一種關(guān)節(jié)柔性治療裝置的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及過程控制方法與流程

本發(fā)明涉及一種計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，特別涉及一種關(guān)節(jié)柔性治療裝置的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及其治療過程的控制方法。

背景技術(shù)：

隨著社會(huì)的發(fā)展，人們生活節(jié)奏加快，精神壓力增大，慢性骨關(guān)節(jié)疾病的發(fā)病率也隨之明顯提高，并由此引發(fā)了患者多種慢性疾病的發(fā)生發(fā)展或者身體或肢體功能的喪失而導(dǎo)致身體殘疾，嚴(yán)重地影響了患者的生活質(zhì)量，甚至危及患者生命。目前，對(duì)慢性骨關(guān)節(jié)疾病的治療主要是采用物理康復(fù)療法來(lái)提高骨關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)功能，促進(jìn)患者關(guān)節(jié)功能的恢復(fù)和肢體障礙的去除，阻止或減緩疾病癥狀的加重發(fā)展，現(xiàn)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(xiàng)的牽引理療設(shè)施，但其中大多都是依靠醫(yī)護(hù)人員手工操作實(shí)施治療手動(dòng)治療裝置，部分電動(dòng)治療裝置也只是實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)單的電力施加負(fù)載的功能，不能做到對(duì)治療過程的精準(zhǔn)控制，無(wú)法實(shí)現(xiàn)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(shí)甚至還會(huì)產(chǎn)生操作失誤而導(dǎo)致治療事故，給患者造成二次身體損害。因此，針對(duì)骨關(guān)節(jié)疾病的病患特點(diǎn)和治療現(xiàn)狀，開發(fā)智能型關(guān)節(jié)柔性治療裝置和設(shè)備已經(jīng)成為當(dāng)前提高醫(yī)療手段、改善醫(yī)療條件、滿足醫(yī)患需要、解除廣大骨關(guān)節(jié)患者病患痛苦的一個(gè)重要課題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是，提供一種關(guān)節(jié)柔性治療裝置的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及其過程控制方法，以實(shí)現(xiàn)骨關(guān)節(jié)康復(fù)治療裝置的人性化和智能化，提高骨關(guān)節(jié)疾病的治療水平和治療效果。

所述關(guān)節(jié)柔性治療裝置的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，包括：主控計(jì)算機(jī)10、治療控制模塊20、柔性治療模塊40、數(shù)據(jù)采集模塊50和安全報(bào)警模塊30。

其中：所述主控計(jì)算機(jī)10為人機(jī)對(duì)話終端計(jì)算機(jī)，安裝有系統(tǒng)操作程序100，與所述治療控制模塊20進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，所述主控計(jì)算機(jī)10向所述治療控制模塊20發(fā)送治療指令，同時(shí)從所述治療控制模塊20獲取并存儲(chǔ)治療數(shù)據(jù)，對(duì)所述治療控制模塊20的治療控制過程進(jìn)行時(shí)時(shí)監(jiān)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(jì)算機(jī)10發(fā)出的治療指令和所述數(shù)據(jù)采集模塊50反饋的數(shù)據(jù)信息，生成并向所述柔性治療模塊40發(fā)出治療控制指令，對(duì)治療過程實(shí)施控制；同時(shí)，所述治療控制模塊20還從所述安全報(bào)警模塊30獲取安全報(bào)警信息，及時(shí)終止治療過程；所述柔性治療模塊40由治療床體403、機(jī)電傳動(dòng)機(jī)構(gòu)401和柔性治療機(jī)構(gòu)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(yù)設(shè)兩種模式，包括脊椎的靜態(tài)牽拉治療模式和關(guān)節(jié)的動(dòng)態(tài)康復(fù)治療模式；所述數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)，并向所述治療控制模塊20傳送數(shù)據(jù)信息，反饋治療狀態(tài)；所述安全報(bào)警模塊30為外部觸發(fā)報(bào)警系統(tǒng)，由若干個(gè)一鍵觸發(fā)式機(jī)械或者電子報(bào)警裝置組成，可在緊急狀態(tài)下迅速向所述治療控制模塊20發(fā)出安全警告信息，觸發(fā)所述治療控制模塊20終止治療過程。

