促进骨折康复治疗的人工智能可穿戴装备及控制方法

摘要

本发明公开了促进骨折康复治疗的人工智能可穿戴装备及控制方法，涉及医疗康复器械技术领域，其技术方案要点是：包括充电仓和活动盖板，所述充电仓的侧壁与活动盖板的侧壁铰接，所述充电仓内设有放置槽一，所述放置槽一内设有检测刺激装置；所述活动盖板与充电仓盖合的侧壁上设有两个电极凹槽和两个充电针脚凹槽；所述活动盖板的侧壁设有电量指示灯和充电口；所述检测刺激装置包括检测块、两个放电电极块、两个接收电极块、两个充电针脚、两个电极片一、两个电极片二、条形海绵贴、信息处理装置和接地装置。该装置及控制方法不仅能通过对肌肉生理参数进行检测和分析，获得肌肉的实时状态，还能通过可控的电刺激使患者骨折端肢体康复获得。

说明书

技术领域

本发明涉及医疗康复器械技术领域，更具体地说，它涉及促进骨折康复治疗的人工智能可穿戴装备及控制方法。

背景技术

骨折手术患者的并发症包括疼痛、骨不连、关节僵硬、褥疮、下肢静脉血栓等，并发症的防治一直是创伤骨科医生未能完全解决的临床难题。

其发生与治疗及康复训练密切相关。这是因为患者卧床导致了肌肉萎缩、动静脉血流流速减慢、肺活量减少等全身性改变。科学的康复训练(包括肌肉的等长收缩和等张收缩)，对于改善血流和心肺功能、避免肌肉萎缩、促进骨折端恢复都具有良好的作用。

对于大多数骨折恢复的患者，存在对疼痛的耐受性、个体惰性等医从性不佳的原因，无法进行积极有效的肌肉锻炼；现有的肌电感应穿戴装备只能对肌电或汗液进行检测，然后将检测的数据发给医护人员，通过医护人员对患者的骨折位置进行按压锻炼，这样会大大增加医护人员的工作量，所以亟需一种可以根据患者的肌电情况来自动对患者骨折位置进行电刺激的新型个性化可穿戴装备。

发明内容

本发明的目的是提供促进骨折康复治疗的人工智能可穿戴装备及控制方法，该装置及控制方法不仅能通过对肌肉生理参数进行检测和分析，获得肌肉的实时状态，还能通过可控的电刺激促进患者骨折端肢体康复。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：促进骨折康复治疗的人工智能可穿戴装备，包括充电仓和活动盖板，所述充电仓的侧壁与活动盖板的侧壁铰接，所述充电仓内设有放置槽一，所述放置槽一内设有检测刺激装置；所述活动盖板与充电仓盖合的侧壁上设有两个电极凹槽和两个充电针脚凹槽；所述活动盖板的侧壁设有电量指示灯和充电口，所述活动盖板内设有蓄电池一；

所述检测刺激装置包括检测块、两个放电电极块、两个接收电极块、两个充电针脚、两个电极片一、两个电极片二、条形海绵贴、信息处理装置和接地装置；两个所述电极片一、两个电极片二和信息处理装置均位于检测块内；两个所述电极片一的顶部和两个所述电极片二的顶部均与检测块的顶部固定连接；两个所述放电电极块的底部与两个电极片二的顶部分别固定连接，两个所述放电电极块的顶部位于检测块的外部；两个所述接收电极块的底部与两个电极片一的顶部固定连接，两个所述接收电极块的顶部位于检测块的外部；两个所述电极片一的底部与接地装置的端部固定连接，所述信息处理装置的底部与检测块的底部固定连接，所述信息处理装置的顶部与两个充电针脚的底部固定连接，两个所述充电针脚的顶部位于检测块外部；所述检测块的底部设有放置槽二，所述接地装置位于放置槽二内；所述检测块的顶部与条形海绵贴的底部固定连接。

通过采用上述技术方案，通过在电极片一的顶部固定安装接收电极块，可以实现对患者骨折处进行表面肌电采集；通过在电极片二的顶部固定安装放电电极块，可以实现患者的骨折处进行微电刺激；通过在活动盖板内安装蓄电池一，且在活动盖板上开有充电针脚凹槽，这样可以实现盖上活动盖板后自动为检测刺激装置进行充电。

本发明进一步设置为：所述信息处理装置包括蓄电池二、处理芯片和无线传输器；所述蓄电池二与检测块的底部固定连接，两个所述充电针脚的底部与蓄电池二的顶部固定连接，所述处理芯片和无线传输器的底部均与蓄电池二的顶部固定连接。

通过采用上述技术方案，通过在检测块内固定安装处理芯片和无线传输器，不仅可以判断是否需要对患者的骨折处进行微电刺激，还能将实时情况传递到无线终端，从而达到为医护人员提供患者骨折的恢复状态信息的效果。

