一种防止关节畸形冷敷智能装置、处理终端、存储介质的制作方法

1.本发明涉及医用器械技术领域，具体涉及一种防止关节畸形冷敷智能装置、处理终端、存储介质。


背景技术：

2.随着现在各种关节畸形常见的并发症的出现，病人的行走增加了困难。尽管早期保持肢体于功能位，对防止关节畸形至关重要，但其发生率仍然很高。已发生的关节畸形的矫正是非常棘手的问题。目前的大多数装置对已发生的关节畸形的矫正作用不大，且存在对病人做肢体被动锻炼时的约束和不便。患者经常需要恢复训练。
3.通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：
4.现有技术结构复杂，操作不简便，检查时的灵活性和全面性效果差，智能化程度低。。


技术实现要素：

5.针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种防止关节畸形冷敷智能装置、处理终端、存储介质。本发明结构简单，操作简便，提高安全性和检查时的灵活性和全面性，提高检查成效；适合在心关节畸形场所推行和普及。
6.本发明是这样实现的，一种防止关节畸形冷敷智能装置，有：万向球、活动螺钉、透气孔、小腿外壳、伸缩带、支撑杆、固定螺钉、脚板外壳；
7.所述万向球与支撑杆所连接，用于作为活动时调节关节角度；同时控制万向球的温度，提供所需要矫正的位置进行地冷敷温度需求；控制万向球活动角度的方法包括：
8.通过目标万向球以及万向球所在环境图像化仿真模拟，万向球控制器采用图形化模拟软件对现实万向球进行高精度建模，同时通过仿真计算出万向球活动角度影响因素，模拟出模型的现实结构；通过图像化模拟软件对模型所处的环境进行仿真变化，从不同角度，不同场景对万向球进行从全角度快速提取大量的视觉图像；在输出时，自动根据所提取的目标模型以及其他环境信息进行文件命名，同时储存在不同的文件夹中，实现自动分类，形成万向球优化模型数据集合；具体包括：
9.从万向球活动角度数据库中提取多个高仿真的万向球模型；
10.将万向球模型导入虚幻引擎，对其部件分别赋予活动角度范围，使其具有和现实生活中相同的活动角度范围属性；
11.通过设立好的多个传感器轨道，从多角度进行感应采集；
12.将采集好的一组数据储存在标记文件夹中；
13.通过随机变化背景模型元素、活动范围周边环境来更新周边环境，直到万向球优化模型数据集合容量达到期望的优化数据；
14.所述传感器从多角度进行感应采集的方法包括：
15.任选两部传感器，进行虚假点消除，构造万向球活动角度完备集；具体执行如下步
骤：1)任选两部传感器i1与i2，计算两部传感器任意两个测量之间的活动距离i1≠i2，j1、j2＝1,2,...n；j1、j2分别表示第i1部传感器和第i2部传感器的测量数据编号；
16.活动距离的求解过程如下：
17.传感器i1的位置坐标以及对应的方向余弦与由传感器i2的位置坐标以及对应的方向余弦所决定的，那么活动距离表示为：
[0018][0019]
设置一个距离门限dt，某两个测量数据所对应的活动距离大于该门限，这两个测量不相关；dt的大小根据传感器的探测范围、传感器的探测误差来设置，其中为测量误差的均方差，r
max
为传感器的最大探测距离；
[0020]
将第i1部探测器的第j1组测量与第i2部探测器的第j2(j2＝1,2,...n)组测量之间的活动距离同门限dt比较，小于门限，说明可能属于关联集
[0021]
对每个关联集中的关联组合，按照其对应的活动距离升序排序，取前个关联组合作为备选集其中n为同一区域内目标辐射源数；
[0022]
求解备选集对应的交叉点坐标；精简关联集；
[0023]
求解万向球活动角度冗余数据集与交叉点新测向角；
[0024]
求解代价函数，完成关联匹配；获得万向球优化模型；
[0025]
所述控制万向球的温度的方法包括：
[0026]
