本發(fā)明涉及康復(fù)訓(xùn)練技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種多功能智能康復(fù)訓(xùn)練與評(píng)估系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著社會(huì)加速邁入老齡化，老年疾病，中風(fēng)等導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)障礙的疾病率日益增加，康復(fù)醫(yī)學(xué)科建設(shè)也保持增長，然而人力成本日益更加，康復(fù)醫(yī)師，治療師的缺口越來越大。在工業(yè)領(lǐng)域，安全精密的機(jī)器人已廣泛應(yīng)用于精密制造行業(yè)?？祻?fù)醫(yī)師和康復(fù)治療師的部分工作尤其是運(yùn)動(dòng)康復(fù)工作多為一些重復(fù)性協(xié)助或輔助肢體運(yùn)動(dòng)的工作。目前的康復(fù)機(jī)器人多為專一功能康復(fù)機(jī)器人，如步態(tài)康復(fù)機(jī)器人、手功能康復(fù)機(jī)器人，上肢康復(fù)機(jī)器人等，其功能要么為主動(dòng)康復(fù)要么為被動(dòng)康復(fù)，且康康復(fù)模式往往是設(shè)定好的固定模式；現(xiàn)有功能較為復(fù)雜和智能的機(jī)器人體積都很大，難以在病床旁治療，對(duì)于早期康復(fù)患者應(yīng)用受限；大部分機(jī)器人是固定的座椅類型或者將病人固定在機(jī)器人上，很難模擬真正的康復(fù)師手法治療；再加上機(jī)器人本身的成本較高，導(dǎo)致目前康復(fù)機(jī)器人在市場(chǎng)上的銷量并不大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N多功能智能康復(fù)訓(xùn)練與評(píng)估系統(tǒng)，包括控制終端、用于上下肢各關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練的機(jī)械臂以及相應(yīng)的力傳感器、位置傳感器、肌電傳感器和用于固定患者不同關(guān)節(jié)的3d打印支具；系統(tǒng)具備上下肢主動(dòng)、被動(dòng)、助力、預(yù)設(shè)、自定義等多種康復(fù)模式；

力傳感器設(shè)置于機(jī)械臂與患者接觸的一端，位置傳感器安裝于機(jī)械臂上可記錄機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)空間位置，肌電傳感器貼于患者的肌肉體表，機(jī)械臂、力傳感器、位置傳感器和肌電傳感器分別與控制終端信號(hào)連接；

控制終端通過采集分析力傳感器和肌電傳感器信息并結(jié)合機(jī)械臂內(nèi)置參數(shù)下發(fā)康復(fù)指令給機(jī)械臂，機(jī)械臂執(zhí)行康復(fù)指令作用于3d打印支具對(duì)患者實(shí)施相應(yīng)的康復(fù)訓(xùn)練動(dòng)作，且，控制終端于康復(fù)訓(xùn)練動(dòng)作過程中實(shí)時(shí)獲取并記錄機(jī)械臂的位置信息、肌電傳感器反饋患者的肌力以及力傳感器反饋患者訓(xùn)練過程中施加的力，并依此實(shí)時(shí)調(diào)整康復(fù)訓(xùn)練模式。

一種實(shí)施例中，機(jī)械臂與個(gè)性化的3d打印支具配合，能夠用于上下肢各關(guān)節(jié)的康復(fù)治療。

一種實(shí)施例中，機(jī)械臂具有六自由度方向的運(yùn)動(dòng)空間，力傳感器獲取機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)空間的六維的力信息。

一種實(shí)施例中，控制終端內(nèi)置有預(yù)設(shè)康復(fù)模塊和自定義康復(fù)模塊，預(yù)設(shè)康復(fù)模塊和自定義康復(fù)模塊分別內(nèi)置有被動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練、主動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練和助力康復(fù)訓(xùn)練。

一種實(shí)施例中，控制終端內(nèi)置有示教模塊，示教模塊被觸發(fā)時(shí)進(jìn)入示教模式，控制終端于示教模式狀態(tài)下實(shí)時(shí)記錄并存儲(chǔ)康復(fù)訓(xùn)練流程和機(jī)械臂動(dòng)作模式，記錄完畢后機(jī)械臂根據(jù)記錄的示教模式對(duì)患者實(shí)施相應(yīng)重復(fù)的被動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練。