本发明进一步设置为：所述接地装置包括放电线、放电头、接地金属块和环形海绵贴，所述放电线的一端与电极片一的底部固定连接，所述放电线远离电极片一的端部位于放置槽二内，且所述放电线远离电极片一的端部与放电头的侧壁固定连接，所述放电头的底部与接地金属块固定连接，所述环形海绵贴与放电头的底部固定连接，且所述环形海绵贴套接于接地金属块上。

通过采用上述技术方案，将电极片一通过放电线与放电头连接，这样可以准确测量微电流，且对元器件进行保护。

本发明进一步设置为：所述接收电极块和放电电极块均为半圆柱形，且所述接收电极块与放电电极块贴合构成圆柱体。

通过采用上述技术方案，将接收电极块与放电电极块设为半圆柱形，且贴合构成圆柱体，构成的圆柱体与电极凹槽匹配，这样可以避免在盖合活动盖板时出现干涉的现象。

本发明进一步设置为：所述检测块的侧壁设有弧形抠槽。

通过采用上述技术方案，通过在检测块的侧壁开设一个弧形抠槽，这样可以便于操作者将检测块从充电仓中抠出。

一种促进骨折康复治疗的人工智能可穿戴装备的控制方法，包括以下步骤：

1)将检测块从充电仓中拿出，并贴于患者的骨折位置处，此时的检测块会与移动终端连接；

2)患者通过移动终端进行复位；

3)电极块在移动终端复位后采集表面肌电信息；

4)处理芯片每间隔0.1s采集一次电信号x(t)，并将采集的电信号x(t)进行小波变换：

其中，g(t-τ，σ)代表代表缩放的高斯窗口，S(t，f)代表在时间t＝τ处计算出的局部频谱，该频谱是通过将给定型号x(t)与t＝τ处集中的高斯窗相乘积的傅里叶变换得到的；其中：

5)计算中值频率：

其中，M

其中，f

6)通过中值频率判断肌肉是否疲劳：

当MNF＜15时，处理芯片判定肌肉已达到疲劳状态，并将疲劳信息通过无线传输器传输到移动终端，移动终端提醒患者停止对骨折部位运动；

当MNF＞15时，处理芯片判定肌肉未达到疲劳状态，移动终端显示运动量不足，处理芯片调节蓄电池二对放电电极块进行放电，对骨折部位进行微电刺激；

7)步骤6)中当MNF＞15时，进行微电刺激，同时通过步骤4)至6)实时计算MNF，当MNF＜15时，停止进行微电刺激。

通过采用上述技术方案，通过计算中值频率，可以达到准确判断肌肉是否疲劳的效果，从而判断是否需要对骨折位置进行微电刺激。

本发明具有以下有益效果：

1.通过在电极片一的顶部固定安装接收电极块，可以实现对患者骨折处进行表面肌电采集；

2.通过在电极片二的顶部固定安装放电电极块，可以实现患者的骨折处进行微电刺激；

3.通过在活动盖板内安装蓄电池一，且在活动盖板上开有充电针脚凹槽，这样可以实现盖上活动盖板后自动为检测刺激装置进行充电。

附图说明

图1是本发明实施例1中促进骨折康复治疗的人工智能可穿戴装备打开活动盖板时的俯视图；

图2是本发明实施例1中促进骨折康复治疗的人工智能可穿戴装备打开活动盖板时的正视图；

图3是本发明实施例1中促进骨折康复治疗的人工智能可穿戴装备的检测块的结构示意图；

图4是本发明实施例1中促进骨折康复治疗的人工智能可穿戴装备的检测块的仰视图；

图5是本发明实施例2中促进促进骨折康复治疗的人工智能可穿戴装备的控制方法步骤流程图。

图中：1、蓄电池一；2、活动盖板；3、放置槽一；4、充电仓；5、放电电极块；6、接收电极块；7、检测块；8、充电针脚；9、条形海绵贴；10、充电口；11、电量指示灯；12、弧形抠槽；13、电极凹槽；14、充电针脚凹槽；15、环形海绵贴；16、电极片二；17、蓄电池二；18、接地金属块；19、放电头；20、放电线；21、电极片一；22、无线传输器；23、处理芯片；24、放置槽二。

具体实施方式

以下结合附图1-4对本发明作进一步详细说明。

实施例：促进骨折康复治疗的人工智能可穿戴装备，如图1至图4所示，包括充电仓4和活动盖板2，充电仓4的侧壁与活动盖板2的侧壁铰接，充电仓4内开有放置槽一3，放置槽一3内放置有检测刺激装置；活动盖板2与充电仓4盖合的侧壁上开有两个电极凹槽13和两个充电针脚凹槽14；活动盖板2的侧壁固定安装有电量指示灯11和充电口10，活动盖板2内固定安装有蓄电池一1；