对万向球温度控制芯片设定被控万向球表面的温度设定值和传感器测得的数据通过万向球温度控制芯片处理后，传输控制信号到热量供给设备，通过控制热量的输入，控制被控万向球表面的温度，由温度传感器测得实际被控万向球表面的温度连接到万向球温度控制芯片的输入端；通过跟踪微分器和状态观测器估计扰动值，并补偿系统扰动，增强系统的抗干扰能力；
[0027]
所述温度传感器将被控万向球表面的温度y(t)反馈给万向球温度控制芯片，万向球温度控制芯片将输入端的设置温度信号v(t)和传感器的反馈温度信号y(t)分别进行处理，设置的温度信号v(t)安排过度过程处理的微分信号和过渡过程信号v1，v2，反馈的温度信号y(t)经过扩张观测器处理得到信号z1，z2，再将以上两类信号分别相减处理，得到误差信号和误差信号的微分信号e1和e2，然后非线性组合处理之后得到控制率u0(t)，将其与扩张观测器的信号z3(t)经过结合得到输出控制信号u，控制热量供给设备门供热量的大
小，如果温度比设定值低，加大供热量，从而使得温度上升，反之亦然，从而达到控制温度的目的；
[0028]
所述被控万向球表面为二阶系统
[0029][0030]
其中
[0031][0032]
x1＝t
ri
，u＝q
w
，y＝x1，
[0033]
x1(t)为关节温度t
ri
，x2(t)为关节温度t
ri
的导数，q
w
热水对散热器所传递的热量；a
r
关节与万向球表面接触的表面积；λ热传导系数；a
s
散热器与关节外部空气接触的表面积；k
s
散热器散热系数；s万向球材料的厚度；m
s
散热器质量；c
s
散热器比热；周围空气的平均比热，m
r
周围空气质量；t
o
为万向球表面环境的温度；d为系统的扰动，即环境变化对关节温度的干扰；
[0034]
所述的活动螺钉，用于连接支撑杆和万向球；
[0035]
所述的固定螺钉固定支撑杆在小腿外壳之上；
[0036]
所述的透气孔在固定小腿外壳后部，所述的伸缩带和支撑杆相互由固定螺钉固定在小腿外壳；
[0037]
所述的脚板外壳由伸缩带固定在脚部。
[0038]
进一步，所述的防止关节畸形冷敷智能装置为两套，相互对称。
[0039]
所述透气孔固定在小腿外壳后部。
[0040]
所述万向球任意方向旋转。
[0041]
进一步，所述求解备选集对应的交叉点坐标具体包括：
[0042]
对于每个备选集根据几何关系，求解出其备选集中每个关联组合对应的交叉点三维坐标，其中分别为交叉点对应的两组测量数据，其中：
[0043][0044]
[0045][0046]
所述精简关联集具体包括：某交叉点的三维坐标的取值方位超过任一传感器的探测范围，将该交叉点删除，该交叉点对应的可能关联组合也对应删除，以精简关联集。
[0047]
所述求解万向球活动角度冗余数据集与交叉点新测向角具体包括：冗余的第三部传感器i3的位置坐标为)，根据空间几何关系，交叉点与第三部传感器形成的新的方位角、俯仰角表示为：
[0048][0049][0050]
所述求解代价函数，完成关联匹配；获得万向球优化模型具体包括：
[0051]
(1)设置一个集合ω，初始化为空；
[0052]
(2)令j3＝1，j3为传感器i3测量数据编号；
[0053]
(3)将传感器i3的测量分别与step2中求得的所有的方位角、俯仰角逐一进行比较；对于每一组关联组合p
l
＝{1j1,2j2,3j3}，那么关联组合不符合要求；计算出关联组合的代价函数cost(p
l
)；从满足条件的关联组合中选择一个代价函数最小的关联组合同时将中的每个编号加入到集合ω中；
[0054]
(4)j3＝j3+1，直到j3＝n，返回(3)，得到最终的关联组合
[0055]
本发明的另一目的在于提供一种信息处理终端，所述信息处理终端包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行所述的防止关节畸形冷敷智能装置地控制功能。
[0056]
本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行所述的防止关节畸形冷敷智能装置地控制功能。
[0057]
结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：
