CN109998886A - 基于心电控制的便携式体外反搏康复装置和康复方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于心电控制的便携式体外反搏康复装置和康复方法，其结构包括心电信号采集***、控制信号处理***以及若干组反压组件；所述反压组件包括上固定带、下固定带、弹簧吊带、传动机构吊带、传动机构、束紧带、弹簧以及牵引绳，束紧带用于包裹住待加压部位，弹簧一端固定在弹簧吊带上，另一端与束紧带的移动带条相连，用于将束紧带拉回至放松状态；牵引绳一端缠绕固定在传动机构的工字轮上，另一端与束紧带的移动带条相连，用于在电机驱动下将束紧带拉紧。本发明本发明体积小、重量轻、可穿戴在身上，且不限制患者姿态。解决了气囊式EECP装置在设计上对患者造成的不便，解放了患者姿态，并能实现更有效的加压效果。

Description

基于心电控制的便携式体外反搏康复装置和康复方法

技术领域

本发明涉及医疗康复器械技术领域，具体地说是一种基于心电控制的便携式体外反搏康复装置和康复方法。

背景技术

反搏是一种通过机械方式，调整主动脉在收缩期和舒张期血压，达到辅助心脏做功的辅助循环方法。体外反搏由于反搏效果明显且无需手术，受到医患的重视。目前第三代的体外反搏装置命名为增强型体外反搏（Enhanced External Counterpulsation，EECP），它的特点是，将患者的小腿、大腿和臀部包裹在特制气囊套内，通过检测患者心电的R波，实时判断心脏的收缩期和舒张期，从而指令气源***分时间段对各个气囊充气和排气，从而辅助静脉血液回流至心脏，使心脏的后负荷减轻。

目前增强型体外反搏已经在我国的康复中心小范围推广，在美国、欧洲也拥有一定的用户。但EECP难以向家庭用户推广，主要原因是：EECP装置的外形是病床式，体积和重量大；治疗过程中患者需要固定在床架上，活动受限；下肢的气囊套随心电快速充放气，患者整个下肢受气囊放缩的影响不断震动，体感较差。

造成这些问题的原因是：首先，气囊膨胀表面会发生弯曲，体表受到的压力变得不均匀。EECP通过气囊套增加受压面积来解决该问题，但气囊的体积也随之增加。为了使充放气的速度能满足心电控制的需求，气源***的供气气压提高，充放气管路的管径也要增加。因此整个气源***的体积变得非常臃肿。此外，气囊加压需要很好的密封性，因此在静卧状态下，才能保证最佳的供气效率。最后，气囊的膨胀方向是双向的（体内和体外），患者静卧状态下，下肢随气囊的缩放而起伏是设计本身无法避免的漏洞。因此EECP虽然是一种有效的反搏康复治疗装置，但其服务对象是医生，对患者的诉求没有充分考虑，因此在便携性和加压效率上都没有考虑充分，有巨大的提升空间。

发明内容

本发明的目的就是提供一种基于心电控制的便携式体外反搏康复装置和康复方法，以解决现有体外反搏装置体积大、便携性和应用体验差的问题。

本发明是这样实现的：一种基于心电控制的便携式体外反搏康复装置，包括心电信号采集***、控制信号处理***以及若干组反压组件；所述反压组件包括：

上固定带，用于固定在待加压部位的上端；

下固定带，用于固定在待加压部位的下端；

弹簧吊带，为竖条状结构，其上端定位于所述上固定带，其下端定位于所述下固定带，在弹簧吊带上分布有若干弹簧固定孔；

传动机构吊带，为竖条状结构，其上端定位于所述上固定带，其下端定位于所述下固定带，传动机构吊带与弹簧吊带平行设置且两者之间留有空隙，在传动机构吊带上分布有若干安装孔；

