一种用于手外科康复训练的辅助康复装置、系统及方法与流程

本发明涉及手外科主动式康复训练的技术领域，尤其涉及一种用于手外科康复训练的辅助康复装置、系统及方法。

背景技术：

关节损伤、肌腱损伤、烧伤、烫伤等是导致的手部运动功能障碍的常见病因，在术后对患者进行主动式康复训练是预防肌肉萎缩、避免肌腱粘连的必要手段。在术后早期，由于存在外创伤口和组织水肿的状况，康复训练应该少次，但活动角度要到位，这一过程主要在医院专业医师的指导下完成。在术后中期，是肌肉萎缩和关节、肌腱粘连最易形成的时间段，也是恢复时间最长的阶段，这个过程一般在专业的康复医院或者家中完成。

然而，康复医院的术后训练虽然专业，但是需要专业护工一对一指导完成，收费较高；患者在家进行主动康复训练通常会因为训练不到位导致生理上出现肌腱粘连或者关节畸形的情况，也有较多患者会出现因短期训练无成效导致的心理负担过重的情况。目前的手外科康复训练都是基于传统的康复训练器具，在专业护工的指导下督促完成，每日进行训练次数和强度的记录，每周期回医院进行复查。此方法人力成本高，医患沟通困难。

现有技术中，采用智能手套对患者手部动作进行监测的方案，包括手套本体、薄膜弯曲度传感器、三轴陀螺仪、三维加速度传感器、电源模块、发声装置以及控制模块的手势交流手套，可以根据患者的手势将患者的需求以声音、图像以及控制信号的方式表达出来，医护人员以及家属得以及时了解并且满足患者的需求。此类智能手套主要用在手部功能齐全但丧失语言能力的患者上，无法用于手外科主动式康复训练中。

技术实现要素：

本发明的一个目的是要提供一种能够用于手外科康复训练的辅助康复装置。

本发明的一个进一步的目的是要使辅助康复装置能够精确地获取抓取过程中的压力信号，从而准确反应出患者的手部康复情况。

本发明的另一个目的是要提供一种辅助康复方法以辅助患者手部康复。

特别地，本发明提供了用于手外科康复训练的辅助康复装置，包括：

用于供用户佩戴的手套主体，具有手指部；

压力传感器，用于实时检测所述手指部的指尖处的压力数值；

弯曲角度传感器，用于实时检测所述手指部的弯曲程度；

中央处理器，与所述压力传感器和所述手指弯曲角度检测传感器通信连接，用于对所述压力数值和所述手指弯曲的程度进行处理，以获取经去噪处理后的有效数据，并将所述有效数据传送至医生数据端和患者数据端。

可选地，所述压力传感器和所述手指弯曲角度检测传感器均为自驱动传感器。

可选地，所述压力传感器包括电极层、摩擦层、间隔层、纤维层和防水涂层；

所述摩擦层形成在所述电极层的上表面，所述间隔层形成在所述摩擦层的上表面的边缘区域，所述纤维层形成在所述间隔层的上方，所述纤维层在外力下发生变形，且在变形时能与所述摩擦层接触，并在外力撤销后与所述摩擦层分离，所述防水涂层形成在所述纤维层的上表面；

可选地，所述摩擦层的材料为聚二甲基硅氧烷，所述电极层的材料为碳纤维；

可选地，所述压力传感器通过编织的方法编织在所述手套本体上；

可选地，所述电极层与所述中央处理器通过导线连接；所述压力传感器用于将所述压力数值转换为电压值，并将所述电压值传输给所述中央处理器。

可选地，所述辅助康复装置还包括：

数据发送模块，所述数据发送模块与所述中央处理器相连；

电源模块，所述电源模块用于向所述中央处理器和所述数据发送模块供电。

可选地，所述手指弯曲角度检测传感器的结构与所述压力传感器的结构相同。

可选地，所述手指弯曲角度检测传感器设置在所述手套主体的手指指背位置，在大拇指处覆盖远节指骨、近节指骨与掌骨之间的两处关节，在其余四指处覆盖远节指骨、中节指骨、近节指骨与掌骨之间的三个关节上方。

