一种针对下肢骨折病人康复训练的足底压力测量鞋垫

摘要

本发明公开了一种针对下肢骨折病人康复训练的足底压力测量鞋垫，包括鞋垫主体和外置电路模块。鞋垫主体分为四层，上层采用柔软、抗压耐磨材料，第二层为硬质的环氧玻璃纤维板，第三层为压力传感器和相应信号调理电路的放置层，底层为厚度稍厚的钢板。压力传感器采用应变式压力传感器，结合电阻应变片，更够测量足底的压力。外置电路模块集成了数据采集与处理、显示和数据通信等功能。足底的压力值可以通过外置电路模块显示，通过智能终端可以得到更加显示的足底压力分布。该鞋垫成本低，更换方便，能够满足广大下肢骨折病患群众术后康复训练的需求。

说明书

技术领域

本发明涉及医疗领域，具体涉及一种针对下肢骨折病人康复训练的足底压力测量鞋垫。

背景技术

在临床医学上，骨折愈合过程分三个阶段：血肿机化期，这一阶段纤维连接生长需约2周；骨痂形成期，即骨折已达临床愈合阶段，此期约需2个月；骨痂塑形期，骨髓腔再通，恢复原形过程需约2年。下肢骨折病人在骨痂形成期即可用骨折肢接触地面进行康复行走训练，在进行逐渐负重行走康复训练过程中，不同阶段骨折肢所能承受的力有一定的大小限制，病人们通常会不注意也不知道自身对骨折肢的施力大小，然而施力过大会对其骨折肢造成损伤，对其康复产生视损伤情况而定的影响，轻则延长骨骼愈合时间，重则影响骨骼康复阶段的成型，导致骨骼愈合偏离了正确的愈合方向，因此需要一款将足底受力大小量化的产品，让病人直观的看到自己对足底所施加的力，从而控制施加力的大小，防止骨折肢在愈合过程中受到伤害。

在足底压力测量技术的研究中，有脚印法、足底压力扫描器、测力板及测力台、压力鞋及压力鞋垫，其中足底压力测试板、测试垫技术发展成熟，临床应用最为广泛，而可穿戴的压力鞋、压力鞋垫最为先进，但尚未得到广泛的市场应用。目前，运用最多的是鞋垫式足底压力测量技术，根据研究需要，调整压力鞋垫大小，并可以在不同种类的鞋子上进行测量，且不受空间范围的限制，测试更接近人体真实运动状态。因此压力鞋、压力鞋垫技术作为对足底压力测量的最理想方式已经成为目前研究的热点。

国外对于足底压力检测的起步较早，产品也较成熟。美国Tekscan公司所研发的F-Scan系统、比利时RSscan公司研发的footscan足底压力分布和步态分析系统，其传感器密度均达到4个/cm²。英国也开发了MUSGRAVE测力板系统，但成本高，价格昂贵。

国内所研究的足底压力检测系统尚处于起步阶段，多数足底压力检测装置尚处于试验阶段，还存在系统比较简单、设备之间配合使用性差、体积庞大等问题，距离投入商用还有一段差距；国外相对较成熟的足底压力检测系统能较好的检测足底压力，但价格较为昂贵。

目前，国内外所研究的足底压力检测装置大多都是用于足底压力分布检测或运动学分析，没有专门用于下肢骨折病人的足底压力检测装置，而下肢骨折病人数量庞大，迫切需求一款能专门用于下肢骨折病人且价格便宜足底压力检测装置。

发明内容

针对现有足底压力检测装置的不足，本发明的目的在于提供一种针对下肢骨折病人康复训练的足底压力测量鞋垫，解决广大下肢骨折病患群众术后康复训练的需求。该鞋垫价格便宜，其主要作用是：实时测量下肢骨折病人足底压力的大小，并通过智能手机终端显示出来，以便患者循序渐进地加强锻炼强度。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：一种针对下肢骨折病人康复训练的足底压力测量鞋垫，包括鞋垫主体、外置电路模块；鞋垫主体由四层结构组成：上层采用柔软的抗压耐磨材料，第二层为环氧玻璃纤维板，第三层为压力传感器和相应信号调理电路，底层为硬质底板；所述第三层包括8个压力传感器，从前到后每排两个，设置4排，压力传感器通过相应的信号调理电路与外置电路模块连接；外置电路模块实现对采集数据的处理、分析、显示。

