專利名稱：中風患者早期康復訓練的輔助器械及方法
技術領域：
本發明涉及醫療器械類，有關一種中風患者早期康復訓練的輔助器械及方法，尤其是采用工業機器人幫助中風患者早期康復訓練的輔助器械及方法。
背景技術：
目前，公知的中風患者早期康復訓練主要由康復醫師人工實施。康復訓練過程中， 康復醫師與患者一對一，康復醫師手持患者患側肢體的特定部位-手腕部或腳踝部，按照 康復訓練運動規范進行重復性的康復訓練，每次康復訓練持續約40分鐘。這種康復訓練方 式占用康復醫師數量多，康復醫師勞動強度大，且康復訓練質量受康復醫師技能水平、情緒 狀態、體能狀態的影響而處于波動的不穩定狀態。

發明內容
為了克服現有中風患者早期康復訓練方法占用康復醫師數量多，康復醫師勞動強 度大，康復訓練質量受人為因素干擾不穩定等問題，本發明提出了一種中風患者早期康復 訓練的輔助器械及方法。本發明的技術方案是采用康復訓練的輔助器械-氣囊夾持器和一整套完備的訓 練方法實現的在康復訓練中心設置康復訓練運動數據采集室一間和與康復訓練運動數據采集 室相鄰的康復訓練室一間。康復訓練運動數據采集室內設置三維運動捕捉系統一套、能夠 限定患者平躺方位且設置了坐標系的康復訓練床一張；康復訓練運動數據采集時，將中風患者按限定的方位平躺于康復訓練床上，康復 醫師用手握持患者患側肢體進行康復訓練運動，形成一套完整的康復訓練動作程式，同時， 三維運動捕捉系統開始工作，采集康復醫師手背部三測量點信息，形成康復訓練運動數據。數據采集完成后，患者被轉至康復訓練室，康復訓練運動數據被送至計算機進行 數據處理。計算機數據處理的內容包括將康復醫師手背部三測量點空間軌跡信息通過平 面中心及法矢量求解轉換為一條軌跡及一種姿態信息的數據轉換，通過判斷點與點之間的 距離變化和姿態變化是否突破閾值來進行異常點剔除，通過最小二乘法進行曲線與姿態擬 合，依據工業機器人的工作速度提取康復訓練運動數據，通過坐標變換將康復訓練運動數 據由三維運動捕捉系統坐標系表示轉換為由康復訓練床坐標系表示。計算機處理后的康復 訓練運動數據被傳送到康復訓練室的工業機器人。康復訓練室安裝有數張康復訓練床和數 臺工業機器人。康復訓練室中康復訓練床的狀態、安放方位、對患者平躺方位的限定與康復 訓練運動數據采集室的康復訓練床一樣，康復訓練室中工業機器人可以在康復訓練床附近 做一定范圍的水平移動，以適應不同體態患者康復訓練的需要，工業機器人每次移動的方 位與距離被記錄，以便標定工業機器人在康復訓練床坐標系中的位置。工業機器人收到康 復訓練運動數據后，要將運動數據由康復訓練床坐標系表示變換為由工業機器人坐標系表 示，然后調用工業機器人內部程序進行正解運算，將康復訓練運動數據轉變為工業機器人各關節對應的運動數據。中風患者進入康復訓練室后，按限定的方位要求平躺于康復訓練 床上，工業機器人通過氣囊夾持器夾持患者的手腕部或腳踝部，帶動患者患側肢體按康復 訓練運動數據要求進行往復訓練，直至一次訓練的定時終止。