传动机构，包括设于传动机构吊带的对应安装孔内的轴承、通过连接轴与轴承内圈固定相连的工字轮以及通过联轴器与工字轮相连的电机；

束紧带，用于包裹住待加压部位，束紧带的一个侧边与传动机构吊带相连，束紧带的另一个侧边设有移动带条；

弹簧，其一端固定在弹簧吊带的对应弹簧固定孔内，另一端与束紧带的移动带条相连，用于将束紧带拉回至放松状态；

牵引绳，其一端缠绕固定在对应工字轮的凹槽内，另一端与束紧带的移动带条相连，用于在电机驱动下将束紧带拉紧。

所述若干组反压组件包括大腿部反压组件、小腿部反压组件和臀部反压组件。

所述心电信号采集***包括两个电极片、与电极片电连接的信号处理模块以及与信号处理模块相连的USB线，所述USB线与控制信号处理***相连。

所述控制信号处理***包括控制参数提取模块和控制信号发生模块，控制参数提取模块用于对采集的心电信号进行特征参数提取，并计算控制参数，控制信号发生模块用于根据控制参数给反压组件发出控制信号。

所述上固定带和下固定带均为皮带结构，在上固定带、下固定带上各自设有便于调整围度的定位扣和定位孔，在上固定带、下固定带的侧端各自设有若干吊带固定孔。

所述弹簧吊带和传动机构吊带均由双层牛皮制成，在弹簧吊带、传动机构吊带的上下端各自设有供对应固定带穿过的环扣，在环扣上设有通孔，通孔与对应的吊带固定孔对准后可通过固定件进行定位。

所述束紧带为与体表相贴合的尼龙布料制成，束紧带由两块布片拼接而成，两块布片通过魔术贴相连并可对束紧带的围度进行调整。

所述反压组件设有用于将弹簧吊带、传动机构吊带、传动机构、弹簧以及牵引绳遮挡住的外壳，在外壳上设有电机导线的引线孔，在外壳的上下端各自设有供对应固定带穿过的穿接孔，在外壳内设有供电机安放的电机槽。

本发明还提供了应用上述体外反搏康复装置的进行康复的方法，包括以下步骤：

a、将各反压组件的上固定带、下固定带和束紧带固定安置到人体的对应部位，固定时保证弹簧吊带和传动机构吊带处于拉紧状态；

b、启动心电信号采集*** ，采集人体的心电信号并将信号传输给控制信号处理***，控制信号处理***对心电信号进行处理，将心电R波分离，然后分析出心脏的舒张期和收缩期；

c、当心脏处于舒张期时，控制信号处理***根据预设指令向反压组件发出控制信号，控制电机转动，并使牵引绳缩短，从而拉动束紧带张紧，对包裹部位施压，促进血液回流至心脏；

d、当舒张期结束后，控制信号处理***控制电机反向转动到原角度，束紧带在弹簧拉力作用下回到初始放松状态，以降低在心脏收缩期的血管阻力。

本发明提供了一种基于心电作为控制信号的通过绑带加压、电驱动收放绑带调整压力的便携式反搏康复装置。其解决了气囊式EECP装置在设计上对患者造成的不便，解放了患者姿态，并能实现更有效的加压效果。

本发明体积小、重量轻、可穿戴在身上，且不限制患者姿态。其通过调整待加压部位的束紧带的周长，使束紧带张力增大，从而压迫大腿，产生反搏的效果。为了保证束紧带的周期性变化过程速度一致，采用了机械反压和电传动相结合的控制方式。束紧带的周期性受到患者本人的心电信号的控制，心电信号可以由生理采集***获得，并通过电脑上的数据分析软件进行信号分析和识别，从而获得患者心舒张期和收缩期的时间节点。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明反压组件的结构示意图。

图中：1、心电信号采集***；2、控制信号处理***；3、反压组件；11、第一电极片；12、第二电极片；13、第一导线；14、第二导线；15、信号处理模块；16、USB线；21、电脑；31、腰带；32、传动机构吊带；33、弹簧吊带；34、腿部绑带；35、工字轮；36、电机；37、牵引绳；38、束紧带；39、弹簧；40、移动带条；41、外壳；42、控制盒。

具体实施方式

下面以具体实施例详细描述本发明技术方案，本发明加压可分小腿、大腿和臀部等共5个节段进行，也可进一步细分更多节段。由于每个节段除了尺寸的差别，结构是近似的，因此下面以大腿节段的加压为例介绍本发明装置和方法。