特别地，本发明提供了一种用于手外科康复训练的辅助康复系统，包括：

如前述的辅助康复装置；

患者数据端，用于对所述辅助康复装置的中央处理器获取的有效数据进行计算，并将计算结果在所述患者数据端进行可视化显示；

医生数据端，用于对所述辅助康复装置的中央处理器获取的有效数据进行计算，并将计算结果在所述医生数据端进行可视化显示。

可选地，所述辅助康复系统还包括：

云端数据库，用于接收所述中央处理器发送的有效数据，并存储所述有效数据；

可选地，所述云端数据库存储有康复培训知识。

特别地，本发明还提供了一种用于手外科康复训练的辅助康复方法，利用如前述的辅助康复系统进行辅助康复，包括如下步骤：

采集佩戴有手套主体的用户在抓取训练过程中的动作数据，所述动作数据包括所述手套主体手指部的指尖处的压力数值以及所述手指部的弯曲程度数据；

对所述动作数据进行处理并获取经去噪处理后的有效数据；

将所述有效数据传送至医生数据端和患者数据端。

可选地，所述辅助康复方法还包括如下步骤：

对所述有效数据进行计算，并将计算结果在所述医生数据端和/或所述患者数据端进行可视化显示。

本发明辅助康复装置是通过在传统压力手套上设置压力传感器和手指弯曲角度检测传感器来获取患者的主动康复训练时间和实时的手部运动数据，能够帮助患者有规律有针对性地进行训练。

此外，位于手套主体上的传感器模块能结合康复器材准确实时地测量出患者每次训练时的抓握力、捏力和手指弯曲程度，这比康复医院的人工记录和判断更精准，更能有效地帮助患者制定下一阶段的康复计划。

并且，主治医生可以通过医生数据端的数据分析每一位患者的康复情况，减少不必要的复查和问诊。同时，患者可以从患者数据端中看到每天的康复进步情况和预估痊愈时间，有助于减缓患者的心理压力。该辅助康复系统相较于康复医院的治疗具有成本低、使用便捷以及数据获取更准确的优势。

根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：

图1示出了根据本发明一个实施例的用于手外科康复训练的辅助康复装置的示意性结构框图；

图2示出了根据本发明一个实施例的用于手外科康复训练的辅助康复装置的示意性结构图；

图3示出了根据本发明一个实施例的压力传感器的示意性结构图；

图4示出了根据本发明一个实施例的在不同压力下压力传感器检测到的电压-时间曲线图；

图5示出了根据本发明一个实施例的在不同手指弯曲角度下手指弯曲角度检测传感器检测到的电压-时间曲线图；

图6示出了根据本发明一个实施例的用于手外科康复训练的辅助康复系统的示意性结构框图；

图7示出了根据本发明一个实施例的用于手外科康复训练的辅助康复系统的示意性结构图；

图8示出了根据本发明一个实施例的基于辅助康复系统的辅助康复方法的示意性流程图。

图中：1-辅助康复装置，11-手套主体，12-传感器模块，121-压力传感器，1211-电极层，1212-摩擦层，1213-间隔层，1214-纤维层，1215-防水涂层，122-手指弯曲角度检测传感器，13-中央处理器，14-数据发送模块，15-电源模块，2-医生数据端，3-患者数据端。

