关节屈伸传感器及包含其的肢体康复训练监测仪的制作方法

1.本实用新型涉及人体肢体关节运动障碍康复训练技术领域，特别涉及一种关节屈伸传感器及包含其的肢体康复训练监测仪。


背景技术：

2.据相关文献表明，目前我国脑卒中病人数量多达7000万例，且每年新增200 万例以上。而50％以上的脑卒中患者会存在不同程度的肢体功能障碍，比如上肢的肘关节、腕关节运动障碍，下肢的膝关节、踝关节运动障碍。
3.临床对肢体功能障碍的康复，主要通过上肢康复训练仪、下肢康复训练仪、上下肢一体康复训练仪以及肢体康复训练机器人来实现，其训练方式包括主动训练(设备提供阻碍运动力，肢体发力主动训练)、被动训练(设备带动肢体运动) 和引导训练等方式。
4.目前市场上传统的肢体康复训练设备存在一些不足，主要表现为：一是无法监测肢体训练动作的完成程度，如上下肢肘关节、腕关节、膝关节和踝关节屈伸训练时，无法对动作的屈伸角度以及动作完成程度进行评估；二是无法对训练效果进行实时评估；三是肢体肌肉在长时间的康复训练过程中，会产生肌疲劳，目前无法及时发现肌疲劳，过度的康复训练会导致肢体不必要的二次损伤。
5.需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。


技术实现要素：

6.本实用新型实施例的目的在于提供一种关节屈伸传感器及包含其的肢体康复训练监测仪，能够检测关节部位的屈伸程度信息并评估训练动作的完整程度，同时还能检测训练时的肌电信息并对训练效果进行评估，且还可避免过度训练引起的肌肉二次损伤。
7.为解决上述技术问题，第一方面，本实用新型实施例提供了一种关节屈伸传感器，包括：用于包裹于人体肢体关节部位的弹性载体以及设置于所述弹性载体上的电感件；
8.所述弹性载体能够随所述关节部位屈伸而屈伸，所述电感件能够随所述弹性载体屈伸而屈伸，且所述电感件的感抗值能够随所述弹性载体的屈伸程度变化而变化。
9.另外，所述弹性载体为封闭筒状结构；或者所述弹性载体为可开闭的筒状结构，所述弹性载体包括：可卷绕成筒状结构的弹性带以及设置于所述弹性带上并用于将所述弹性带封闭成筒状结构的连接件。
10.另外，所述连接件包括：魔术贴或者扣接件；
11.或者所述弹性载体包括弹性带状结构，所述弹性带状结构通过弹性连接带相连形成关节套。
12.另外，所述弹性载体包括n层载体层；n为大于或者等于1的自然数；所述电感件设置于其中任意一层或者多层载体层上；
13.可选地，所述弹性载体两端设有用于将所述弹性载体绑缚于所述关节部位的绑缚
件。
14.另外，设置有所述电感件的载体层为透气网眼布料层。
15.另外，所述电感件缝制固设于所述载体层、或者所述电感件粘接于所述载体层上、或者所述载体层形成有穿线腔体，所述电感件穿设于所述穿线腔体内。
16.另外，所述电感件呈顺时针、逆时针或者正反两向交叉螺旋绕制方式设置于所述载体层上。
17.第二方面，本实用新型实施例还提供了一种肢体康复训练监测仪，包括：微控制器、肌电信号采集模块以及屈伸信号采集模块；
18.所述肌电信号采集模块和所述屈伸信号采集模块分别与所述微控制器通信连接；
19.所述屈伸信号采集模块包括：屈伸信号采集电路以及关节屈伸传感器；所述屈伸信号采集电路与所述关节屈伸传感器通信连接；所述屈伸信号采集电路用于为所述关节屈伸传感器的电感件提供工作信号并能够输出随所述电感件的感抗变化而变化的传感信号。
20.另外，所述屈伸信号采集电路包括：依次相连的驱动信号发生电路、检波电路、放大滤波电路、模数转换电路；所述驱动信号发生电路与所述电感件电连接，并用于为所述电感件提供工作信号；