所述主控計(jì)算機(jī)10中的系統(tǒng)操作程序100，包括有治療監(jiān)控系統(tǒng)101、方案設(shè)置系統(tǒng)102和治療數(shù)據(jù)庫(kù)103；所述方案設(shè)置系統(tǒng)102通過計(jì)算機(jī)外部設(shè)備接收醫(yī)護(hù)人員輸入的治療數(shù)據(jù)，生成數(shù)據(jù)化的治療方案存儲(chǔ)于所述治療數(shù)據(jù)庫(kù)103中，同時(shí)還通過計(jì)算機(jī)外部設(shè)備接受醫(yī)護(hù)人員指令，通過所述治療監(jiān)測(cè)系統(tǒng)101向所述治療控制模塊20發(fā)出治療指令；在治療過程中，所述主控計(jì)算機(jī)10可時(shí)時(shí)接收所述治療控制模塊20返回的治療數(shù)據(jù)，所述治療數(shù)據(jù)即時(shí)存儲(chǔ)于所述治療數(shù)據(jù)庫(kù)103中，所述治療監(jiān)控系統(tǒng)101通過所述治療數(shù)據(jù)對(duì)治療過程進(jìn)行時(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；同時(shí)，所述治療監(jiān)控系統(tǒng)101還可按照醫(yī)護(hù)人員的輸入指令，隨時(shí)向所述治療控制模塊20發(fā)出新的治療指令，從而改變當(dāng)前治療狀態(tài)或者結(jié)束當(dāng)前的治療進(jìn)程，對(duì)治療過程實(shí)施監(jiān)控。

所述治療控制模塊20中的治療控制程序200，包括有數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)201、過程控制系統(tǒng)202和安全識(shí)別系統(tǒng)203。

其中：所述數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)201對(duì)接收到的所述主控計(jì)算機(jī)10發(fā)出的治療指令和所述數(shù)據(jù)采集模塊50反饋的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，按照治療控制程序200的功能設(shè)定，對(duì)所述柔性治療模塊40的治療動(dòng)作進(jìn)行柔化設(shè)計(jì)，生成新的治療控制指令；所謂對(duì)治療動(dòng)作的柔化設(shè)計(jì)，就是從人體生理和生態(tài)學(xué)的特點(diǎn)出發(fā)，控制預(yù)設(shè)治療模式下主要治療參數(shù)的柔性變化，提高患者治療的安全性和舒適性；在所述靜態(tài)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(shí)間t保持特定的函數(shù)關(guān)系，使所述牽拉力副f由零漸次增加或者減小，柔性達(dá)到程序預(yù)設(shè)的牽拉力治療參數(shù)值fmax或者從所述牽拉力治療數(shù)值fmax卸載；在所述動(dòng)態(tài)康復(fù)柔性治療模式下，控制牽拉和復(fù)位速度v柔性變化，即：控制牽拉和復(fù)位速度v與時(shí)間t保持特定的函數(shù)關(guān)系，使所述牽拉和復(fù)位速度v由零漸次提高或者降低，柔性達(dá)到程序預(yù)設(shè)的牽拉和復(fù)位速度治療參數(shù)值vmax或者從所述牽拉和復(fù)位速度治療參數(shù)值vmax歸零。

