本發明涉及一種計算機控制系統，特別涉及一種關節柔性治療裝置的計算機控制系統及其治療過程的控制方法。

背景技術：

隨著社會的發展，人們生活節奏加快，精神壓力增大，慢性骨關節疾病的發病率也隨之明顯提高，并由此引發了患者多種慢性疾病的發生發展或者身體或肢體功能的喪失而導致身體殘疾，嚴重地影響了患者的生活質量，甚至危及患者生命。目前，對慢性骨關節疾病的治療主要是采用物理康復療法來提高骨關節的運動功能，促進患者關節功能的恢復和肢體障礙的去除，阻止或減緩疾病癥狀的加重發展，現行使用的治療裝置形式繁雜、種類較多，包括有各種綜合和專項的牽引理療設施，但其中大多都是依靠醫護人員手工操作實施治療手動治療裝置，部分電動治療裝置也只是實現了簡單的電力施加負載的功能，不能做到對治療過程的精準控制，無法實現柔性加載、漸次卸載的人性化、智能化治療過程，存在手段落后、效率低下的問題，有時甚至還會產生操作失誤而導致治療事故，給患者造成二次身體損害。因此，針對骨關節疾病的病患特點和治療現狀，開發智能型關節柔性治療裝置和設備已經成為當前提高醫療手段、改善醫療條件、滿足醫患需要、解除廣大骨關節患者病患痛苦的一個重要課題。

技術實現要素：

本發明的目的是，提供一種關節柔性治療裝置的計算機控制系統及其過程控制方法，以實現骨關節康復治療裝置的人性化和智能化，提高骨關節疾病的治療水平和治療效果。

所述關節柔性治療裝置的計算機控制系統，包括：主控計算機10、治療控制模塊20、柔性治療模塊40、數據采集模塊50和安全報警模塊30。

其中：所述主控計算機10為人機對話終端計算機，安裝有系統操作程序100，與所述治療控制模塊20進行數據交互，所述主控計算機10向所述治療控制模塊20發送治療指令，同時從所述治療控制模塊20獲取并存儲治療數據，對所述治療控制模塊20的治療控制過程進行時時監控；所述治療控制模塊20為中央處理器，安裝有治療控制程序200，按照所述主控計算機10發出的治療指令和所述數據采集模塊50反饋的數據信息，生成并向所述柔性治療模塊40發出治療控制指令，對治療過程實施控制；同時，所述治療控制模塊20還從所述安全報警模塊30獲取安全報警信息，及時終止治療過程；所述柔性治療模塊40由治療床體403、機電傳動機構401和柔性治療機構402組成，在所述治療控制模塊20的指令下具體完成柔性治療過程，柔性治療預設兩種模式，包括脊椎的靜態牽拉治療模式和關節的動態康復治療模式；所述數據采集模塊50由傳感器組組成，所述傳感器主從所述柔性治療模塊40采集數據，并向所述治療控制模塊20傳送數據信息，反饋治療狀態；所述安全報警模塊30為外部觸發報警系統，由若干個一鍵觸發式機械或者電子報警裝置組成，可在緊急狀態下迅速向所述治療控制模塊20發出安全警告信息，觸發所述治療控制模塊20終止治療過程。

所述主控計算機10中的系統操作程序100，包括有治療監控系統101、方案設置系統102和治療數據庫103；所述方案設置系統102通過計算機外部設備接收醫護人員輸入的治療數據，生成數據化的治療方案存儲于所述治療數據庫103中，同時還通過計算機外部設備接受醫護人員指令，通過所述治療監測系統101向所述治療控制模塊20發出治療指令；在治療過程中，所述主控計算機10可時時接收所述治療控制模塊20返回的治療數據，所述治療數據即時存儲于所述治療數據庫103中，所述治療監控系統101通過所述治療數據對治療過程進行時時監測；同時，所述治療監控系統101還可按照醫護人員的輸入指令，隨時向所述治療控制模塊20發出新的治療指令，從而改變當前治療狀態或者結束當前的治療進程，對治療過程實施監控。

所述治療控制模塊20中的治療控制程序200，包括有數據分析系統201、過程控制系統202和安全識別系統203。

其中：所述數據分析系統201對接收到的所述主控計算機10發出的治療指令和所述數據采集模塊50反饋的數據信息進行數據分析，按照治療控制程序200的功能設定，對所述柔性治療模塊40的治療動作進行柔化設計，生成新的治療控制指令；所謂對治療動作的柔化設計，就是從人體生理和生態學的特點出發，控制預設治療模式下主要治療參數的柔性變化，提高患者治療的安全性和舒適性；在所述靜態牽拉柔性治療模式下，控制牽拉力f柔性變化，即：控制牽拉力f與時間t保持特定的函數關系，使所述牽拉力副f由零漸次增加或者減小，柔性達到程序預設的牽拉力治療參數值fmax或者從所述牽拉力治療數值fmax卸載；在所述動態康復柔性治療模式下，控制牽拉和復位速度v柔性變化，即：控制牽拉和復位速度v與時間t保持特定的函數關系，使所述牽拉和復位速度v由零漸次提高或者降低，柔性達到程序預設的牽拉和復位速度治療參數值vmax或者從所述牽拉和復位速度治療參數值vmax歸零。