一種實(shí)施例中，患者在預(yù)設(shè)康復(fù)模塊下進(jìn)行主動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練或助力康復(fù)訓(xùn)練過程中，控制終端實(shí)時(shí)獲取并存儲(chǔ)肌電傳感器反饋患者的肌力和力傳感器反饋患者訓(xùn)練過程中施加的力，對(duì)肌電傳感器反饋的肌力和力傳感器反饋的力進(jìn)行分析，并依分析結(jié)果實(shí)時(shí)調(diào)整機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)幅度和阻尼系數(shù)。

一種實(shí)施例中，控制終端還內(nèi)置有虛擬動(dòng)畫模擬模塊，患者康復(fù)訓(xùn)練過程中，虛擬動(dòng)畫模擬模塊執(zhí)行根據(jù)機(jī)械臂的位置信息、肌電傳感器反饋患者的肌力和力傳感器反饋的力模擬患者康復(fù)訓(xùn)練的動(dòng)作并形成相應(yīng)的虛擬動(dòng)畫。

一種實(shí)施例中，控制終端還內(nèi)置有康復(fù)評(píng)估模塊，康復(fù)評(píng)估模塊執(zhí)行根據(jù)患者被動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練、主動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練或助力康復(fù)訓(xùn)練過程中位置傳感器記錄的機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)空間位置、肌電傳感器反饋患者的肌力和力傳感器反饋患訓(xùn)練過程中施加的力進(jìn)行評(píng)估。

一種實(shí)施例中，控制終端還內(nèi)置有個(gè)性化康復(fù)訓(xùn)練模塊，患者主動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練或助力康復(fù)訓(xùn)練過程中，個(gè)性化康復(fù)訓(xùn)練模塊執(zhí)行依據(jù)前一主動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練或助力康復(fù)訓(xùn)練過程中肌電傳感器反饋患者的肌力和力傳感器反饋患者訓(xùn)練過種中施加的力給出患者當(dāng)前主動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練或助力康復(fù)訓(xùn)練的方案。

一種實(shí)施例中，控制終端還內(nèi)置有匹配模塊，匹配模塊執(zhí)行根據(jù)患者的病況信息匹配并推薦相應(yīng)的康復(fù)訓(xùn)練療程。

依據(jù)上述實(shí)施例的多功能智能康復(fù)訓(xùn)練與評(píng)估系統(tǒng)，由于將機(jī)械臂應(yīng)用于上下肢康復(fù)訓(xùn)練中，與康復(fù)機(jī)器人相比，機(jī)構(gòu)臂體積小，成本低，而且，該系統(tǒng)集主動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練、被動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練和助力康復(fù)于一體，既有預(yù)設(shè)的康復(fù)訓(xùn)練模式也可以自定義康復(fù)訓(xùn)練模式，不僅能進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練還能進(jìn)行康復(fù)評(píng)估，功能多，通用性強(qiáng)，由于具備力和肌力反饋功能對(duì)于神經(jīng)與運(yùn)動(dòng)重建康復(fù)效果好；另外，通過記錄機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)空間位置、肌電傳感器反饋患者的肌力和力傳感器反饋的力創(chuàng)建相應(yīng)的虛擬動(dòng)畫，通過虛擬動(dòng)畫提高患者康復(fù)訓(xùn)練的興趣和樂趣。

附圖說明

圖1為康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)原理圖。

具體實(shí)施方式

下面通過具體實(shí)施方式結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

為解決現(xiàn)有康復(fù)機(jī)器人體積大，難以在病床旁治療，對(duì)于早期康復(fù)患者應(yīng)用受限，以及成本高的問題，本例提供一種多功能智能康復(fù)訓(xùn)練與評(píng)估系統(tǒng)，如圖1所示，包括控制終端、用于上下肢康復(fù)訓(xùn)練的機(jī)械臂、力傳感器、位置傳感器、肌電傳感器和用于固定患者不同關(guān)節(jié)的3d打印支具，患者根據(jù)控制終端提供的康復(fù)治療方案利用機(jī)械臂進(jìn)行主動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練、被動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練和助力康復(fù)訓(xùn)練，機(jī)械臂可以最大限度替代康復(fù)醫(yī)師的一些重復(fù)性工作，減少醫(yī)療機(jī)構(gòu)人力成本，另外，在關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練尤其是多關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練過程中，為了保證多關(guān)節(jié)中的每個(gè)關(guān)節(jié)按規(guī)劃的路徑運(yùn)動(dòng)和保護(hù)關(guān)節(jié)，需要使用支具來限定和支持關(guān)節(jié)，不同的患者或者不同的動(dòng)作需要不同的支具，本例提供的系統(tǒng)通過機(jī)械臂與個(gè)性化的3d打印支具配合能夠適用于上下肢各關(guān)節(jié)的康復(fù)治療。