為了實(shí)現(xiàn)所述柔性治療過程，在所述治療控制程序200的數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)201中，可預(yù)先設(shè)定在靜態(tài)牽拉柔性治療模式和動(dòng)態(tài)康復(fù)柔性治療模式下主要治療參數(shù)與時(shí)間的特性關(guān)系，所述特性關(guān)系可依據(jù)治療目的、病患部位、設(shè)備特點(diǎn)等因素進(jìn)行優(yōu)選優(yōu)化，例如，對(duì)較小的局部患處或者較低的負(fù)載載荷的情況，可選擇線性函數(shù)特性關(guān)系，對(duì)軀干或者大關(guān)節(jié)的高負(fù)載治療，則必須選擇充分柔化的復(fù)雜曲線函數(shù)特性關(guān)系；所述優(yōu)選優(yōu)化的基本原則是：滿足人體生理和生態(tài)學(xué)特征，在保證所述柔性治療模塊40實(shí)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(shí)間，提高治療效率。

所述過程控制系統(tǒng)202將所述數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)201生成的治療控制指令發(fā)送到所述柔性治療模塊40并對(duì)所述柔性治療模塊40的治療過程實(shí)施控制，同時(shí)將所述治療控制指令的數(shù)據(jù)信息傳送到所述主控計(jì)算機(jī)10并存儲(chǔ)在所述治療數(shù)據(jù)庫(kù)103當(dāng)中。

所述安全識(shí)別系統(tǒng)203為安全判斷程序，設(shè)置有雙重保護(hù)功能措施。

一是內(nèi)部保護(hù)功能，所述安全識(shí)別系統(tǒng)203預(yù)設(shè)有安全閾值數(shù)據(jù)庫(kù)，所述安全閾值是判斷治療方案安全性的標(biāo)準(zhǔn)限值，不同治療模式下、不同的治療部位上的治療參數(shù)都分別設(shè)置不同的安全閾值，這些數(shù)值數(shù)據(jù)構(gòu)成了所述安全閾值數(shù)據(jù)庫(kù)；在治療過程中，所述安全識(shí)別系統(tǒng)203即時(shí)將所述數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)201生成的所述治療控制指令中的數(shù)據(jù)參數(shù)與相應(yīng)的安全閾值進(jìn)行比對(duì)，一旦發(fā)現(xiàn)有超過安全閾值的數(shù)據(jù)參數(shù)，立即向所述過程控制系統(tǒng)202發(fā)出終斷指令，所述過程控制系統(tǒng)202向所述柔性治療模塊發(fā)出指令，停止治療進(jìn)程。

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

一種關(guān)節(jié)康復(fù)治療裝置的計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)10發(fā)出指令，使所述治療控制模塊20啟動(dòng)；

步驟k221，所述治療控制模塊20接收主控計(jì)算機(jī)10發(fā)出的治療指令，包括治療模式、以及相應(yīng)的初始治療數(shù)據(jù)；

步驟k222，所述治療控制模塊20接收數(shù)據(jù)采集模塊50反饋的治療數(shù)據(jù)信息，反映時(shí)時(shí)的治療狀態(tài)；

步驟k223，所述治療控制模塊20接收安全報(bào)警模塊30傳送的安全警報(bào)信息，實(shí)施時(shí)時(shí)的安全監(jiān)測(cè)；

步驟k230，所述數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)201對(duì)步驟k221接收到的治療指令和步驟k222接收到的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，按照所述治療控制程序200的功能設(shè)定，生成新的治療控制指令；

步驟k240，由所述安全識(shí)別系統(tǒng)203執(zhí)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(shí)別系統(tǒng)203中預(yù)設(shè)安全閾值的數(shù)據(jù)，或者步驟k223接收到的安全警報(bào)信息中是否安全報(bào)警的請(qǐng)求信息，如果答案為“是”，則轉(zhuǎn)向執(zhí)行步驟k270，結(jié)束治療進(jìn)程，如果答案為“否”，執(zhí)行步驟k250，繼續(xù)治療進(jìn)程；