本發明的康復訓練的方法在康復訓練中心設置康復訓練運動數據采集室，進行康復訓練運動數據采集時， 將患者按限定的方位平躺于康復訓練床上，康復醫師用手握持患者患側肢體進行康復訓練 運動，形成一套完整的康復訓練動作程式；在康復師對患者進行康復訓練的同時，三維運動捕捉系統開始工作，采集康復醫 師手背部三測量點的信息，形成康復訓練運動數據，數據采集完成后，患者被轉至康復訓練 室；康復訓練運動數據被送至計算機進行數據處理，計算機數據處理的內容包括將 醫師手背部三測量點的空間軌跡信息通過平面中心及法矢量求解轉換為一條軌跡及一種 姿態信息的數據轉換，通過判斷點與點之間的距離變化和姿態變化是否突破閾值來進行異 常點剔除，通過最小二乘法進行曲線與姿態擬合，依據工業機器人的工作速度提取康復訓 練運動數據，通過坐標變換將康復訓練運動數據由三維運動捕捉系統坐標系表示轉換為由 康復訓練床坐標系表示；康復訓練室安裝有康復訓練床和工業機器人，計算機處理后的康復訓練運動數據 被傳送到康復訓練室的工業機器人，康復訓練室安裝有數張康復訓練床和數臺工業機器 人，康復訓練室中康復訓練床的狀態、安放方位、對患者平躺方位的限定與康復訓練運動數 據采集室的康復訓練床一樣，康復訓練室中工業機器人能夠在康復訓練床附近做一定范圍 的水平移動，以適應不同體態患者康復訓練的需要，工業機器人每次移動的方位與距離被 記錄，以便標定工業機器人在康復訓練床坐標系中的位置；工業機器人收到康復訓練運動數據后，將運動數據由康復訓練床坐標系表示變換 為由工業機器人坐標系表示，然后調用工業機器人內部程序進行正解計算，將康復訓練運 動數據轉變為工業機器人各關節對應的運動數據；中風患者進入康復訓練室后，按限定的方位要求平躺于康復訓練床上，工業機器 人通過氣囊夾持器夾持患者的手腕部或腳踝部，由機器人帶動患者患側肢體按康復訓練運 動數據要求進行往復訓練，直至一次訓練的定時終止；根據患者康復訓練的需要，重復前述的康復訓練步驟，使中風患者身體狀況得到 一定程度的改善，直至最后痊愈；若訓練新內容，則進入康復訓練運動數據采集室，重新開 始時的步驟以及隨后的完整步驟。為增強工業機器人通過氣囊夾持器夾持患者手腕部或腳踝部的可靠性和安全性， 本發明設計了一種氣囊夾持器，其具體結構包括氣囊夾持器的內部由三個以上均勻對稱分布或不對稱分布的手動充氣加壓、泄壓 的氣囊；氣囊之間由充氣導管連通，并粘結在圓環狀的支承圈內圓柱表面上；支承圈的外圓柱表面上制有凹槽，凹槽內安裝了帶有開口邊并由螺釘、螺母緊固 的回轉圈，支承圈由特氟龍材料制成；回轉圈與支承圈之間留有可做自由同軸回轉運動的間隙；
回轉圈在開口邊上與夾桿用一回轉銷連接，回轉圈帶動支承圈及氣囊可繞回轉軸做垂直于回轉圈軸線的回轉運動；夾桿的頸部被工業機器人的末端執行器夾持，并可繞頸部軸線做軸向回轉運動。本發明的有益效果是1、把康復醫師從繁重的體力勞動中解放出來，并且可以使高水平的康復醫師診療 更多的患者，給更多的中風患者解除病痛帶來的痛苦和不便。2、康復師的訓練水平完全體現在康復訓練的三維運動捕捉系統采集的康復訓練 運動數據中，訓練過程中不受人為因素干擾，康復訓練質量穩定。3、氣囊夾持器夾持患者肢體穩固，并可做三自由度回轉運動，避免康復訓練過程 中患者肢體被扭傷。


圖1是康復訓練工作流程圖。圖1中序號含義如下1.康復訓練運動數據采集室，2.康復訓練床，3.三維運動 捕捉系統，4.計算機，5.康復訓練室，6、8、n.工業機器人，7、9、n+l.康復訓練床。圖2是計算機數據處理主程序流程圖。圖3是工業機器人數據處理程序流程圖。