需要說明的是，本例是通過機(jī)械臂執(zhí)行患者的康復(fù)訓(xùn)練動(dòng)作，機(jī)械臂具有六自由度方向的運(yùn)動(dòng)空間，相應(yīng)的，機(jī)械臂可以對(duì)肩關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)、腕關(guān)節(jié)、髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)進(jìn)行六自由度方向的康復(fù)訓(xùn)練，如，機(jī)械臂可以執(zhí)行相應(yīng)關(guān)節(jié)的屈伸、旋轉(zhuǎn)、滑移等動(dòng)作，適用于需要運(yùn)動(dòng)康復(fù)的早期、中期和后期的各個(gè)階段的患者，機(jī)械臂動(dòng)作控制的具體方式可參考現(xiàn)有機(jī)械臂技術(shù)領(lǐng)域中的控制方式。

具體的，力傳感器設(shè)置于機(jī)械臂與患者接觸的一端，通過力傳感器反饋康復(fù)訓(xùn)練過程中患者對(duì)機(jī)械臂施加的力，位置傳感器安裝于機(jī)械臂上可記錄機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)空間位置，肌電傳感器貼于患者的肌肉體表，通過肌電傳感器可以檢測(cè)康復(fù)訓(xùn)練過程中患者的肌肉力，機(jī)械臂、力傳感器、位置傳感器和肌電傳感器分別與控制終端信號(hào)連接；控制終端通過采集分析力傳感器和肌電傳感器信息并結(jié)合機(jī)械臂內(nèi)置參數(shù)(指機(jī)械臂的固有參數(shù)，如負(fù)載的規(guī)格大小，關(guān)節(jié)速度等)向機(jī)械臂下發(fā)康復(fù)指令，機(jī)械臂執(zhí)行康復(fù)指令作用于3d打印支具對(duì)患者實(shí)施相應(yīng)的康復(fù)訓(xùn)練動(dòng)作，且，控制終端于康復(fù)訓(xùn)練動(dòng)作過程中實(shí)時(shí)獲取并記錄機(jī)械臂的位置信息、肌電傳感器反饋患者的肌力以及力傳感器反饋患訓(xùn)練過程中施加的力，并依此實(shí)時(shí)調(diào)整康復(fù)訓(xùn)練模式。

本例的控制終端內(nèi)置有個(gè)人信息記錄模塊、信息采集與分析模塊、預(yù)設(shè)康復(fù)模塊和自定義康復(fù)模塊，其中，個(gè)人信息記錄模塊用于記錄患者的個(gè)人病況信息，并根據(jù)患者的康復(fù)訓(xùn)練情況自動(dòng)對(duì)患者的病況進(jìn)行實(shí)時(shí)更新；信息采集與分析模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)力傳感器、位置傳感器和肌電傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，并對(duì)采集的信息進(jìn)行分析，根據(jù)分析結(jié)果對(duì)患者的康復(fù)訓(xùn)練方案進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整；預(yù)設(shè)康復(fù)模塊內(nèi)置有多種預(yù)設(shè)康復(fù)訓(xùn)練方案，如，相關(guān)工作人員在控制終端的預(yù)設(shè)康復(fù)模塊中預(yù)存有多種常見的運(yùn)動(dòng)康復(fù)療法，由于預(yù)設(shè)康復(fù)模塊中設(shè)置的是固定的運(yùn)動(dòng)康復(fù)療法，為了讓患者有多種選擇，找到適合自身的康復(fù)訓(xùn)練方案，患者或相關(guān)工作人員根據(jù)患者的要求通過自定義康復(fù)模塊自定義相應(yīng)的康復(fù)訓(xùn)練方案。

進(jìn)一步，本例的預(yù)設(shè)康復(fù)模塊和自定義康復(fù)模塊分別內(nèi)置有被動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練、主動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練和助力康復(fù)訓(xùn)練，以擴(kuò)展本例系統(tǒng)的通用性，使各種患者根據(jù)本例系統(tǒng)都能達(dá)到康復(fù)訓(xùn)練的效果。