步驟k250，所述過程控制系統(tǒng)202向所述柔性治療模塊40發(fā)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(jìn)一步的治療動(dòng)作，同時(shí)所述治療控制系統(tǒng)202將所述治療控制指令的數(shù)據(jù)信息傳送到所述主控計(jì)算機(jī)10并存儲(chǔ)在所述治療數(shù)據(jù)庫(kù)103當(dāng)中；

步驟k260，由所述過程控制系統(tǒng)202執(zhí)行時(shí)間判斷程序，判斷當(dāng)前已進(jìn)行的治療時(shí)間是否達(dá)到了步驟k221從主控計(jì)算機(jī)10接收到治療指令中預(yù)設(shè)的治療時(shí)間，如果答案為“是”，繼續(xù)執(zhí)行步驟k270，結(jié)束治療進(jìn)程，如果答案為“否”，則轉(zhuǎn)向執(zhí)行步驟k221、步驟k222和步驟k223，繼續(xù)治療進(jìn)程；

步驟k270，由所述過程控制系統(tǒng)202向所述主控計(jì)算機(jī)返回治療數(shù)據(jù)；

步驟k280，所述治療控制模塊20停止工作，結(jié)束治療進(jìn)程。

本發(fā)明的有益效果是：提供一種關(guān)節(jié)柔性治療裝置的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及其治療過程的控制方法，應(yīng)用于骨關(guān)節(jié)康復(fù)治療裝置當(dāng)中，能夠?qū)崿F(xiàn)治療過程的全自動(dòng)控制，還能實(shí)現(xiàn)治療載荷的柔性加載和漸次卸載，促進(jìn)了關(guān)節(jié)康復(fù)治療的人性化和智能化，該系統(tǒng)應(yīng)用于肩、肘、膝、踝、髖等關(guān)節(jié)、以及頸椎、脊椎等疾病的治療設(shè)施中，能夠顯著提高治療水平、治療效果和診療效率。

附圖說(shuō)明

圖1、關(guān)節(jié)柔性治療裝置的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖。

圖2、治療控制模塊治療控制過程工作流程圖。

圖3、靜態(tài)牽拉治療載荷柔性加載、卸載的時(shí)間特性曲線。

圖4、動(dòng)態(tài)康復(fù)治療牽拉速度增加、減小的時(shí)間特性曲線。

具體實(shí)施例

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步描述。

一種關(guān)節(jié)康復(fù)治療裝置的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，如圖1所示，包括：主控計(jì)算機(jī)10、治療控制模塊20、柔性治療模塊40、數(shù)據(jù)采集模塊50和安全報(bào)警模塊30。其中：所述主控計(jì)算機(jī)10為pc計(jì)算機(jī)，所述治療控制模塊20為arm單板機(jī)，所述柔性治療模塊40由治療床體403、機(jī)電傳動(dòng)機(jī)構(gòu)401和柔性治療機(jī)構(gòu)402組成，具有脊椎靜態(tài)牽拉治療和關(guān)節(jié)動(dòng)態(tài)康復(fù)治療兩種柔性治療模式，所述數(shù)據(jù)采集模塊50由傳感器組組成，所述傳感器系統(tǒng)包括有壓力傳感器、位移傳感器和速度傳感器，所述安全報(bào)警模塊30由兩個(gè)按鍵式機(jī)電報(bào)警裝置組成，分別設(shè)置安裝于治療床體403上和治療操作臺(tái)上。

