一种用于下肢骨折后康复锻炼的压力监测系统和使用方法与流程

1.本发明涉及医疗领域，特别是涉及一种用于下肢骨折后康复锻炼的压力监测系统和使用方法。


背景技术：

2.下肢骨折在交通事故、运动损伤甚至骨质疏松病人中为常见的骨折，由于缺乏合适的压应力监测装置导致康复过程长、康复效果差，严重影响了患者的康复质量。因此，掌握预防措施，解决大部分患者因为身体的疼痛以及对负重锻炼效果的疑惑而导致的术后早期不愿意主动接受康复训练，缩短骨骼痊愈时间、避免上述并发症状的发生，保证骨折手术的完整性，是骨科学及康复领域面临的技术难题。由于其治疗成本高、周期长，术后康复过程受限于固定场所，这给人们的日常生活和工作学习带来极大的不便。因此，为帮助下肢术后患者尽快恢复，对其进行在院和离院式的术后康复训练有着迫切需求。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于，提供一种用于下肢骨折后康复锻炼的压力监测系统和使用方法，以辅助医生进行患者术后康复方案的制定，缩短下肢骨折术后患者的骨骼痊愈时间，避免术后并发症发生。
4.为解决上述技术问题，本发明提供一种用于下肢骨折后康复锻炼的压力监测系统，包括：
5.智能鞋垫：用于进行患者足底多位置压力的智能检测；
6.移动端app：与智能化鞋垫无线通信连接，用于进行患者自身相关信息的导入、患者压力数据的智能采集及数据的远程传输，同时支持患者以自然语言形式表达的症状描述，并进行标准化和结构化，满足医患双方实时数据互动。
7.云平台：与移动端app无线通信连接，用于进行数据的云端存储、数据周期性的模型学习以及数据的分析对比，以进行下肢骨折术后患者压应力检测指标和合适的力学环境体系的构建及提出干预方案建议。
8.web应用端：用于进行云平台的web端登入，以进行医患双方的数据互动及医生为患者制定科学规范的康复方案。
9.进一步的，所述云平台通过rest api与所述移动端app通信连接。
10.进一步的，所述智能鞋垫包括垫体，所述垫体内设置有压力检测模块，且所述垫体内还设有与压力检测模块电连接的mcu模块以及分别与mcu模块电连接的蓝牙模块、系统电源模块、电量检测模块、充电电路模块、电池保护模块和调试接口模块。
11.进一步的，所述压力检测模块依次通过信号放大器、a/d转换器和滤波处理器与所述mcu模块串口连接。
12.进一步的，所述压力检测模块包括三个压力传感器，三个所述压力传感器位于所述垫体内对应人体脚部足跟区、第一跖骨头和第五跖骨头位置处。
13.本发明还提供一种用于下肢骨折后康复锻炼的压力监测系统的使用方法，包括如下步骤：
14.s1、足部多点压力检测：患者对智能鞋垫进行穿戴，进行足部多点压力数据的检测；
15.s2、患者信息采集：患者登录移动端app，与智能鞋垫进行蓝牙配对，并进行个人相关信息的编辑，移动端app接收智能鞋垫检测的压力数据进行数据折线图的实时展示；
16.s3、压应力检测指标和合适的力学环境体系构建：云平台接收患者压力数据及个人相关信息将其存入数据库且周期性进行数据库的模型学习并结合医生的经验知识进行压应力检测指标和合适的力学环境体系的构建；
17.s4、干预方案建议生成：云平台进行数据库历史数据的数据分析及患者压力数据与历史数据的对比，并根据构建的压应力检测指标和合适的力学环境体系提出干预方案建议。
18.s5、康复方案制定：医生通过web应用端登入云平台，与患者进行沟通交流，并结合干预方案建议制定康复方案。
19.进一步的，在步骤s3中，所述模型学习的具体步骤为：
20.s31、将患者的个人相关信息作为随机变量；
21.s32、采用马尔科夫随机场构建出压力信号与随机变量数值之间的马尔科夫网络；
22.s33、对数据库中存储的前期康复良好的患者数据进行训练，实现马尔科夫网络的参数估计和学习，初步形成个人相关信息对理想压力信号的影响与关系。
23.相比于现有技术，本发明至少具有以下有益效果：
24.本发明可实现根据患者自身状况为患者进行康复过程中干预方案建议的智能推荐，以实现辅助医生制定科学规范的术后康复方案，缩短了下肢骨折术后患者的骨骼痊愈时间，避免了术后并发症发生。
附图说明
25.图1为本发明实施例中用于下肢骨折后康复锻炼的压力监测系统的整体结构框图；
26.图2为本发明实施例中用于下肢骨折后康复锻炼的压力监测系统的智能鞋垫示意图；
27.图3为本发明实施例中用于下肢骨折后康复锻炼的压力监测系统的垫体内的硬件框图；
28.图4为本发明实施例中用于下肢骨折后康复锻炼的压力监测系统的使用方法流程图。
具体实施方式
29.下面将结合示意图对本发明的用于下肢骨折后康复锻炼的压力监测系统和使用方法进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。
30.在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
31.如图1所示，本发明实施例提出了一种用于下肢骨折后康复锻炼的压力监测系统，包括：
32.智能鞋垫：用于进行患者足底多位置压力的智能检测；
33.移动端app：与智能化鞋垫无线通信连接，用于进行患者自身相关信息的导入、患者压力数据的智能采集及数据的远程传输，同时支持患者以自然语言形式表达的症状描述，并进行标准化和结构化，满足医患双方实时数据互动。