如图1和图2所示，本发明包括心电信号采集***、控制信号处理***以及若干组反压组件；若干组反压组件具体可包括大腿部反压组件、小腿部反压组件和臀部反压组件。

心电信号采集***1的主要功能是采集患者的心电R波，用于与反搏同步。其由第一电极片11、第二电极片12、第一导线13、第二导线14、信号处理模块15以及USB线16组成。第一电极片11和第二电极片12贴在人体胸部位置并分别连接第一导线11、第二导线12，第一导线11、第二导线12的另一端与信号处理模块15连接，USB线16连接信号处理模块15与控制信号处理***2。第一电极片11、第二电极片12探测到的电信号传入信号处理模块15后，经过分析处理后输出心电信号，通过USB线16传输给控制信号处理***2。

控制信号处理***2负责对心电信号进行后期处理，提取特征参数进行病症程度的识别，并给出反压组件3的相应的控制信号。电脑21是完成信号分析的主要载体。它与信号处理模块15通过USB线16相连接受患者的实时生理信息。由Python编写的信号分析程序负责数据的分析工作。信号分析程序包括2个模块：控制参数提取模块和控制信号发生模块。控制参数提取模块对心电信号提取特征参数，计算控制参数用来指导反压调控速率。控制信号发生模块根据控制参数，并向便携式反压组件3输出控制信号。

反压组件3将计算出的策略实现。其通过调整束紧带的周长，使其结构张力增加从而产生挤压效果。束紧带由于是周向调整距离，因此采用了响应更快，同步率更高，传动更精细的电传结构。大腿部反压组件3由以下部件组成：

腰带31：相当于上固定带，负责将反压组件整体固定在腰部，通过腰带31和传动机构吊带32来支撑传动机构的重量。腰带31上设有定位扣和定位孔，可以像皮带一样束紧，使腰带不下落，可适用各种腰围人群的调整。腰带31靠近大腿外侧的方向设置了两个吊带固定孔，用来固定弹簧吊带33和传动机构吊带32。两个吊带固定孔的周向距离为60mm。

腿部绑带34：相当于下固定带，腿部绑带34和腰带31配合使用，可以拉紧弹簧吊带33和传动机构吊带32并固定其位置。腿部绑带34采用熟牛皮制作，采用扎带结构束紧。固定位置在膝盖下缘。与腰带31近似，在靠近大腿外侧位置也设计了两个吊带固定孔，与腰带31的吊带固定孔相对应，用于固定弹簧吊带33和传动机构吊带32。

传动机构吊带32：传动机构吊带32负责固定传动机构（包括工字轮35和电机36），使工字轮35在固定位置转动，保证传动结构稳定。传动机构吊带32采用双层熟牛皮制成，可以保证与人体较好贴合，拉紧时在周向也有较好的结构应力。传动机构吊带32的两端各有一个环扣，可以使腰带31和腿部绑带34穿过，并与预留的通孔对齐，使传动机构吊带32锁定位置。在固定工字轮35的位置，预留4mm的通丝，可使工字轮35和传动机构吊带32间的相对位置固定。

传动机构：包括工字轮35、电机36和轴承等，轴承可嵌入传动机构吊带32的安装孔内，工字轮35是一个工字型的滑轮结构（图2）。工字轮35平行于传动机构吊带32。工字轮35的外表面焊接一个联轴器，可以安装电机36的轴。联轴器可以将电机轴固定，使电机36转动时带动工字轮35同时旋转。电机36为步进电机，主要作用是在程序的控制下进行固定角度的顺时针转动（正转）和逆时针转动（反转），带动工字轮35的旋转，使牵引绳37拉紧和松开，从而实现束紧带38对大腿的挤压效果。

弹簧吊带33：弹簧吊带33和传动机构吊带32的结构较为类似，它的主要功能是固定弹簧39的位置，使弹簧39的拉伸长度相同，拉力维持稳定。弹簧吊带33也采用双层熟牛皮制成，两端也有环扣结构，环扣上的预留通孔可以与腰带31和腿部绑带34上的吊带固定孔对齐并固定。弹簧吊带33处于拉紧状态，从而在周向上获得较好的结构应力。在环扣之间，对应弹簧39的安装位置，设置了3个弹簧固定孔。

弹簧39：其一端固定在弹簧吊带33的对应弹簧固定孔内，另一端与束紧带38的移动带条40相连，主要作用是当电机36正转，移动带条40靠近传动机构吊带32的过程中，弹簧39会被逐渐拉紧，拉力上升。在电机36倒转时，弹簧39的弹力会辅助移动带条40回到初始位置，使束紧带38完全放松。