醫(yī)護(hù)人員對(duì)患者進(jìn)行治療時(shí)，首先啟動(dòng)所述主控計(jì)算機(jī)10，從所述治療數(shù)據(jù)庫(kù)103調(diào)取患者往診信息，同時(shí)依據(jù)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(dòng)作，也可以是單一治療功能模式下的多種治療動(dòng)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(dòng)作的組合；治療方案確定后，醫(yī)護(hù)人員將所述治療方案的控制參數(shù)輸入所述方案設(shè)置系統(tǒng)102中，對(duì)治療方案進(jìn)行數(shù)據(jù)化設(shè)置，其中，靜態(tài)牽拉治療模式下需要輸入的數(shù)據(jù)參數(shù)應(yīng)包括有治療時(shí)間t和最大牽拉力fmax等，動(dòng)態(tài)康復(fù)治療模式下需要輸入的數(shù)據(jù)參數(shù)應(yīng)包括有治療時(shí)間t和牽拉受力點(diǎn)相對(duì)于治療關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的最大線速度vmax；設(shè)置完成后通過所述治療監(jiān)控系統(tǒng)101向所述治療控制模塊20發(fā)出治療指令，所述治療控制模塊20按照?qǐng)D2所示的工作流程對(duì)患者實(shí)施治療，醫(yī)護(hù)人員通過所述治療監(jiān)控系統(tǒng)101對(duì)治療過程進(jìn)行全程時(shí)時(shí)監(jiān)控；當(dāng)出現(xiàn)意外或者緊急情況時(shí)，醫(yī)護(hù)人員和患者可迅速按下分別設(shè)置于診療臺(tái)和治療床400上的機(jī)電報(bào)警裝置，觸發(fā)所述安全報(bào)警模塊30發(fā)出警報(bào)信息，停止治療進(jìn)程。

在治療控制程序200中，所述數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)201設(shè)定的靜態(tài)牽拉治療模式下牽拉力f隨時(shí)間t變化的特性函數(shù)關(guān)系和動(dòng)態(tài)康復(fù)治療模式下牽拉和復(fù)位速度v隨時(shí)間t變化的函數(shù)關(guān)系，均分別優(yōu)選為正弦函數(shù)關(guān)系，在所述優(yōu)選的正弦函數(shù)關(guān)系條件下，所述柔性治療模塊40實(shí)施的治療動(dòng)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(shí)間，保證治療效率，提高治療效果。

圖3所示為靜態(tài)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(shí)間t的變化規(guī)律。其中：oa區(qū)段為負(fù)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(shè)定值fmax；ab區(qū)段為負(fù)荷保持階段，保持載荷恒定進(jìn)行牽拉治療；bt區(qū)段為負(fù)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(dá)到預(yù)設(shè)治療時(shí)間t后完成治療過程。

各階段函數(shù)表達(dá)式如下。

oa段：。

ab段：。

bt段：。

其中：ω為頻率常數(shù)，參照預(yù)設(shè)載荷fmax大小取值，一般選取范圍為0.5～1.0。

圖4所示為動(dòng)態(tài)康復(fù)治療模式下牽拉和復(fù)位速度v柔性增大、減小特性曲線，反映了牽拉和復(fù)位速度v隨時(shí)間t的變化規(guī)律。其中：oe區(qū)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(shè)定值vmax；cd區(qū)段為恒速保持階段，保持軀干或者肢體以vmax恒速運(yùn)動(dòng)；de區(qū)段為控制減速階段，在軀干或者肢體運(yùn)動(dòng)到預(yù)設(shè)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(dá)到治療體位時(shí)降低到零；eg區(qū)段為加速?gòu)?fù)位階段，所述治療控制模塊20控制控制軀干或者肢體復(fù)位運(yùn)動(dòng)，使反向牽拉速度由零逐步增加到治療方案設(shè)定值vmax；gh區(qū)段為恒速?gòu)?fù)位階段，保持軀干或者肢體以vmax恒速?gòu)?fù)位；ht區(qū)段為復(fù)位減速階段，在軀干或者肢體恢復(fù)到初始體位之前，所述治療控制模塊20控制復(fù)位速度由vmax逐步減小，達(dá)到初始體位時(shí)降低到零，完成治療過程。

各階段函數(shù)表達(dá)式如下。

oc段：。

cd段：。

de段和eg段：。

gh段：。

ht段：。

其中：ω為頻率常數(shù)，參照預(yù)設(shè)治療牽拉速度vmax大小取值，一般選取范圍為0.4～0.8。