一种可穿戴的下肢康复锻炼步态监测分析设备的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种可穿戴的下肢康复锻炼步态监测分析设备，用于下肢康复锻炼的患者出院后进行康复锻炼监测指导。包括服务器端、患者端和医师端，患者端和医师端分别与服务器端通讯连接；患者端采集硬件设备监测到的患者步态数据及生命体征数据，并上传至服务器端；医师端从服务器端获取患者步态数据及生命体征数据，并对获取的数据进行分析处理。患者端由穿戴主体及定位辅件组成，定位辅件与穿戴主体采用无线通讯连接。穿戴主体包括处理器、动作捕捉单元、生命体征监测单元、数据连接单元、电池单元、储存器、反馈模块及辅件配套模块。本发明主要监测短距离行走时的步态数据，不同于用于跑步记步的穿戴设备，距离和步态监测更准确。
【专利说明】
一种可穿戴的下肢康复锻炼步态监测分析设备
技术领域
[0001]本发明涉及一种步态监测设备，尤其涉及一种可穿戴的下肢康复锻炼步态监测分析设备。
【背景技术】
[0002]对于偏瘫长期卧床、脑梗患者，或进行下肢手术如下肢骨折复位术及下肢关节置换术后等下肢术后需要康复锻炼的患者，康复锻炼非常重要，其中下地行走锻炼尤为重要，但患者出院后康复锻炼往往缺乏指导，而医师难以上门监测指导，无法及时获知患者康复情况，不能及时进行纠正及了解，这造成了患者康复锻炼中出现诸多误区，影响康复效果，不正确的锻炼方式甚至会造成相反的效果。
[0003]当前市面流通的可穿戴记步设备着重检测跑步时的步数和距离，而在较短距离行走上监测并不准确。下肢术后需要康复锻炼的患者行走距离都较短，现今的记步设备难以达到要求，且不具备步态分析监测功能，更多偏向于健康人的运动记步和指导。医院中使用的步态分析设备，体积庞大，不能即时对患者步态进行分析，因而不符合术后下地行走锻炼的需求。且大型设备仪器会让患者更拘束，非自然状态下获得的运动数据较自然状态有偏差，不利于准确把握康复情况，患者往返医院也造成不小的经济负担。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种可穿戴的下肢康复锻炼步态监测分析设备，满足对下肢康复锻炼的患者出院后进行康复锻炼监测指导的需求。
[0005]本发明的目的是通过以下方案实现的:
[0006]—种可穿戴的下肢康复锻炼步态监测分析设备，由服务器端、患者端和医师端组成，患者端和医师端分别与服务器端通讯连接；患者端采集硬件设备监测到的患者步态数据及生命体征数据，并上传至服务器端；医师端从服务器端获取患者步态数据及生命体征数据，并对获取的数据进行分析处理。患者端由穿戴主体及至少一个定位辅件组成，定位辅件与穿戴主体采用无线通讯连接。穿戴主体包括处理器、动作捕捉单元、生命体征监测单元、数据连接单元、电池单元、储存器、反馈模块及辅件配套模块，动作捕捉单元、生命体征监测单元、数据连接单元、电池单元、储存器、反馈模块及辅件配套模块分别与处理器电路连接。
[0007]进一步地，所述动作捕捉单元用于捕捉患者运动状态及动作信息；生命体征监测单元包括常规检测模块，用于对患者生命体征进行监测；电池单元用于为穿戴主体供电；反馈模块在控制器的控制下向患者发出反馈信息。数据连接单元包括有线传输模块和无线传输模块;辅件配套模块用于对定位辅件进行位置标定;定位辅件与穿戴主体通过数据连接单元的无线通讯模块连接;处理器将动作捕捉单元、生命体征监测单元以及经过位置标定后的定位辅件获取的数据进行综合处理，并将处理后的数据通过储存器进行储存；穿戴主体通过数据连接单元与服务器端通讯连接，进行数据上传。
[0008]进一步地，所述动作捕捉单元捕捉的患者运动状态及动作信息包括步长、步宽、步幅、步频、步速、支撑期、摆动期。
[0009]进一步地，所述生命体征监测单元还包括拓展模块。
[0010]进一步地，所述电池单元包括内置电池和充电接口。
[0011]进一步地，所述穿戴主体为环形结构，穿戴主体佩戴于患者脚踝处，所述定位辅件和穿戴主体分离，定位辅件置于患者腹股沟中外1/3处。
[0012]进一步地，所述定位辅件为带显示屏的定位工具，定位辅件的显示屏通过穿戴主体的反馈模块控制，显示不同提示消息。
[0013]本发明具有以下优点:
[0014]本发明为可穿戴设备，患者可以在无辅助或简单辅助下进行穿戴，且几乎不增加肢体负担，不影响康复锻炼。
[0015]本发明主要监测短距离行走时的步态数据，不同于用于跑步记步的穿戴设备，距离和步态监测更准确。