[0058]
本发明均设置有弹性的伸缩带。支撑杆具有固定作用本发明结构简单，操作简便，
可用于关节畸形的患者进行关节恢复的恢复训练。本发明提高安全性和灵活性和运动的全面性，提高恢复成效。
[0059]
所述万向球与支撑杆所连接，用于作为活动时调节关节角度；同时控制万向球的温度，提供所需要矫正的位置进行地冷敷温度需求；控制万向球活动角度的方法包括：
[0060]
通过目标万向球以及万向球所在环境图像化仿真模拟，万向球控制器采用图形化模拟软件对现实万向球进行高精度建模，同时通过仿真计算出万向球活动角度影响因素，模拟出模型的现实结构；通过图像化模拟软件对模型所处的环境进行仿真变化，从不同角度，不同场景对万向球进行从全角度快速提取大量的视觉图像；在输出时，自动根据所提取的目标模型以及其他环境信息进行文件命名，同时储存在不同的文件夹中，实现自动分类，形成万向球优化模型数据集合；具体包括：
[0061]
从万向球活动角度数据库中提取多个高仿真的万向球模型；
[0062]
将万向球模型导入虚幻引擎，对其部件分别赋予活动角度范围，使其具有和现实生活中相同的活动角度范围属性；
[0063]
通过设立好的多个传感器轨道，从多角度进行感应采集；
[0064]
将采集好的一组数据储存在标记文件夹中；
[0065]
通过随机变化背景模型元素、活动范围周边环境来更新周边环境，直到万向球优化模型数据集合容量达到期望的优化数据；求解备选集对应的交叉点坐标；精简关联集；求解万向球活动角度冗余数据集与交叉点新测向角；求解代价函数，完成关联匹配；获得万向球优化模型；
[0066]
本发明对万向球温度控制芯片设定被控万向球表面的温度设定值和传感器测得的数据通过万向球温度控制芯片处理后，传输控制信号到热量供给设备，通过控制热量的输入，控制被控万向球表面的温度，由温度传感器测得实际被控万向球表面的温度连接到万向球温度控制芯片的输入端；通过跟踪微分器和状态观测器估计扰动值，并补偿系统扰动，增强系统的抗干扰能力。
[0067]
通过上述方案本发明实现智能控制。
附图说明
[0068]
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0069]
图1是本发明实施例提供的防止关节畸形冷敷智能装置示意图。
[0070]
图2是本发明实施例提供的防止关节畸形冷敷智能装置后视图。
[0071]
图3是本发明实施例提供的固定螺钉和固定柱部分图。
[0072]
图1～3中：1、万向球；2、活动螺钉；3、透气孔；4、小腿外壳；5、伸缩带；6、支撑杆；7、固定螺钉；8、脚板外壳。
[0073]
图4是本发明实施例提供的控制万向球活动角度的方法流程图。
[0074]
图5是本发明实施例提供的控制万向球活动角度的方法原理图。
[0075]
图6是本发明实施例提供的所述控制万向球的温度的方法包括：
具体实施方式
[0076]
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0077]
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种防止关节畸形冷敷智能装置、处理终端、存储介质，下面结合附图对本发明作详细的描述。
[0078]
实施例参见附图1～3所示，本发明实施例提供的防止关节畸形冷敷智能装置地万向球1作为活动时调节患者关节角度，与支撑杆6所连接；所述的活动螺钉2，用于连接支撑杆6和万向球1，所述的固定螺钉7固定支撑杆6在小腿外壳4之上；所述的透气孔3在固定小腿外壳4后部，所述的伸缩带5和支撑杆6相互由固定螺钉7固定在小腿外壳4；所述的脚板外壳7由伸缩带5将其固定在患者脚部；
[0079]
所述构件两侧相互对称。
[0080]
所述透气孔在固定小腿外壳后部。
[0081]
所述万向球可以利用任意方向旋转。
[0082]
均设置有弹性的伸缩带。
[0083]
支撑杆具有固定作用。
[0084]