21.所述肌电信号采集模块包括：依次相连的放大电路、滤波电路、电平抬升电路和模数转换电路。
22.另外，所述监测仪还包括：无线通信模块和显示装置；
23.所述微控制器与所述无线通信模块和显示装置通信连接。
24.本实用新型实施例可以具有以下部分或者全部有益效果：
25.本实用新型实施例的肢体康复训练监测仪通过关节屈伸传感器可检测关节康复训练时的屈伸程度信息，从而能够据此监测关节屈伸程度，对训练动作的屈伸角度以及动作完成程度进行评估；同时还可采集训练过程中患者的肌电信号，从而可对训练效果进行实时评估；还可根据采集的肌电信号检测肌肉疲劳度，避免肌肉疲劳状态下的过度训练导致肢体不必要的二次损伤，提升训练效果以及训练安全性。
26.应当理解的是，以上的一般性描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
附图说明
27.图1a～图1c是根据本实用新型实施例一提供的关节屈伸传感器的结构示意图；
28.图2a～图2c是根据本实用新型实施例二提供的关节屈伸传感器的结构示意图；
29.图3是根据本实用新型实施例二提供的关节屈伸传感器的可开闭筒状结构的结构示意图；
30.图4是根据本实用新型实施例三提供的肢体康复训练监测仪的结构示意图。
具体实施方式
31.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本实用新型各实施方式中，为了使读者更好地理解本技术而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技
术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本技术各权利要求所要求保护的技术方案。
32.实施例一
33.如图1a～1c所示，本实用新型实施例提供了一种关节屈伸传感器，可适用于上肢关节肘关节或者下肢关节膝关节的屈伸程度信息检测，然不限于此，其也可以适用于其他类似关节的屈伸程度检测。该传感器主要包括：用于包裹于人体肢体关节部位的弹性载体以及设置于弹性载体上的电感件12。
34.弹性载体能够随关节部位屈伸而屈伸，电感件12能够随弹性载体屈伸而屈伸，且电感件12的感抗值能够随弹性载体的屈伸程度变化而变化。即关节屈伸传感器能够提供可精确反映关节屈伸程度信息的电感量信号，通过电感量信号可准确估计关节的屈伸程度，比如关节是否屈伸到预先设置的最大屈伸程度或者最小屈伸程度。
35.弹性载体可采用弹性良好的材料制作，弹性载体可直接套设于关节部位，即贴肤包裹于关节部位，当然也可以隔着适量衣物包裹于关节部位。弹性载体能够在关节部位屈伸时发生弹性形变从而随关节部位屈伸或伸缩。电感件12可以采用导线绕制在弹性载体上形成具有一定电感量的线圈电感。电感件12能够随弹性载体伸缩而伸缩，从而使线圈电感的感抗值随伸缩程度不同而变化，进而可根据电感件的感抗值变化确定训练中的关节部位的屈伸程度信息。
36.本实施例中，弹性载体可采用封闭筒状结构，即弹性载体为弹性套筒，在使用时，可直接穿过肢体关节并套设于训练者的关节部位。可以根据膝关节和肘关节的形态特征以及大小设计弹性载体的形状和大小。