具体实施方式

图1示出了根据本发明一个实施例的用于手外科康复训练的辅助康复装置的示意性结构框图。图2示出了根据本发明一个实施例的用于手外科康复训练的辅助康复装置的示意性结构图。如图1至图2所示，该辅助康复装置1包括手套主体11、传感器模块12和中央处理器13。手套主体11用于供用户佩戴，且具有手指部。传感器模块12包括压力传感器121和手指弯曲角度检测传感器122。压力传感器121位于手套主体11的手指指尖，用于实时检测指尖抓握物体时受到的压力数值。手指弯曲角度检测传感器122位于手套主体11的手指关节处，用于实时检测手指弯曲的程度。中央处理器13与压力传感器121和手指弯曲角度检测传感器122通信连接，用于对压力数值和手指弯曲的程度进行处理，获取经去噪处理后的有效数据，并将有效数据传送至医生数据端2(参见图6)和患者数据端3(参见图6)。该辅助康复装置还包括数据发送模块14和电源模块15。该数据发送模块14与所述中央处理器13相连。电源模块15用于向中央处理器13和数据发送模块14供电。电源模块15、中央处理器13与数据发送模块14为一体式结构，设置于手套的手腕部分。

其中，该辅助康复装置1的手套主体11为手外科病人常用的压力手套，具有减轻患者水肿的作用。压力传感器121设置在手指指尖指腹位置，以实时检测出指尖抓握物体时受到的压力数值。手指弯曲角度检测传感器122设置在手指指背位置，在大拇指处覆盖远节指骨、近节指骨与掌骨之间的两处关节，在其余四指处覆盖远节指骨、中节指骨、近节指骨与掌骨之间的三个关节上方，以实时检测出手指弯曲的程度。手指弯曲角度检测传感器122还可以是设置在各手指任意位置上的陀螺仪，通过陀螺仪的数值来间接读取手指关节的弯曲角度。

在手功能障碍患者的中后期康复训练中，主要是借助辅助的康复器材通过抓取、拿捏等动作来锻炼手部关节的握力、捏力、手指弯曲程度和灵活度，本发明通过在传统压力手套上设置压力传感器121和手指弯曲角度检测传感器122来获取患者的主动康复训练时间和实时的手部运动数据，能够帮助患者有规律有针对性地进行训练。

此外，位于辅助康复装置上的传感器模块12能结合康复器材准确实时地测量出患者每次训练时的抓握力、捏力和手指弯曲程度，这比康复医院的人工记录和判断更精准，更能有效地帮助患者制定下一阶段的康复计划。

图3示出了根据本发明一个实施例的压力传感器的示意性结构图。如图3所示，每个压力传感器121均包括电极层1211、摩擦层1212、间隔层1213、纤维层1214和防水涂层1215。其中，摩擦层1212形成在电极层1211的上表面。间隔层1213形成在摩擦层1212的上表面的边缘区域。纤维层1214形成在间隔层1213的上方，纤维层1214在外力下发生变形，且在变形时能与摩擦层1212接触，并在外力撤销后与摩擦层1212分离。防水涂层1215形成在纤维层1214的上表面。该电极层1211与中央处理器13通过导线连接。该压力传感器121用于将压力数值转换为电压值，并将电压值传输给中央处理器13。

在一个实施例中，该摩擦层1212的材料为聚二甲基硅氧烷，该电极层1211的材料为碳纤维。该间隔层1213的材料例如可以为pu胶带，该纤维层1214的材料例如可以为涤纶，该防水涂层1215的材料例如可以为全氟辛酸铵。该压力传感器121通过编织的方法编织在手套本体上。

该压力传感器121为自驱动压力传感器121，即其不需要外部电源向其供电。该压力传感器121检测压力的原理为：当外界压力施加到压力传感器121的防水涂层1215时，由于外力的作用，纤维层1214会发生相应的形变。此时，纤维层1214与摩擦层1212发生摩擦，在外界压力撤销时，该纤维层1214和摩擦层1212发生分离，在此过程中产生电荷且引起电势差发生改变。当外力大小变化时，电势差也发生变化，从而产生电流，达到自驱动的目的。同时，可以通过测量电势差即电压来达到监测压力的目的。