在防止关节畸形治疗时，可由大夫在病房指导患者使用，在防止关节畸形治疗过程中根据活动部位的不同，控制万向球1在患者脚腕上运动，以达到想要的活动部位，同时改变万向球1的温度，可在患者所需要矫正的位置进行冷敷，同时支撑柱6与小腿外壳固定住，万向球1相互配合，此时患者所需要活动的部位，更能轻松方便精确的进行活动，且避免了其他位置波动的干扰。同时提高了矫正的正确率，避免患者活动不足或因为畸形关节所造来的二次伤害。当恢复训练完成后，再由骨科大夫直接将整个装置去下，方便患者休息。
[0085]
如图4所示，控制万向球活动角度的方法包括：
[0086]
s101，通过目标万向球以及万向球所在环境图像化仿真模拟，万向球控制器采用图形化模拟软件对现实万向球进行高精度建模，同时通过仿真计算出万向球活动角度影响因素，模拟出模型的现实结构；
[0087]
s102，通过图像化模拟软件对模型所处的环境进行仿真变化，从不同角度，不同场景对万向球进行从全角度快速提取大量的视觉图像；
[0088]
s103，在输出时，自动根据所提取的目标模型以及其他环境信息进行文件命名，同时储存在不同的文件夹中，实现自动分类，形成万向球优化模型数据集合。
[0089]
作为优选实施例，如图5所示，具体包括：
[0090]
s201，从万向球活动角度数据库中提取多个高仿真的万向球模型；
[0091]
s202，将万向球模型导入虚幻引擎，对其部件分别赋予活动角度范围，使其具有和现实生活中相同的活动角度范围属性；
[0092]
s203，通过设立好的多个传感器轨道，从多角度进行感应采集；
[0093]
s204，将采集好的一组数据储存在标记文件夹中；
[0094]
s205，通过随机变化背景模型元素、活动范围周边环境来更新周边环境，直到万向球优化模型数据集合容量达到期望的优化数据.
[0095]
所述传感器从多角度进行感应采集的方法包括：
[0096]
任选两部传感器，进行虚假点消除，构造万向球活动角度完备集；具体执行如下步骤：1)任选两部传感器i1与i2，计算两部传感器任意两个测量之间的活动距离i1≠i2，j1、j2＝1,2,...n；j1、j2分别表示第i1部传感器和第i2部传感器的测量数据编号；
[0097]
活动距离的求解过程如下：
[0098]
传感器i1的位置坐标以及对应的方向余弦与由传感器i2的位置坐标以及对应的方向余弦所决定的，那么活动距离表示为：
[0099][0100]
设置一个距离门限dt，某两个测量数据所对应的活动距离大于该门限，这两个测量不相关；dt的大小根据传感器的探测范围、传感器的探测误差来设置，其中为测量误差的均方差，r
max
为传感器的最大探测距离；
[0101]
将第i1部探测器的第j1组测量与第i2部探测器的第j2(j2＝1,2,...n)组测量之间的活动距离同门限dt比较，小于门限，说明可能属于关联集
[0102]
对每个关联集中的关联组合，按照其对应的活动距离升序排序，取前个关联组合作为备选集其中n为同一区域内目标辐射源数；
[0103]
求解备选集对应的交叉点坐标；精简关联集；
[0104]
求解万向球活动角度冗余数据集与交叉点新测向角；
[0105]
求解代价函数，完成关联匹配；获得万向球优化模型；
[0106]
如图6所示，所述控制万向球的温度的方法包括：
[0107]
s301,对万向球温度控制芯片设定被控万向球表面的温度设定值和传感器测得的数据通过万向球温度控制芯片处理后，传输控制信号到热量供给设备。
[0108]
s302,通过控制热量的输入，控制被控万向球表面的温度，由温度传感器测得实际被控万向球表面的温度连接到万向球温度控制芯片的输入端。
[0109]
s303,通过跟踪微分器和状态观测器估计扰动值，并补偿系统扰动，增强系统的抗干扰能力。
[0110]
所述温度传感器将被控万向球表面的温度y(t)反馈给万向球温度控制芯片，万向球温度控制芯片将输入端的设置温度信号v(t)和传感器的反馈温度信号y(t)分别进行处理，设置的温度信号v(t)安排过度过程处理的微分信号和过渡过程信号v1，v2，反馈的温度信号y(t)经过扩张观测器处理得到信号z1，z2，再将以上两类信号分别相减处理，得到误差信号和误差信号的微分信号e1和e2，然后非线性组合处理之后得到控制率u0(t)，将其与扩