37.弹性载体可包括n层载体层11。n为大于或者等于1的自然数。示例性地，弹性载体可包括两层或者三层载体层11。电感件12可设置于其中任意一层或者多层载体层11上。弹性载体的各载体层可采用弹性佳、使用寿命长不易老化变硬的材料制成。其中，三层载体层中，内层载体层可以采用适于穿着的材料制作，比如各种纺织材料等，优选易于清洗且弹性佳的纺织材料。电感件12可制作在中间载体层上。示例性地，中间载体层可采用透气网眼布料层。电感件12 可缝制固设于透气网眼布料层上。可以理解的是，电感件12还可制作在内层载体层、外层载体层的任意一层或者多层载体层上。弹性载体也可以包括两层载体层，电感件可以制作在其中任意一层载体层或者两层载体层上，在此不做具体限制。可以理解的是，本实施例对于弹性载体的多层结构的层数以及每层的材料等均不作具体限制。
38.可以理解的是，电感件12还可粘接于载体层11上，从而可使电感件12不会相对载体层11位移，有利于电感量更稳定。或者，载体层上可形成有穿线腔体，电感件12可穿设于穿线腔体内，电感件的两端固定于载体层上即可。本实施例对于电感件与载体层的连接方式不做具体限制，只要电感件能够灵活随弹性载体屈伸而屈伸即可。
39.值得一提的是，弹性载体两端可设有用于将弹性载体绑缚于关节部位的绑缚件，从而可防止训练过程中弹性载体位移影响传感信号精度。
40.如图1a所示，电感件12可呈顺时针螺旋绕制方式绕制于载体层上。如图 1b所示，电感件12可呈逆时针螺旋绕制方式绕制于载体层上。或者如图1c所示，电感件12可呈正反两向交叉螺旋绕制方式设置于载体层11上。即电感件 12为螺旋形电感线圈，然不限于此，电感件12也可以采用图2a～图2c所示方式绕制，只要电感件能够随弹性载体屈伸并提供有
效的电感变化量即可。
41.可选地，制作电感件的导线可以是屏蔽导线。屏蔽导线可以包括导体、绝缘层、屏蔽层以及绝缘层，从而使得电感件具有更佳的emc性能。可以理解的是，导线也可以是非屏蔽线。
42.本实施例与现有技术相比，通过设置于弹性载体上的电感件提供关节训练时的屈伸程度信息，使得训练时能够评估训练效果，避免屈伸程度过大产生损伤；本实施例具有精确性高、结构简单、成本低等优点，适于推广应用。
43.实施例二
44.本实施例提供一种关节屈伸传感器。本实施例的传感器与实施例一的传感器大致相同，主要区别之处在于，本实施例的传感器的弹性载体为可开闭的筒状结构，而实施例一的传感器的弹性载体为封闭的筒状结构。本实施例与实施例一的相同之处此处不再赘述，比如弹性载体的多层结构、材料等。
45.本实施例中，弹性载体为可开闭的筒状结构。弹性载体可包括：可卷绕成筒状结构的弹性带以及设置于弹性带上并用于将弹性带封闭成筒状结构的连接件。其中，弹性带可以为矩形或者类似矩形的不规则形状等。连接件可包括魔术贴或者扣接件。如图3所示，连接件可以是魔术贴13，魔术贴可以设置两组从而将包裹住关节部位的弹性带绑缚于关节部位。作为一种替换例，连接件也可以采用扣接件，从而将弹性带扣接成筒状结构包裹于关节部位。在使用时，先将弹性带包裹于关节部位，然后通过魔术贴等连接件将弹性带绑缚于关节部位，从而更加便于训练者使用。
46.可以理解的是，弹性载体可包括弹性带状结构，弹性带状结构通过弹性连接带相连形成关节套。其中，弹性连接带可以是扁皮筋等，弹性带状结构可包裹于外侧关节部位，而不必包裹内侧关节部位。弹性连接带可调节包裹的松紧度。通过设计合适的弹性带状结构，可以更贴合地包裹于关节部位，通过弹性连接带可以更好地将弹性带状结构绑缚固定于关节部位。
47.如图2a所示，电感件12可呈顺时针绕制方式绕制于载体层上11。如图2b 所示，电感件12可呈逆时针绕制方式绕制于载体层11上。或者如图2c所示，电感件12可呈正反两向交叉绕制方式设置于载体层11上。
48.本实施例与现有技术相比，通过设置于弹性载体上的电感件提供关节训练时的屈伸程度信息，使得训练时能够评估训练效果，避免屈伸程度过大产生损伤；本实施例具有精确性高、结构简单、成本低等优点，适于推广应用。