牵引绳37：其一端缠绕固定在对应工字轮35的凹槽内，另一端与束紧带的移动带条40相连，凹槽槽宽比牵引绳37直径略宽，这样工字轮35转动时牵引绳37恰好可以收入槽中，牵引绳37长度变短，进而拉动移动带条40。

束紧带38：束紧带38是一块与大腿表面贴合的尼龙布料，布料的上缘比下缘略宽，这样能保证布料贴合体表，产生足够均匀的压力。尼龙布料表面光滑可以减小表面摩擦阻力。束紧带38包裹大腿时，在周向上左右边缘相距40mm，并分别与移动带条40和传动机构吊带32固定连接。束紧带38可以分为两片，通过魔术贴相互连接，这样可以使束紧带38适应不同腿围，提高适体性。移动带条40是位于弹簧吊带33和传动机构吊带32之间的一条可左右移动的竖条状皮带，用双层熟牛皮制成。移动带条40左侧端面固定了束紧带38，在移动带条40的上中下各相距80mm的位置上依次固定了3条牵引绳37和3个弹簧39。束紧带38的挤压依靠电机带动移动带条40的移动拉紧来实现，并通过弹簧39使移动带条40复位。

外壳41：外壳41的设计是为了支撑电机36的重量，并稳定其位置防止电机轴倾斜以及保护内部传动机构。外壳41为硬塑料制成，外形为圆柱型壳体。其上下缘可以让腰带31和腿部绑带34穿过并固定，当腰带31和腿部绑带34束紧时可以具有较好的支撑和保护效果。在侧面上对应电机36的位置有安装槽和电机导线的引线孔。

控制盒42：其连接电脑21和电机36，负责控制电机36的角频率和动作时间。控制盒42是由单片机、直流电源组成的执行装置，可以将电脑21发出的数字信号转换为模拟电信号输送给电机36执行。

本发明装置的使用方法具体为：

装置使用前，应将腰带31和腿部绑带34分别固定在腰部和膝盖下缘，拉紧弹簧吊带33和传动机构吊带32，将束紧带38缠绕在患者大腿中部，拉紧防止产生空隙。将心电信号采集***1的第一电极片11、第二电极片12贴在患者胸口，将第一导线13和第二导线14与信号处理模块15的通讯接口相连，USB线16连接信号处理模块15与电脑21。控制盒42保持通电状态。

心电信号采集***1采集患者的心电图，并传输给控制信号处理***2。控制信号处理***2中的参数提取模块进行后期数据处理，将R波分离，从而分析出心脏的舒张期和收缩期。

当检测到舒张期开始，控制信号处理***2的控制信号发生模块会根据预设指令向反压组件3发送一组数字信号。数字信号经控制盒42接受，并转译成模拟电信号，从而控制控制盒42向电机36供电。电机36启动后，带动工字轮35正向转动，牵引绳37长度缩短，并拉动移动带条40向右侧移动。与移动带条40相连的束紧带38也随之移动，束紧带38张紧，周长小于腿围，因此产生了压力。压力的大小与电机36的转动距离成正比。因此可以提前获得牵引绳37的移动距离和压力的关系（通过在体表设置传感器测量）作为控制依据。移动带条40向右侧移动时，由于弹簧吊带33的位置已经固定，因此弹簧39会被拉长，产生与移动带条40方向相反的拉力。由于电信号的相应速度较快，电机36可以在0.1s内完成动作并维持该角度直至患者心脏舒张期结束，此时大腿静脉的血液被强迫送回心脏。

当舒张期结束，控制盒42会再次收到信号控制电机36反向转动到原角度。此时弹簧39的拉力可以加快移动带条40向左移动回到原位置。此过程也可在0.3s内完成。从而降低在心脏收缩期的血管阻力。当装置按照R波周期性动作时，即可实现与EECP近似的反搏效果。但本发明体积结构小型化，成本更低，适合家庭环境使用，患者可以从床上被解放；布料更加贴身，压力均匀，且压力更稳定，反搏效率上升。

Claims (9)