為了實現所述柔性治療過程，在所述治療控制程序200的數據分析系統201中，可預先設定在靜態牽拉柔性治療模式和動態康復柔性治療模式下主要治療參數與時間的特性關系，所述特性關系可依據治療目的、病患部位、設備特點等因素進行優選優化，例如，對較小的局部患處或者較低的負載載荷的情況，可選擇線性函數特性關系，對軀干或者大關節的高負載治療，則必須選擇充分柔化的復雜曲線函數特性關系；所述優選優化的基本原則是：滿足人體生理和生態學特征，在保證所述柔性治療模塊40實施柔性治療的安全性和舒適性的前提下，盡可能縮短治療時間，提高治療效率。

所述過程控制系統202將所述數據分析系統201生成的治療控制指令發送到所述柔性治療模塊40并對所述柔性治療模塊40的治療過程實施控制，同時將所述治療控制指令的數據信息傳送到所述主控計算機10并存儲在所述治療數據庫103當中。

所述安全識別系統203為安全判斷程序，設置有雙重保護功能措施。

一是內部保護功能，所述安全識別系統203預設有安全閾值數據庫，所述安全閾值是判斷治療方案安全性的標準限值，不同治療模式下、不同的治療部位上的治療參數都分別設置不同的安全閾值，這些數值數據構成了所述安全閾值數據庫；在治療過程中，所述安全識別系統203即時將所述數據分析系統201生成的所述治療控制指令中的數據參數與相應的安全閾值進行比對，一旦發現有超過安全閾值的數據參數，立即向所述過程控制系統202發出終斷指令，所述過程控制系統202向所述柔性治療模塊發出指令，停止治療進程。

二是外部保護功能，所述外部安全警報信息由安全報警模塊30觸發，為了保證在緊急狀態下迅速發出警報信息，所述一鍵觸發式機械或者電子報警裝置可安裝設置在所述治療床體400上患者易于觸及的地方、治療操作臺上易于醫護人員觸及的地方、或者其他能夠易于患者和醫護人員觸及的地方；所述報警裝置一旦被觸及，所述安全報警模塊30將向所述治療控制模塊20發出報警信息，所述安全識別系統203識別后，立即向所述過程控制系統202發出終斷指令，所述過程控制系統202向所述柔性治療模塊發出指令，停止治療進程。

一種關節康復治療裝置的計算機過程控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟k210，由所述主控計算機10發出指令，使所述治療控制模塊20啟動；

步驟k221，所述治療控制模塊20接收主控計算機10發出的治療指令，包括治療模式、以及相應的初始治療數據；

步驟k222，所述治療控制模塊20接收數據采集模塊50反饋的治療數據信息，反映時時的治療狀態；

步驟k223，所述治療控制模塊20接收安全報警模塊30傳送的安全警報信息，實施時時的安全監測；

步驟k230，所述數據分析系統201對步驟k221接收到的治療指令和步驟k222接收到的數據信息進行數據分析，按照所述治療控制程序200的功能設定，生成新的治療控制指令；

步驟k240，由所述安全識別系統203執行安全判斷程序，判斷步驟k230生成的所述新的治療控制指令中是否有超過所述安全識別系統203中預設安全閾值的數據，或者步驟k223接收到的安全警報信息中是否安全報警的請求信息，如果答案為“是”，則轉向執行步驟k270，結束治療進程，如果答案為“否”，執行步驟k250，繼續治療進程；

步驟k250，所述過程控制系統202向所述柔性治療模塊40發出步驟k230生成的所述新的治療控制指令，控制所述柔性治療模塊40做出進一步的治療動作，同時所述治療控制系統202將所述治療控制指令的數據信息傳送到所述主控計算機10并存儲在所述治療數據庫103當中；

步驟k260，由所述過程控制系統202執行時間判斷程序，判斷當前已進行的治療時間是否達到了步驟k221從主控計算機10接收到治療指令中預設的治療時間，如果答案為“是”，繼續執行步驟k270，結束治療進程，如果答案為“否”，則轉向執行步驟k221、步驟k222和步驟k223，繼續治療進程；

步驟k270，由所述過程控制系統202向所述主控計算機返回治療數據；

步驟k280，所述治療控制模塊20停止工作，結束治療進程。

本發明的有益效果是：提供一種關節柔性治療裝置的計算機控制系統及其治療過程的控制方法，應用于骨關節康復治療裝置當中，能夠實現治療過程的全自動控制，還能實現治療載荷的柔性加載和漸次卸載，促進了關節康復治療的人性化和智能化，該系統應用于肩、肘、膝、踝、髖等關節、以及頸椎、脊椎等疾病的治療設施中，能夠顯著提高治療水平、治療效果和診療效率。