手指弯曲角度检测传感器122与压力传感器121的结构相同，此处不再一一赘述。

图4示出了根据本发明一个实施例的在不同压力下压力传感器检测到的电压-时间曲线图。如图4所示，随着外界压力的逐渐增大，检测到的电压值也逐渐增大，可以检测出0.05n的压力值。

图5示出了根据本发明一个实施例的在不同手指弯曲角度下手指弯曲角度检测传感器检测到的电压-时间曲线图。如图5所示，随着手指弯曲角度的逐渐增大，检测到的电压值也逐渐增大，可以检测出15°的手指弯曲角度。

由此可知，本发明实施例的压力传感器和手指弯曲角度检测传感器具有较高的灵敏度，可以精确检测出患者的手指动作。

图6示出了根据本发明一个实施例的用于手外科康复训练的辅助康复系统的示意性结构框图。图7示出了根据本发明一个实施例的用于手外科康复训练的辅助康复系统的示意性结构图。如图6和图7所示，该辅助康复系统包括辅助康复装置1、医生数据端2和患者数据端3。辅助康复装置1用于收集患者抓握物体时受到的压力数值以及手指弯曲的程度，并对压力数值以及手指弯曲的程度进行处理，以获取有效数据，向医生数据端2和患者数据端3传送该有效数据。该医生数据端2对有效数据进行计算，并将计算结果在医生数据端2进行可视化显示。该患者数据端3用于对有效数据进行计算，并将计算结果在患者数据端3进行可视化显示。

该计算结果包括但不限于训练详情以及预估痊愈时间，其中，预估痊愈时间由人工智能算法基于数据库中患者大数据并结合患者和伤势特征完成。

该辅助康复系统还包括云端数据库，该云端数据库用于接收中央处理器13发送的有效数据，并存储有康复培训知识。

并且，主治医生可以通过医生数据端2的数据分析每一位患者的康复情况，减少不必要的复查和问诊。同时，患者可以从患者数据端3中看到每天的康复进步情况和预估痊愈时间，有助于减缓患者的心理压力。该辅助康复系统相较于康复医院的治疗具有成本低、使用便捷以及数据获取更准确的优势。

在一个实施例中，该辅助康复系统中的医生数据端2为医生用桌面端，例如为一台服务器。该患者数据端3例如可以为移动客户端。

图8示出了根据本发明一个实施例的基于辅助康复系统的辅助康复方法的示意性流程图。如图8所示，该辅助康复方法包括：

步骤s100，采集佩戴有手套主体的用户在抓取训练过程中的动作数据，动作数据包括手套主体手指部的指尖处的压力数值以及手指部的弯曲程度数据；

步骤s200，对动作数据进行处理并获取经去噪处理后的有效数据；

步骤s300，将有效数据传送至医生数据端和患者数据端。

具体步骤为：患者数据端与云端数据库建立连接，并接收用户发送康复培训知识，以引导用户按照康复培训知识进行抓取训练；压力传感器和手指弯曲角度检测传感器采集用户在抓取训练过程中的动作数据；中央处理器对动作数据进行处理并获取有效数据，将有效数据传送至云端数据库，同时发送至医生数据端和患者数据端；对有效数据进行计算，并将计算结果在医生数据端和/或患者数据端进行可视化显示。

具体使用时，为方便理解本发明，以下结合训练实例进行描述：当患者移动客户端根据设置的康复训练时间提醒用户进行主动式训练后，患者开机并通过无线模块与云端数据库建立无线连接；患者根据康复培训知识对桌面上的康复训练器材进行正确的拿捏、抓握等动作，传感器模块负责对动作数据进行抓取；单次训练结束后中央处理器对有效数据进行处理并打包，通过数据发送模块传送至云端并下发至主治医生的医生桌面端和患者的移动客户端中；主治医生桌面端和患者移动客户端通过算法对患者训练数据进行可视化显示，展示训练详情及预估痊愈时间。

该方法的其他特征与前述辅助康复系统的特征对应，此处不再一一赘述。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。