指弯曲度采集单元包括五个弯曲传感器，分别安装在手套内部解剖学姿势背侧的食指、中指、无名指、小指掌指关节和远离指间关节之间的位置以及大拇指对应的掌指关节与指尖之间的位置。
2.根据权利要求1所述的一种辅助握力球康复训练的多参数采集***，其特征在于：所述压力传感器为薄膜式压力传感器，所述薄膜式压力传感器的厚度为0.1mm-0.2mm；
所述薄膜式压力传感器敏感区的表面覆盖有与敏感区同样尺寸的圆形垫片。
3.根据权利要求1所述的一种辅助握力球康复训练的多参数采集***，其特征在于：所述信号采集模块还包括用于将采集到的病患的上肢力学信号、表面肌电信号以及手指弯曲度数据通过放大、滤波以及模数转换的处理送入控制模块的信号调理模块。
4.根据权利要求2所述的一种辅助握力球康复训练的多参数采集***，其特征在于：所述薄膜式压力传感器通过传感器垫片固定于所述手套内。
5.根据权利要求1所述的一种辅助握力球康复训练的多参数采集***，其特征在于：所述弯曲传感器为柔性弯曲度传感器，所述弯曲传感器的角度衡量范围为-15度至60度。
6.根据权利要求1所述的一种辅助握力球康复训练的多参数采集***，其特征在于：所述控制模块设置于手套的背面；所述手套的手掌部位为硅胶材料，手套其余部分进行表面乳胶喷涂处理，喷涂厚度为0.3cm。
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