张观测器的信号z3(t)经过结合得到输出控制信号u，控制热量供给设备门供热量的大小，如果温度比设定值低，加大供热量，从而使得温度上升，反之亦然，从而达到控制温度的目的；
[0111]
所述被控万向球表面为二阶系统
[0112][0113]
其中
[0114][0115]
x1＝t
ri
，u＝q
w
，y＝x1，
[0116]
x1(t)为关节温度t
ri
，x2(t)为关节温度t
ri
的导数，q
w
热水对散热器所传递的热量；a
r
关节与万向球表面接触的表面积；λ热传导系数；a
s
散热器与关节外部空气接触的表面积；k
s
散热器散热系数；s万向球材料的厚度；m
s
散热器质量；c
s
散热器比热；周围空气的平均比热，m
r
周围空气质量；t
o
为万向球表面环境的温度；d为系统的扰动，即环境变化对关节温度的干扰；
[0117]
所述的活动螺钉，用于连接支撑杆和万向球；
[0118]
所述的固定螺钉固定支撑杆在小腿外壳之上；
[0119]
所述的透气孔在固定小腿外壳后部，所述的伸缩带和支撑杆相互由固定螺钉固定在小腿外壳；
[0120]
所述的脚板外壳由伸缩带固定在脚部。
[0121]
所述的防止关节畸形冷敷智能装置为两套，相互对称。
[0122]
所述透气孔固定在小腿外壳后部。
[0123]
所述万向球任意方向旋转。
[0124]
所述求解备选集对应的交叉点坐标具体包括：
[0125]
对于每个备选集根据几何关系，求解出其备选集中每个关联组合对应的交叉点三维坐标，其中分别为交叉点对应的两组测量数据，其中：
[0126][0127]
[0128][0129]
所述精简关联集具体包括：某交叉点的三维坐标的取值方位超过任一传感器的探测范围，将该交叉点删除，该交叉点对应的可能关联组合也对应删除，以精简关联集。
[0130]
所述求解万向球活动角度冗余数据集与交叉点新测向角具体包括：冗余的第三部传感器i3的位置坐标为)，根据空间几何关系，交叉点与第三部传感器形成的新的方位角、俯仰角表示为：
[0131][0132][0133]
所述求解代价函数，完成关联匹配；获得万向球优化模型具体包括：
[0134]
(1)设置一个集合ω，初始化为空；
[0135]
(2)令j3＝1，j3为传感器i3测量数据编号；
[0136]
(3)将传感器i3的测量分别与step2中求得的所有的方位角、俯仰角逐一进行比较；对于每一组关联组合p
l
＝{1j1,2j2,3j3}，那么关联组合不符合要求；计算出关联组合的代价函数cost(p
l
)；从满足条件的关联组合中选择一个代价函数最小的关联组合同时将中的每个编号加入到集合ω中；
[0137]
(4)j3＝j3+1，直到j3＝n，返回(3)，得到最终的关联组合
[0138]
在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0139]
应当注意，本发明的实施方式可以通过硬件、软件或者软件和硬件的结合来实现。硬件部分可以利用专用逻辑来实现；软件部分可以存储在存储器中，由适当的指令执行系
统，例如微处理器或者专用设计硬件来执行。本领域的普通技术人员可以理解上述的设备和方法可以使用计算机可执行指令和/或包含在处理器控制代码中来实现，例如在诸如磁盘、cd或dvd
‑
rom的载体介质、诸如只读存储器(固件)的可编程的存储器或者诸如光学或电子信号载体的数据载体上提供了这样的代码。本发明的设备及其模块可以由诸如超大规模集成电路或门阵列、诸如逻辑芯片、晶体管等的半导体、或者诸如现场可编程门阵列、可编程逻辑设备等的可编程硬件设备的硬件电路实现，也可以用由各种类型的处理器执行的软件实现，也可以由上述硬件电路和软件的结合例如固件来实现。
[0140]
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。