34.云平台：与移动端app无线通信连接，用于进行数据的云端存储、数据周期性的模型学习以及数据的分析对比，以进行下肢骨折术后患者压应力检测指标和合适的力学环境体系的构建及提出干预方案建议。
35.web应用端：用于进行云平台的web端登入，以进行医患双方的数据互动及医生为患者制定科学规范的康复方案。
36.以下列举所述用于下肢骨折后康复锻炼的压力监测系统的较优实施例，以清楚的说明本发明的内容，应当明确的是，本发明的内容并不限制于以下实施例，其他通过本领域普通技术人员的常规技术手段的改进亦在本发明的思想范围之内。
37.如图4所示，本发明实施例提出了一种用于下肢骨折后康复锻炼的压力监测系统的使用方法，包括如下步骤：
38.s1、足部多点压力检测：患者对智能鞋垫进行穿戴，进行足部多点压力数据的检测；
39.具体的，结合参照图2和图3，所述智能鞋垫包括垫体1，所述垫体1内设置有压力检测模块，且所述垫体内还设有与压力检测模块电连接的mcu模块以及分别与mcu模块电连接的蓝牙模块、系统电源模块、电量检测模块、充电电路模块、电池保护模块和调试接口模块。
40.将垫体垫在鞋内，与患者脚部贴合，当患者在进行行走和锻炼时，压力检测模块会对患者脚部的多点压力进行检测，压力检测模块包括三个压力传感器2，三个压力传感器2位于垫体内对应人体脚部足跟区、第一跖骨头和第五跖骨头位置处，这是由于人体在静止站立或者动态行走时，在自身重力的作用下，足底在垂直方向上受到一个地面的反作用力，这个力就是足底轴向压力，正常人的足底压力分布有一定的规律及模式，三点一面：前足拓骨头区和足跟受力负重最大，跖骨区中又以第一、第五跖骨头区负重最大，压力检测模块亦可包括五个压力传感器2，另加外侧纵足弓中点与第二跖骨头区，实现对患者脚部压力进行高效的检测。
41.通过压力传感器检测的压力数据输送至与之串口连接的mcu模块，mcu模块在接收数据后进行信号处理并利用蓝牙模块进行信号的远程发送。在压力传感器输送压力数据至单片机前，可利用信号放大器、a/d转换器和滤波处理器依次对信号进行放大、a/d转换和滤波处理，以提升信号的稳定性及质量。
42.s2、患者信息采集：患者登录移动端app，与智能鞋垫进行蓝牙配对，并进行个人相关信息的编辑，移动端app接收智能鞋垫检测的各点位压力数据进行数据折线图的实时展示；
43.具体的，由于智能鞋垫内蓝牙模块的设置，可实现压力数据的无线蓝牙接收，使得患者在使用过程中不受活动范围的约束，保证了智能鞋垫的灵活运用。患者在首次登入移动端app时，需对个人相关信息进行编辑，个人相关信息包括体重、骨折类型、手术方式、性别、术后时间段、骨密度值等信息，移动端app在与智能鞋垫蓝牙连接后，接收智能鞋垫检测的数据进行数据处理后的折线图展示，如最大值、最小值、平均值等数据的折线图，同时移动端app会将患者个人相关信息和采集的压力数据发送至云平台。
44.s3、压应力检测指标和合适的力学环境体系构建：云平台接收患者压力数据及个人相关信息将其存入数据库且周期性进行数据库的模型学习并结合医生的经验知识进行压应力检测指标和合适的力学环境体系的构建。
45.具体的，数据库的模型学习采用机器学习中的概率图模型算法，将患者的体重、骨折类型、手术方式、性别、术后时间段、骨密度值等个人相关信息作为随机变量{xi}，考虑到随机变量之间可能存在的关联，采用马尔科夫随机场构建出压力信号y与xi之间的无向概率图模型(马尔科夫网络)，通过已知数据库(前期所收集的康复良好的患者数据)的训练，实现马尔科夫网络的参数估计和学习，获得表征压力信号与随机变量之间的联合与条件概率分布，以初步形成不同术后时间周期内体重、骨折类型、手术方式、性别、术后时间段、骨密度值对理想压力信号的影响与关系，以指导患者术后康复锻炼，进而找到影响患者术后康复的有效点位和压力以及该点位、压力值与患者自然条件的关系。数据库的模型学习是周期性进行的，实现了模型的更新，提高了面向不同患者的理想压力信号预测推理能力。
46.s4、干预方案建议生成：云平台进行数据库历史数据的数据分析及患者压力数据与历史数据的对比，并根据构建的压应力检测指标和合适的力学环境体系提出干预方案建议。
47.具体的，云平台会对其数据库中存储的康复良好的患者压力数据进行数据分析，同时云平台会将患者压力数据与康复良好的患者压力数据进行对比，根据分析结果和对比结果找到数据之间的联系，根据数据之间的联系和构建的压应力检测指标和合适的力学环境体系，云平台自动生成干预方案建议。
48.s5、康复方案制定：医生通过web应用端登入云平台，与患者进行沟通交流，并结合干预方案建议制定康复方案。
49.具体的，医生可通过web登入云平台，云平台和移动端app之间采用rest api进行通信连接，实现了云平台和移动端app之间的数据互通，满足正常的医患交流，以更好地了解患者的情况，同时医生可根据云平台生成的干预方案建议为患者制定科学规范的康复方案。
50.综上所述，本发明可实现根据患者自身状况为患者进行康复过程中干预方案建议的智能推荐，以实现辅助医生制定科学规范的术后康复方案，缩短了下肢骨折术后患者的骨骼痊愈时间，避免了术后并发症发生。
51.显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。