检测刺激装置包括检测块7、两个放电电极块5、两个接收电极块6、两个充电针脚8、两个电极片一21、两个电极片二16、条形海绵贴9、信息处理装置和接地装置；两个电极片一21、两个电极片二16和信息处理装置均位于检测块7内；两个电极片一21的顶部和两个电极片二16的顶部均与检测块7的顶部固定连接；两个放电电极块5的底部与两个电极片二16的顶部分别固定连接，两个放电电极块5的顶部位于检测块7的外部；两个接收电极块6的底部与两个电极片一21的顶部固定连接，两个接收电极块6的顶部位于检测块7的外部；两个电极片一21的底部与接地装置的端部固定连接，信息处理装置的底部与检测块7的底部固定连接，信息处理装置的顶部与两个充电针脚8的底部固定连接，两个充电针脚8的顶部位于检测块7外部；检测块7的底部开有放置槽二24，接地装置位于放置槽二24内；检测块7的顶部与条形海绵贴9的底部固定连接。

在本实施例中，当该装备的活动盖板2盖合时，蓄电池一1对信息处理装置进行充电，当需要使用该装备时，将活动盖板2打开，拿出检测块7，将检测装置从放置槽二24中拿出，通过条形海绵和环形海绵贴15将检测块7和放电头19均粘贴在骨折的肢体上，患者通过蓝牙连接方式将检测块7与移动终端连接，操作者可以通过在移动终端上选择监控模式，检测块7通过接收电极块6实时接收患者骨折位置的表面肌电，通过检测表面肌电，来判断患者的肌肉是否疲劳，从而判断是否需要通过放电电极块5对患者进行电刺激，从而保证患者骨折部位的运动量。

信息处理装置包括蓄电池二17、处理芯片23和无线传输器22；蓄电池二17与检测块7的底部固定连接，两个充电针脚8的底部与蓄电池二17的顶部固定连接，处理芯片23和无线传输器22的底部均与蓄电池二17的顶部固定连接。

在本实施例中，蓄电池二17能够为处理芯片23和无线传输器22进行供电，控制处理芯片23将表面肌电信息进行处理，并判断是否需要为患者的骨折部位进行微电刺激，同时可以将信息传递到无线传输装置中，无线传输装置将信息通过蓝牙方式传递到移动终端上。

接地装置包括放电线20、放电头19、接地金属块18和环形海绵贴15，放电线20的一端与电极片一21的底部固定连接，放电线20远离电极片一21的端部位于放置槽二24内，且放电线20远离电极片一21的端部与放电头19的侧壁固定连接，放电头19的底部与接地金属块18固定连接，环形海绵贴15与放电头19的底部固定连接，且环形海绵贴15套接于接地金属块18上。

在本实施例中，当检测表面肌电时，通过放电头19接地，能够提高测量准确率，同时对处理芯片23和无线传输器22进行保护。

接收电极块6和放电电极块5均为半圆柱形，且接收电极块6与放电电极块5贴合构成圆柱体。

在本实施例中，接收电极块6和放电电极块5构成圆柱体，这样可以在盖合活动盖板2时，防止活动盖板2与电极块产生干涉。

检测块7的侧壁开有弧形抠槽12。

在本实施例中，通过检测块7的侧壁开设弧形抠槽12，这样便于操作者将检测块7从充电仓4中抠出。

实施例2：促进骨折康复治疗的人工智能可穿戴装备的控制方法，包括以下步骤：

1)将检测块7从充电仓4中拿出，并贴于患者的骨折位置处，此时的检测块7会与移动终端连接；

2)患者通过移动终端进行复位；

3)电极块在移动终端复位后采集表面肌电信息；

4)处理芯片23每间隔0.1s采集一次电信号x(t0，并将采集的电信号x(t)进行小波变换：

其中，g(t-τ，σ)代表代表缩放的高斯窗口，S(t，f)代表在时间t＝τ处计算出的局部频谱，该频谱是通过将给定型号x(t)与t＝τ处集中的高斯窗相乘积的傅里叶变换得到的；其中：

5)计算中值频率：

其中，M

其中，f

6)通过中值频率判断肌肉是否疲劳：

当MNF＜15时，处理芯片23判定肌肉已达到疲劳状态，并将疲劳信息通过无线传输器22传输到移动终端，移动终端提醒患者停止对骨折部位运动；

当MNF＞15时，处理芯片23判定肌肉未达到疲劳状态，移动终端显示运动量不足，处理芯片23调节蓄电池二17对放电电极块进行放电，对骨折部位进行微电刺激；

7)步骤6)中当MNF＞15时，进行微电刺激，同时通过步骤4)至6)实时计算MNF，当MNF＜15时，停止进行微电刺激。

通过计算中值频率，可以达到准确判断肌肉是否疲劳的效果，从而判断是否需要对骨折位置进行微电刺激。

工作原理：通过在电极片一21的顶部固定安装接收电极块6，可以实现对患者骨折处进行表面肌电采集；通过在电极片二16的顶部固定安装放电电极块5，可以实现患者的骨折处进行微电刺激；通过在活动盖板2内安装蓄电池一1，且在活动盖板2上开有充电针脚凹槽14，这样可以实现盖上活动盖板2后自动为检测刺激装置进行充电。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。