附圖說明

圖1、關節柔性治療裝置的計算機控制系統網絡結構圖。

圖2、治療控制模塊治療控制過程工作流程圖。

圖3、靜態牽拉治療載荷柔性加載、卸載的時間特性曲線。

圖4、動態康復治療牽拉速度增加、減小的時間特性曲線。

具體實施例

下面結合附圖對本發明的技術方案做進一步描述。

一種關節康復治療裝置的計算機控制系統，如圖1所示，包括：主控計算機10、治療控制模塊20、柔性治療模塊40、數據采集模塊50和安全報警模塊30。其中：所述主控計算機10為pc計算機，所述治療控制模塊20為arm單板機，所述柔性治療模塊40由治療床體403、機電傳動機構401和柔性治療機構402組成，具有脊椎靜態牽拉治療和關節動態康復治療兩種柔性治療模式，所述數據采集模塊50由傳感器組組成，所述傳感器系統包括有壓力傳感器、位移傳感器和速度傳感器，所述安全報警模塊30由兩個按鍵式機電報警裝置組成，分別設置安裝于治療床體403上和治療操作臺上。

醫護人員對患者進行治療時，首先啟動所述主控計算機10，從所述治療數據庫103調取患者往診信息，同時依據病人病患程度確定治療方案，所述治療方案既可以是單一治療功能模式下的單一治療動作，也可以是單一治療功能模式下的多種治療動作的組合，還可以是兩種治療功能模式組合下的多種治療動作的組合；治療方案確定后，醫護人員將所述治療方案的控制參數輸入所述方案設置系統102中，對治療方案進行數據化設置，其中，靜態牽拉治療模式下需要輸入的數據參數應包括有治療時間t和最大牽拉力fmax等，動態康復治療模式下需要輸入的數據參數應包括有治療時間t和牽拉受力點相對于治療關節運動的最大線速度vmax；設置完成后通過所述治療監控系統101向所述治療控制模塊20發出治療指令，所述治療控制模塊20按照圖2所示的工作流程對患者實施治療，醫護人員通過所述治療監控系統101對治療過程進行全程時時監控；當出現意外或者緊急情況時，醫護人員和患者可迅速按下分別設置于診療臺和治療床400上的機電報警裝置，觸發所述安全報警模塊30發出警報信息，停止治療進程。

在治療控制程序200中，所述數據分析系統201設定的靜態牽拉治療模式下牽拉力f隨時間t變化的特性函數關系和動態康復治療模式下牽拉和復位速度v隨時間t變化的函數關系，均分別優選為正弦函數關系，在所述優選的正弦函數關系條件下，所述柔性治療模塊40實施的治療動作能夠在保證治療安全性和舒適性的前提下，具有較短的載荷增減或者速度提降時間，保證治療效率，提高治療效果。

圖3所示為靜態牽拉治療模式下牽拉力f柔性加載、卸載特性曲線，反映了牽拉力f隨時間t的變化規律。其中：oa區段為負荷加載階段，所述治療控制模塊20控制載荷由零逐步增加到治療方案設定值fmax；ab區段為負荷保持階段，保持載荷恒定進行牽拉治療；bt區段為負荷卸載階段，所述治療控制模塊20控制治療載荷由fmax逐步減小到零，達到預設治療時間t后完成治療過程。

各階段函數表達式如下。

oa段：。

ab段：。

bt段：。

其中：ω為頻率常數，參照預設載荷fmax大小取值，一般選取范圍為0.5～1.0。

圖4所示為動態康復治療模式下牽拉和復位速度v柔性增大、減小特性曲線，反映了牽拉和復位速度v隨時間t的變化規律。其中：oe區段為加速牽拉階段，所述治療控制模塊20控制牽拉速度v由零逐步增加到治療方案設定值vmax；cd區段為恒速保持階段，保持軀干或者肢體以vmax恒速運動；de區段為控制減速階段，在軀干或者肢體運動到預設治療體位之前，所述治療控制模塊20控制牽拉速度由vmax逐步減小，達到治療體位時降低到零；eg區段為加速復位階段，所述治療控制模塊20控制控制軀干或者肢體復位運動，使反向牽拉速度由零逐步增加到治療方案設定值vmax；gh區段為恒速復位階段，保持軀干或者肢體以vmax恒速復位；ht區段為復位減速階段，在軀干或者肢體恢復到初始體位之前，所述治療控制模塊20控制復位速度由vmax逐步減小，達到初始體位時降低到零，完成治療過程。

各階段函數表達式如下。

oc段：。

cd段：。

de段和eg段：。

gh段：。

ht段：。

其中：ω為頻率常數，參照預設治療牽拉速度vmax大小取值，一般選取范圍為0.4～0.8。