1.一种基于心电控制的便携式体外反搏康复装置，其特征是，包括心电信号采集***、控制信号处理***以及若干组反压组件；所述反压组件包括：

上固定带，用于固定在待加压部位的上端；

下固定带，用于固定在待加压部位的下端；

弹簧吊带，为竖条状结构，其上端定位于所述上固定带，其下端定位于所述下固定带，在弹簧吊带上分布有若干弹簧固定孔；

传动机构吊带，为竖条状结构，其上端定位于所述上固定带，其下端定位于所述下固定带，传动机构吊带与弹簧吊带平行设置且两者之间留有空隙，在传动机构吊带上分布有若干安装孔；

传动机构，包括设于传动机构吊带的对应安装孔内的轴承、通过连接轴与轴承内圈固定相连的工字轮以及通过联轴器与工字轮相连的电机；

束紧带，用于包裹住待加压部位，束紧带的一个侧边与传动机构吊带相连，束紧带的另一个侧边设有移动带条；

弹簧，其一端固定在弹簧吊带的对应弹簧固定孔内，另一端与束紧带的移动带条相连，用于将束紧带拉回至放松状态；

牵引绳，其一端缠绕固定在对应工字轮的凹槽内，另一端与束紧带的移动带条相连，用于在电机驱动下将束紧带拉紧。

2.根据权利要求1所述的基于心电控制的便携式体外反搏康复装置，其特征是，所述若干组反压组件包括大腿部反压组件、小腿部反压组件和臀部反压组件。

3.根据权利要求1所述的基于心电控制的便携式体外反搏康复装置，其特征是，所述心电信号采集***包括两个电极片、与电极片电连接的信号处理模块以及与信号处理模块相连的USB线，所述USB线与控制信号处理***相连。

4.根据权利要求1所述的基于心电控制的便携式体外反搏康复装置，其特征是，所述控制信号处理***包括控制参数提取模块和控制信号发生模块，控制参数提取模块用于对采集的心电信号进行特征参数提取，并计算控制参数，控制信号发生模块用于根据控制参数给反压组件发出控制信号。

5.根据权利要求1所述的基于心电控制的便携式体外反搏康复装置，其特征是，所述上固定带和下固定带均为皮带结构，在上固定带、下固定带上各自设有便于调整围度的定位扣和定位孔，在上固定带、下固定带的侧端各自设有若干吊带固定孔。

6.根据权利要求1所述的基于心电控制的便携式体外反搏康复装置，其特征是，所述弹簧吊带和传动机构吊带均由双层牛皮制成，在弹簧吊带、传动机构吊带的上下端各自设有供对应固定带穿过的环扣，在环扣上设有通孔，通孔与对应的吊带固定孔对准后可通过固定件进行定位。

7.根据权利要求1所述的基于心电控制的便携式体外反搏康复装置，其特征是，所述束紧带为与体表相贴合的尼龙布料制成，束紧带由两块布片拼接而成，两块布片通过魔术贴相连并可对束紧带的围度进行调整。

8.根据权利要求1所述的基于心电控制的便携式体外反搏康复装置，其特征是，所述反压组件设有用于将弹簧吊带、传动机构吊带、传动机构、弹簧以及牵引绳遮挡住的外壳，在外壳上设有电机导线的引线孔，在外壳的上下端各自设有供对应固定带穿过的穿接孔，在外壳内设有供电机安放的电机槽。

9.一种权利要求1~8任一所述基于心电控制的便携式体外反搏康复装置的康复方法，其特征是，包括以下步骤：

a、将各反压组件的上固定带、下固定带和束紧带固定安置到人体的对应部位，固定时保证弹簧吊带和传动机构吊带处于拉紧状态；

b、启动心电信号采集*** ，采集人体的心电信号并将信号传输给控制信号处理***，控制信号处理***对心电信号进行处理，将心电R波分离，然后分析出心脏的舒张期和收缩期；

c、当心脏处于舒张期时，控制信号处理***根据预设指令向反压组件发出控制信号，控制电机转动，并使牵引绳缩短，从而拉动束紧带张紧，对包裹部位施压，促进血液回流至心脏；

d、当舒张期结束后，控制信号处理***控制电机反向转动到原角度，束紧带在弹簧拉力作用下回到初始放松状态，以降低在心脏收缩期的血管阻力。