對(duì)于早期患者首次康復(fù)訓(xùn)練時(shí)，需要康復(fù)醫(yī)師手動(dòng)對(duì)患者實(shí)施相應(yīng)的康復(fù)訓(xùn)練操作，為了替代康復(fù)醫(yī)師的重復(fù)性工作，本例的控制終端還內(nèi)置有示教模塊，示教模塊被觸發(fā)時(shí)，康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)進(jìn)入示教模式，這時(shí)，康復(fù)醫(yī)師手動(dòng)操作機(jī)械臂對(duì)患者進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練，在示教模式狀態(tài)下，控制終端記錄并存儲(chǔ)康復(fù)醫(yī)師的康復(fù)訓(xùn)練流程和機(jī)械臂動(dòng)作模式，記錄完畢后，在無康復(fù)醫(yī)師指導(dǎo)的情況下，機(jī)械臂根據(jù)記錄的示教模式對(duì)患者實(shí)施相應(yīng)重復(fù)的被動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練。另外，控制終端還可以將康復(fù)醫(yī)師的示教動(dòng)作傳輸至后臺(tái)，以提供教學(xué)材料或者供實(shí)習(xí)人員學(xué)習(xí)材料，也可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)。

對(duì)于可以主動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練或助力康復(fù)訓(xùn)練的患者，特別是患者在預(yù)設(shè)康復(fù)模塊下進(jìn)行主動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練或助力康復(fù)訓(xùn)練過程中，控制終端通過信息采集與分析模塊實(shí)時(shí)獲取肌電傳感器反饋患者的肌力和力傳感器反饋患者訓(xùn)練過種中施加的力，并對(duì)肌電傳感器反饋的肌力和力傳感器反饋的力進(jìn)行分析，并依分析結(jié)果實(shí)時(shí)調(diào)整機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)幅度和阻尼系數(shù)，由于目前技術(shù)連續(xù)表面肌電動(dòng)作信號(hào)的起止點(diǎn)很難進(jìn)行準(zhǔn)確地自動(dòng)定位，從而難以實(shí)現(xiàn)多自由度機(jī)械臂的連續(xù)控制，本系統(tǒng)通過肢體與機(jī)械臂的接觸處放置力傳感器，力傳感器可以接收機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)空間的六維的力的信息，通過雅克比矩陣可以得到各個(gè)關(guān)節(jié)的力矩值，從而得到肢體施加給機(jī)械臂的合力和分力的大小和方向，結(jié)合肌電傳感器的監(jiān)測(cè)的肌電信號(hào)判斷肌力的大小和肌肉的疲勞程度，從而可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)調(diào)整機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)幅度和阻尼系數(shù)，以實(shí)現(xiàn)機(jī)械多自由度的機(jī)械臂的連續(xù)控制。

如，患者腕關(guān)節(jié)進(jìn)行某一主動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練的訓(xùn)練動(dòng)作時(shí)，如果控制終端采集的力傳感器反饋的力小于該訓(xùn)練動(dòng)作的預(yù)設(shè)力，則控制終端縮小機(jī)械臂在該訓(xùn)練動(dòng)作下的運(yùn)動(dòng)幅度，同時(shí)減小機(jī)械臂的阻尼系數(shù)，相應(yīng)的，如果采集的力傳感器反饋的力大于該訓(xùn)練動(dòng)作的預(yù)設(shè)力，則控制終端擴(kuò)大機(jī)械臂在該訓(xùn)練動(dòng)作下的運(yùn)動(dòng)幅度，同時(shí)，增大機(jī)械臂的阻尼系數(shù)，與機(jī)械臂的固定預(yù)設(shè)運(yùn)動(dòng)幅度和固定阻尼系數(shù)相比，動(dòng)態(tài)變化的機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)幅度和阻尼系數(shù)更能加快患者的康復(fù)。

控制終端還內(nèi)置有虛擬動(dòng)畫模擬模塊，患者康復(fù)訓(xùn)練過程中可模擬常見的作業(yè)治療措施如磨砂、據(jù)木、織布等生物力學(xué)措施；積木、橡皮泥、套環(huán)和日常生活活動(dòng)等感覺神經(jīng)措施。當(dāng)患者根據(jù)這些活動(dòng)進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練時(shí)，虛擬動(dòng)畫模擬模塊通過機(jī)械臂，位置傳感器、力傳感器，肌電傳感器采集患者的肢體運(yùn)動(dòng)路徑及力量，通過這些信息來完成模擬患者康復(fù)訓(xùn)練的動(dòng)作并形成相應(yīng)的虛擬動(dòng)畫，從而達(dá)到虛擬康復(fù)訓(xùn)練的目的，并可以根據(jù)虛擬動(dòng)畫的完成程度對(duì)患者進(jìn)行康復(fù)功能評(píng)估。另外患者可通過顯示器觀看該虛擬動(dòng)畫即可獲知自身訓(xùn)練動(dòng)作是否標(biāo)準(zhǔn)，及待改進(jìn)之處，以實(shí)現(xiàn)患者與虛擬動(dòng)畫的交互。