圖4是氣囊夾持器結構圖。圖4中序號含義如下1.手動充氣膠袋，2.控制閥，3.回轉圈，4.支承圈，5.氣囊， 6.導管，7.螺釘螺母，8.回轉銷，9.夾桿，10.螺母，11.滑動墊圈，12.開口銷。
具體實施例方式康復訓練的過程如附圖1所示患者首先被送入康復訓練運動數據采集室1中，并 按限定的方位平躺于康復訓練床2上，康復醫師用手握持患者患側肢體的手腕部或腳踝部 進行康復訓練運動，形成一套完整的、合理的康復訓練動作程式，同時，三維運動捕捉系統3 采集康復訓練運動數據；數據采集完成后，患者被轉至康復訓練室5內，康復訓練運動數據 被傳送至計算機4中進行數據處理，計算機處理后的康復訓練運動數據被傳送到康復訓練 室5內的工業機器人6或8或η。工業機器人6或8或η收到康復訓練運動數據后，要進行 坐標變換、工業機器人各運動關節運動參數求解；中風患者進入康復訓練室5后，按限定的 方位要求平躺于康復訓練床7或9或η+1上。工業機器人通過氣囊夾持器夾持患者的手腕 部或腳踝部，帶動患者患側肢體按康復訓練運動數據要求進行反復訓練，直至一次訓練的 定時終止。計算機數據處理主程序流程如附圖2所示。數據處理內容為數據轉換、異常點剔 除、曲線與姿態擬合、運動數據提取、運動數據的坐標變換。工業機器人數據處理程序流程如附圖3所示。數據處理內容為坐標變換、工業機 器人各運動關節運動參數求解。如附圖4所示，氣囊夾持器由手動充氣膠袋1、控制閥2、回轉圈3、支承圈4、氣囊 5、導管6、螺釘螺母7、回轉銷8、夾桿9、螺母10、滑動墊圈11和開口銷12組成。其中手動 充氣膠袋1用于提供給氣囊夾持器一定的壓力，由人工適當加壓而完成充氣，并通過導管6充斥到4個氣囊5中，以便以一定的壓力且是柔軟地使氣囊5夾緊在人體保健部位的手臂或腳踝上，控制氣閥2用于控制氣囊夾持器保持一定的壓力范圍，氣囊5粘結在圓環狀的支 承圈4內圓柱表面上；支承圈4由特氟龍材料制成，外圓柱表面上制有凹槽，凹槽內安裝了 帶有開口邊并由螺釘螺母7緊固的回轉圈3，回轉圈3與支承圈4之間留有一定的間隙，可 做自由的同軸回轉運動；回轉圈3在開口邊上與夾桿9用回轉銷8連接，回轉銷8上穿有開 口銷12，防止回轉銷8軸向串動，回轉圈3帶動支承圈4及氣囊5可繞回轉銷8做回轉運 動；夾桿9的頸部(滑動墊圈11以下部分)被工業機器人的末端執行器做間隙夾持，滑動 墊圈11和螺母12配合作用防止夾持脫落，使夾桿9可繞其頸部軸線做回轉運動。氣囊夾 持器具有三個轉動自由度，在夾持患者肢體運動時，防止對患者肢體扭傷。
權利要求
一種中風患者早期康復訓練的輔助器械，其特征在于一氣囊夾持器，其內部由三個以上均勻對稱分布或不對稱分布的手動充氣加壓、泄壓的氣囊；氣囊之間由充氣導管連通，并粘結在圓環狀的支承圈內圓柱表面上；支承圈的外圓柱表面上制有凹槽，凹槽內安裝了帶有開口邊并由螺釘、螺母緊固的回轉圈，支承圈由特氟龍材料制成；回轉圈與支承圈之間留有可做自由同軸回轉運動的間隙；回轉圈在開口邊上與夾桿用一回轉銷連接，回轉圈帶動支承圈及氣囊可繞回轉軸做垂直于回轉圈軸線的回轉運動；夾桿的頸部被工業機器人的末端執行器夾持，并可繞頸部軸線做回轉運動。