[0016]本发明设计了定位辅件，可以将定位辅件放置于健侧肢体与穿戴主体不同高度位置，通过位置差，矫正获取到的步态数据，并可根据肢体抬高弯曲时与定位辅件的距离分析关节活动度及肢体抬尚情况。
[0017]本发明具有生命体征监测功能，可以检测康复锻炼时患者心率的变化，并监测皮温、血压、血氧饱和度等情况，可分析患者康复状态。结合生命体征监测单元的常规检测模块和拓展模块的功能可以对患者肢体恢复情况，肌张力情况进行全面监测分析。
【附图说明】
[0018]图1为穿戴主体的结构原理框图
[0019]图2为定位辅件的结构示意图
[0020]图3为穿戴主体的外形示意图
[0021 ]图4为穿戴主体和定位辅件的佩戴位置示意图。
【具体实施方式】
[0022 ]以下结合附图详细说明本发明的技术方案:
[0023]如图1、图2所示，一种可穿戴的下肢康复锻炼步态监测分析设备，由服务器端、患者端和医师端组成，患者端和医师端分别与服务器端通讯连接。患者端采集硬件设备监测到的患者步态数据及生命体征数据，并上传至服务器端；医师端从服务器端获取患者步态数据及生命体征数据，并对获取的数据进行分析处理。
[0024]患者端由穿戴主体和至少一个定位辅件组成，穿戴主体为环形结构，如图3所示；定位辅件和穿戴主体分离，定位辅件为带显示屏的定位工具，如图2所示。
[°°25]穿戴主体包括处理器、动作捕捉单元、生命体征监测单元、数据连接单元、电池单元、储存器、反馈模块及辅件配套模块，动作捕捉单元、生命体征监测单元、数据连接单元、电池单元、储存器、反馈模块及辅件配套模块分别与处理器电路连接。
[0026]动作捕捉单元用于捕捉患者运动状态及动作信息，包括步长、步宽、步幅、步频、步速、支撑期、摆动期等信息。生命体征监测单元包括常规检测模块和拓展模块，常规检测模块用于获取患者皮温、血压、心率、血氧饱和度等数据，拓展模块可随着技术完善和不同患者需求，可加入肌力监测、肌电图监测、水肿检测、等功能，且拓展模块可加入而不仅限于上述几项内容。电池单元包括内置电池和充电接口，内置电池提供硬件设备的能源支持。反馈模块在控制器的控制下，通过震动、报警或指示灯闪烁等方式向患者反馈信息，并通过无线连接在定位辅件上的显示屏显示相应消息通知。数据连接单元包括有线传输模块和无线传输模块两种数据传输方式。辅件配套模块用于对定位辅件进行位置标定。定位辅件与穿戴主体通过数据连接单元的无线通讯模块连接。处理器将动作捕捉单元、生命体征监测单元以及经过位置标定后的定位辅件获取的数据进行综合处理，并将处理后的数据通过储存器进行储存。穿戴主体通过数据连接单元与服务器端通讯连接，进行数据上传。
[0027]定位辅件与穿戴主体通过蓝牙模块进行通讯连接，当穿戴主体和定位辅件同时处于开机状态时，自动通过蓝牙模块连接通讯。定位辅件提供肢体距离定位及健侧患侧区分功能，可以辅助穿戴主体的动作捕捉单元进行精确监测步幅、步宽、步长。并通过自体位移量监测分析关节运动度幅度和肢体离地高度等。通过穿戴主体中的辅件配套模块对定位辅件与穿戴主体的相对位置进行位置标定，进而对定位辅件获取的数据进行校正，通过定位辅件和穿戴主体三维位移差，可以判断出关节屈曲程度，并对肢体离地高度和步幅进行校正，获取更加精确的运动数据。定位辅件的显示屏通过穿戴主体的反馈模块控制，在不同场景显示不同提示消息。
[0028]医师端从服务器端获取患者动作及生命体征数据，并对获取的数据进行分析处理，根据患者锻炼信息分析生成一阶段康复锻炼情况，绘制康复锻炼步数曲线、肌力变化曲线、每日心率变化曲线、皮温心电图等变化曲线，对患者康复锻炼期间信息进行总结并以图形化方式显示出来掌握患者康复情况，以便给出进一步指导。
[0029]以下介绍本发明的工作原理:
[0030]如图4所示，穿戴主体佩戴于患者脚踝处，定位辅件置于患者腹股沟中外1/3处，佩戴完好后，开机自动校准位置距离，校准完成后，反馈模块绿灯亮，定位辅件上的显示屏提示佩戴完成。
[0031]数据连接单元中的无线传输模块包含NFC、蓝牙、无线wifi等无线连接功能，通过NFC功能可刷患者入院信息卡，将患者信息输入处理器中。
[0032]患者下地行走，随后动作捕捉单元对患者步数进行监测，并同时对加速度、步幅、步长、步宽、步频、步速、支撑期、摆动期等进行捕捉监测。
[0033]生命体征监测单元对患者生命体征进行监测，其中常规监测模块检测脉搏、皮温、肌力、血氧饱和度等。拓展模块随着技术进步和不同患者的需求可以加入肌电监测、水肿检测等内容。