另外，本系統(tǒng)的虛擬動(dòng)畫不同于目前的僅僅是路徑規(guī)劃實(shí)現(xiàn)的虛擬動(dòng)畫，而是結(jié)合了肢體感覺的虛擬增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)動(dòng)畫，即本系統(tǒng)在記錄路徑的基礎(chǔ)上，結(jié)合肌電信號(hào)和力反饋信息，可在虛擬動(dòng)畫中添加患者的真實(shí)運(yùn)動(dòng)感覺。

為了對(duì)患者的康復(fù)訓(xùn)練進(jìn)行評(píng)估，進(jìn)一步，本例的控制終端還內(nèi)置有康復(fù)評(píng)估模塊，康復(fù)評(píng)估模塊執(zhí)行根據(jù)患者被動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練、主動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練或助力康復(fù)訓(xùn)練過程中位置傳感器記錄的機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)空間位置、肌電傳感器反饋患者的肌力和力傳感器反饋患訓(xùn)練過程中施加的力進(jìn)行評(píng)估，根據(jù)評(píng)估結(jié)果可詳細(xì)得知患者各個(gè)方面的康復(fù)情況。

由于患者在主動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練中各個(gè)階段的訓(xùn)練程度不同，為了實(shí)現(xiàn)針對(duì)每個(gè)患者的個(gè)性化康復(fù)訓(xùn)練，進(jìn)一步，本例的控制終端還內(nèi)置有個(gè)性化康復(fù)訓(xùn)練模塊，患者主動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練或助力康復(fù)訓(xùn)練過程中，個(gè)性化康復(fù)訓(xùn)練模塊記錄患者每一次康復(fù)訓(xùn)練的過程信息及病程信息，并依據(jù)前一主動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練或助力康復(fù)訓(xùn)練過程中肌電傳感器反饋患者的肌力和力傳感器反饋患者訓(xùn)練過種中施加的力給出當(dāng)前主動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練或助力康復(fù)訓(xùn)練的方案，如，前一主動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練的結(jié)果中顯示患者對(duì)機(jī)械臂施加的力較小，則個(gè)性化康復(fù)訓(xùn)練模塊在當(dāng)前主動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練的方案中會(huì)主動(dòng)提示患者加大關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的力度，以防止患者做無功的康復(fù)訓(xùn)練。

進(jìn)一步，由于每個(gè)患者的病況不同，為了適合不同患者的通用性康復(fù)訓(xùn)練，本例的控制終端還內(nèi)置有匹配模塊，當(dāng)控制終端獲取患者的病況信息后，匹配模塊執(zhí)行根據(jù)患者的病況信息匹配并推薦最佳的康復(fù)訓(xùn)練療程，提高康復(fù)訓(xùn)練的便捷性。

進(jìn)一步，本例的控制終端配置有觸摸屏，通過觸摸屏輸入患者的病況信息、選擇相應(yīng)的康復(fù)訓(xùn)練方案等其他操作。

需要說明的是，本例的機(jī)械臂體積小，可以設(shè)置于病床旁邊以解決患者早期康復(fù)訓(xùn)練受限的問題。

本例的系統(tǒng)不僅能夠減少醫(yī)療機(jī)構(gòu)人力成本，而且兼具主動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練、被動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練、和助力康復(fù)訓(xùn)練，既有預(yù)設(shè)的康復(fù)訓(xùn)練模式也可以自定義康復(fù)訓(xùn)練模式，不僅能進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練還能進(jìn)行康復(fù)評(píng)估，功能多，通用性強(qiáng)，由于具備力和肌力反饋功能對(duì)于神經(jīng)與運(yùn)動(dòng)重建康復(fù)效果好。另外，主動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練過程中患者與虛擬動(dòng)畫交互提高患者康復(fù)訓(xùn)練的興趣和樂趣。

以上應(yīng)用了具體個(gè)例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行闡述，只是用于幫助理解本發(fā)明，并不用以限制本發(fā)明。對(duì)于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，還可以做出若干簡單推演、變形或替換。