2.一種中風患者早期康復訓練的方法，其特征在于a、在康復訓練中心設置康復訓練運動數據采集室，進行康復訓練運動數據采集時，將 患者按限定的方位平躺于康復訓練床上，康復醫師用手握持患者患側肢體進行康復訓練運 動，形成一套完整的康復訓練動作程式；b、在康復師對患者進行康復訓練的同時，三維運動捕捉系統開始工作，采集康復醫師 手部三測量點特征信息，形成康復訓練運動數據，數據采集完成后，患者被轉至康復訓練 室；c、康復訓練運動數據被送至計算機進行數據處理，計算機數據處理的內容包括將康 復醫師手背部三測量點的空間軌跡信息通過平面中心及法矢量求解轉換為一條軌跡及一 種姿態信息的數據轉換，通過判斷點與點之間的距離變化和姿態變化是否突破閾值來進行 異常點剔除，通過最小二乘法進行曲線與姿態擬合，依據工業機器人的工作速度提取康復 訓練運動數據，通過坐標變換將康復訓練運動數據由三維運動捕捉系統坐標系表示轉換為 由康復訓練床坐標系表示；d、康復訓練室安裝有康復訓練床和工業機器人，計算機處理后的康復訓練運動數據被 傳送到康復訓練室的工業機器人，康復訓練室安裝有數張康復訓練床和數臺工業機器人， 康復訓練室中康復訓練床的狀態、安放方位、對患者平躺方位的限定與康復訓練運動數據 采集室的康復訓練床一樣，康復訓練室中工業機器人能夠在康復訓練床附近做一定范圍的 水平移動，以適應不同體態患者康復訓練的需要，工業機器人每次移動的方位與距離被記 錄，以便標定工業機器人在康復訓練床坐標系中的位置；e、工業機器人收到康復訓練運動數據后，將運動數據由康復訓練床坐標系表示變換為 由工業機器人坐標系表示，然后調用工業機器人內部程序進行正解計算，將康復訓練運動 數據轉變為工業機器人各關節對應的運動數據；f>中風患者進入康復訓練室后，按限定的方位要求平躺于康復訓練床上，工業機器人 通過氣囊夾持器夾持患者的手腕部或腳踝部，由機器人帶動患者患側肢體按康復訓練運動 數據要求進行往復訓練，直至一次訓練的定時終止；g、根據患者康復訓練的需要，重復f 步驟，使中風患者身體狀況得到一定程度的改善， 直至最后痊愈；若訓練新內容，則進入康復訓練運動數據采集室，重新開始a以及隨后的完 整步驟。
全文摘要
本發明屬于醫療器械類，有關一種中風患者早期康復訓練的輔助器械及方法，其中氣囊夾持器的內部由三個以上的手動充氣加壓、泄壓的氣囊，氣囊之間由充氣導管連通，并粘結在圓環狀的支承圈內圓柱表面上，回轉圈帶動支承圈及氣囊可繞回轉軸做垂直于回轉圈軸線的回轉運動，進行康復訓練時，首先進行數據采集，康復醫師用手握持患者患側肢體進行康復訓練運動，形成一套完整的康復訓練動作程式，數據采集完成后被送至計算機進行數據處理，計算機處理后的康復訓練運動數據被傳送到康復訓練室的工業機器人，并由工業機器人將運動數據由康復訓練床坐標系表示變換為由工業機器人坐標系表示，由機器人通過氣囊夾持器夾持患者的手腕部或腳踝部，按康復訓練運動數據要求進行往復訓練，直至一次訓練的定時終止。
文檔編號A61H1/00GK101822605SQ201010161700
公開日2010年9月8日 申請日期2010年4月1日 優先權日2010年4月1日
發明者于淼, 侯躍謙, 周鳳臣, 孫冰寒, 張代治, 陳岱民 申請人:長春大學