[0034]当患者行走时，动作捕捉单元检测到行走进行记步，并同时获取加速度、肢体抬高高度、肌肉紧张度变化，定位辅件结合穿戴主体中的辅件配套模块起到对数据的校正作用，通过定位辅件和穿戴主体三维位移差，可以判断出关节屈曲程度，并对肢体离地高度和步幅进行校正，获取更加精确的运动数据。
[0035]校正后获取的步态数据及生命体征相关数据提交到处理器进行处理并保存在存储器中。
[0036]当患者锻炼步数超过预设目标，或生命体征监测模块检测心率、血压等发生大幅变化不适继续锻炼时，反馈模块震动报警并显示红色警示灯，显示屏提示休息，并根据检测到的生命体征提示进一步处理建议。
[0037]穿戴主体中的电池单元为穿戴主体提供电力支持，充电接口可以通过电源线为内置电池充电，定位辅件为可更换电池设计。
[0038]数据连接单元包括有线传输或无线传输两种数据传输方式，并与服务器端同步，数据同步到服务器端后，医师可以通过医师端查看每天患者的锻炼量和基本体征信息，并可相应调整锻炼计划，便于随时监控随访。
[0039]医师端从服务器端获取数据后，可以根据患者锻炼信息分析生成一阶段康复锻炼情况，绘制康复锻炼步数曲线、肌力变化曲线、每日心率变化曲线、皮温心电图等变化曲线，对患者康复锻炼期间信息进行总结并以图形化方式显示出来。
[0040]如患者为下肢手术或外伤后康复患者，可以通过佩戴主体中的生命体征监测模块获得的生命体征，如皮温、肌力、是否水肿等信息，结合锻炼步数步幅变化判断患者康复情况，便于医师随时获得相关康复情况及给出进一步指导。
[0041]由于数据可以通过有线连接或无线网络进行同步，医师不但可以及时获得患者康复锻炼信息，还能不断收集患者信息，汇总成大样本大数据，通过科学的统计分析，最终得出更合理更具有针对性的康复计划。
【主权项】
1.一种可穿戴的下肢康复锻炼步态监测分析设备，其特征在于，由服务器端、患者端和医师端组成，患者端和医师端分别与服务器端通讯连接；患者端采集硬件设备监测到的患者步态数据及生命体征数据，并上传至服务器端；医师端从服务器端获取患者步态数据及生命体征数据，并对获取的数据进行分析处理； 所述患者端由穿戴主体及至少一个定位辅件组成，所述定位辅件与穿戴主体采用无线通讯连接;穿戴主体包括处理器、动作捕捉单元、生命体征监测单元、数据连接单元、电池单元、储存器、反馈模块及辅件配套模块，动作捕捉单元、生命体征监测单元、数据连接单元、电池单元、储存器、反馈模块及辅件配套模块分别与处理器电路连接。2.如权利要求1所述的一种可穿戴的下肢康复锻炼步态监测分析设备，其特征在于，所述动作捕捉单元用于捕捉患者运动状态及动作信息；生命体征监测单元包括常规检测模块，用于对患者生命体征进行监测；电池单元用于为穿戴主体供电；反馈模块在控制器的控制下向患者发出反馈信息;数据连接单元包括有线传输模块和无线传输模块;辅件配套模块用于对定位辅件进行位置标定;定位辅件与穿戴主体通过数据连接单元的无线通讯模块连接;处理器将动作捕捉单元、生命体征监测单元以及经过位置标定后的定位辅件获取的数据进行综合处理，并将处理后的数据通过储存器进行储存；穿戴主体通过数据连接单元与服务器端通讯连接，进行数据上传。3.如权利要求1所述的一种可穿戴的下肢康复锻炼步态监测分析设备，其特征在于，所述动作捕捉单元捕捉的患者运动状态及动作信息包括步长、步宽、步幅、步频、步速、支撑期、摆动期。4.如权利要求1所述的一种可穿戴的下肢康复锻炼步态监测分析设备，其特征在于，所述生命体征监测单元对患者生命体征进行监测包括获取患者皮温、血压、心率、血氧饱和度数据。5.如权利要求1所述的一种可穿戴的下肢康复锻炼步态监测分析设备，其特征在于，所述生命体征监测单元还包括拓展模块。6.如权利要求1所述的一种可穿戴的下肢康复锻炼步态监测分析设备，其特征在于，所述电池单元包括内置电池和充电接口。7.如权利要求1所述的一种可穿戴的下肢康复锻炼步态监测分析设备，其特征在于，所述穿戴主体为环形结构，穿戴主体佩戴于患者脚踝处，所述定位辅件和穿戴主体分离，定位辅件置于患者腹股沟中外1/3处。8.如权利要求1所述的一种可穿戴的下肢康复锻炼步态监测分析设备，其特征在于，所述定位辅件为带显示屏的定位工具，定位辅件的显示屏通过穿戴主体的反馈模块控制，显示不同提示消息。
【文档编号】A61B5/11GK106073794SQ201610708083
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年8月23日
【发明人】秦彦国, 李瑞延, 王庆宇, 刘贯聪, 梁豪君, 林菲菲
【申请人】吉林大学