49.实施例三
50.如图4所示，本实用新型实施例提供了一种肢体康复训练监测仪，可与肢体康复训练器械配合使用，辅助肢体康复训练器械提高训练效果。该监测仪主要包括微控制器400、肌电信号采集模块402和屈伸信号采集模块404。肌电信号采集模块402和屈伸信号采集模块404分别与微控制器400通信连接。
51.微控制器400可以根据肌电信号采集模块402采集的训练过程中的肌电信号实时检测训练效果，还可以进一步检测是否存在肌肉疲劳，并根据肌肉疲劳度控制训练进程。同时，微控制器400还可以根据屈伸信号采集模块404采集的训练中的关节部位的屈伸程度信息识别屈伸动作以及屈伸角度。
52.屈伸信号采集模块404可包括：屈伸信号采集电路以及如前述实施例所述的关节屈伸传感器。屈伸信号采集电路与关节屈伸传感器通信连接。屈伸信号采集电路用于为关节屈伸传感器的电感件提供工作信号并能够输出随电感件的感抗变化而变化。屈伸信号采集模块404能够为电感件提供工作电压，并能够在电感件屈伸产生感抗变化时输出随感抗变化而变化的传感信号(比如电压信号)。因此，电感件的不同屈伸程度均可产生对应的传感信号，故而能够精确反映关节部位的屈伸程度状况。需要说明的是，屈伸信号采集模块404可以采用幅度检测电路得到电感件的电压值，或者采用频率检测电路得到电感件的电压值或者采用两者的组合得到电感件的电压值，在此不做具体限制，只要能够准确输出电感件的电压值即可。屈伸信号采集模块404还可以用于对传感信号进行放大、去噪以及模数转换等，在此不做具体限制。具体地，屈伸信号采集电路404可包括：依次相连的驱动信号发生电路、检波电路、放大滤波电路、模数转换电路。驱动信号发生电路与电感件电连接，并用于为电感件提供工作信号。检波电路、放大滤波电路、模数转换电路依次对电感件的信号进行处理。
53.肌电信号采集模块402主要包括：依次相连的放大电路、滤波电路、电平抬升电路和模数转换电路。放大电路与电极线连接。电极线连接理疗电极片，将肌电信号接入肌电采集电路。肌电信号采集模块可采用本领域技术人员已知的方式实现，在此不做具体限制。
54.需要说明的是，微控制器400和肌电信号采集模块402以及屈伸信号采集电路404之间可以采用电缆或者无线通讯方式连接，在此不做具体限制。
55.可选地，监测仪还可包括：无线通信模块406和显示装置408。微控制器 400与无线通信模块406和显示装置408通信连接。其中，无线通信模块406用于接收与其通讯的设备的数据，以及将监测仪的采集数据、设备工作状态数据等发送给接收设备。可选地，无线通信模块406可以为近距离无线通信模块，近距离无线通信模块可以为蓝牙模块、zigbee(紫蜂)模块或者uwb模块等，在此不做具体限制。可以理解的是，无线通信模块也可以包括远程无线通信模块。显示装置408可用于显示采集的关键特征参数以及训练时间等。
56.本实施例与现有技术相比，肢体康复训练监测仪通过关节屈伸传感器可获得关节康复训练时的屈伸程度信息，从而能够据此监测关节屈伸程度，对训练动作的屈伸角度以及动作完成程度进行评估；同时还可采集训练过程中患者的肌电信号，从而可对训练效果进行实时评估；还可根据采集的肌电信号检测肌肉疲劳度，避免肌肉疲劳状态下的过度训练导致肢体不必要的二次损伤，提升训练效果以及训练安全性。
57.本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本实用新型的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本实用新型的精神和范围。