进一步的，所述外置电路模块还包括蓝牙无线模块，实现与其余无线终端的数据传输。

进一步的，所述压力传感器为应变式压力传感器；该压力传感器为片状结构，包括：施力区、变形区、固定区；施力区和变形区合为T形结构，T形结构的横部为施力区，竖部为变形区；固定区为U形结构，该U形结构正好与施力区和变形区合为的T形结构凹凸配合，且T形结构的底部与U形结构内底部连接；施力区的上表面设置有上层垫片，固定区的下表面设置有有电阻应变片，电阻应变片下设置下层垫片。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：该鞋垫能够实时测量下肢骨折病人康复训练时的足底压力值并显示处理，同时也可以通过手机/电脑等智能终端显示出来；与同类型装置想比较该鞋垫成本极低，维修方便，能够满足广大下肢骨折病患群众术后康复训练的需求。

附图说明

图1为本发明的针对下肢骨折病人康复训练的足底压力鞋垫的分解示意图；

图2为人体秤压力传感器结构图；

图3为压力传感器模块的分解图；

图4为电阻应变片的电桥示意图；

图5为硬件系统框架图；

其中：1-鞋垫上层，2-鞋垫第二层，3-鞋垫第三层(传感器放置层)，4-鞋垫底层(钢板)，5-压力传感器的施力面，6-压力传感器的变形区，7-压力传感器的固定面，8-压力传感器模块的上层垫片，9-压力传感器，10-电阻应变片，11-压力传感器模块的下层垫片。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案等更加清晰，以下结合附图和具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解析本方明，并非为了限定本发明。

如图1所示，一种针对下肢骨折病人康复训练的足底压力测量鞋垫，其主体主要由四层结构组成：鞋垫上层1采用柔软、抗压耐磨、抗菌的材料组成，其能起到保护脚部的作用；鞋垫第二层2采用环氧玻璃纤维板，其强度和硬度都较大，能够使足底压力准确地传到压力传感器模块中；鞋垫第三层3为压力传感器和信号调理电路的放置层，在本实施例中放置了8个压力传感器模块；鞋垫底层4，采用钢板材料，能够保证鞋垫在使用过程中底部具有良好的平整性。鞋垫的第二层2和鞋垫底层4均有螺纹孔，用于安装和固定压力传感器模块。

如图2和图3所示，本实施例中的足底压力传感器属于应变式压力传感器，其尺寸为24mm×18mm×2.5mm，其靠一对与施加压力大小的剪切力使传感器变形区6产生形变。

如图3所示，本实施例中的应变电阻片10为半桥GB应变片，内部有两个可变电阻，长9.5mm，宽4.5mm。应变电阻片10通过胶粘的方式固定在压力传感器的变形区。

如图4所示，在本实施例中采取半桥电路来检测电阻的变化。R1、R2为电阻应变片的可变电阻，初始阻值都为1000欧，R3、R4为外接固定电阻，阻值为1000欧，U为电源输入端，U_BD为输出端。

如图5所示，在本实施例中的信号调理、存储、显示、无线模块和Cortex-M3处理器等集成在外置电路中。Cortex-M3处理器内置了ADC功能，兼具数据采集和处理功能。

在本实施例中，外置电路可以过程LED数码管或LCD液晶显示屏来实现整个足底压力的总和，而通过手机/电脑等智能终端可以读取各个传感器的压力数值，从而得到足底压力的分布。

以上为本发明实施例的描述，本领域的技术人员还可以对上述实施方式进行适当的修改。因此，本发明并不局限于上面描述的具体实施方式，对本发明的一些修改也应属于本发明的权利要求保护范围。此外，尽管本发明说明书中使用了一些特定术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。