一種應(yīng)用于下肢骨折康復(fù)病人的應(yīng)力監(jiān)護(hù)裝置的研制

上海市第五人民醫(yī)院設(shè)備科（上海 200240）

1.系統(tǒng)概述

一般骨折病人的恢復(fù)期需4 周至4 個月不等，如對位、對線良好，需固定6 周，一般需3 個月。X 光片上顯示骨痂形成，骨折線消失，方可逐漸活動，專業(yè)醫(yī)師建議康復(fù)運(yùn)動以循序漸進(jìn)為原則，運(yùn)動量要由小到大，量力而行，動作由易到難。

下肢的康復(fù)鍛煉流程為：做股四頭肌、髖周圍肌的等長收縮及踝關(guān)節(jié)的主動伸屈活動→床上練習(xí)抬腿訓(xùn)練→坐床沿上健腿置患肢下肌力上抬→床邊站立→下肢關(guān)節(jié)功能康復(fù)器（CPM）訓(xùn)練→拄雙拐下地作負(fù)重行走→持拐行走→棄拐行走→下蹲運(yùn)動，運(yùn)動量循序漸進(jìn)。醫(yī)師根據(jù)骨痂愈合情況指導(dǎo)患者下地行走,負(fù)重根據(jù)骨折愈合的進(jìn)展情況逐步從部分負(fù)重過渡到完全負(fù)重。在臨床和X 線都證實(shí)骨折已愈合時才能完全負(fù)重。

所研制的監(jiān)護(hù)裝置由應(yīng)力傳感器、信號轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)采集卡和數(shù)據(jù)處理器組成，所述的應(yīng)力傳感器采集病人下肢應(yīng)力數(shù)據(jù)，通過信號轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行放大，然后經(jīng)數(shù)據(jù)采集卡模數(shù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理器上，數(shù)據(jù)處理器對數(shù)字信號進(jìn)行監(jiān)測顯示，給骨折康復(fù)病人提供一個直觀量化的應(yīng)力數(shù)值，使病患在行走鍛煉時做到心中有數(shù)，可以幫助下肢骨折患者合理科學(xué)地進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練，注重循序漸進(jìn)的鍛煉，幫助病患達(dá)到一個最佳的康復(fù)效果。

2.設(shè)計(jì)策略

a)制作左右雙腳測量壓力裝置；

b)方便病人安裝拆卸產(chǎn)品設(shè)備進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練；

c)雙腳可單獨(dú)進(jìn)行訓(xùn)練；

d)數(shù)值顯示：可測患者腳部三個受壓力的傳感器壓力值，波形顯示；

e)報(bào)警功能：可設(shè)定每個傳感器目標(biāo)值，患者通過訓(xùn)練達(dá)到目標(biāo)值進(jìn)行報(bào)警而得知訓(xùn)練的強(qiáng)度大?。?/p>

f)病例管理：記錄患者訓(xùn)練所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)以及產(chǎn)品可打印報(bào)告。

3.系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

圖1.系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖

4.硬件結(jié)構(gòu)組成和功能

4.1 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)

4.1.1 主機(jī)

程序運(yùn)行、存儲及連接其他外接設(shè)備。

4.1.2 顯示器

顯示信息。

4.1.3 鍵盤和鼠標(biāo)

進(jìn)行電腦操作。

4.1.4 藍(lán)牙適配器

用來傳輸采集與控制信號，通過藍(lán)牙從設(shè)備（如肌力測試儀，便攜終端、坐位站起評定儀等）進(jìn)行通訊。本終端通過藍(lán)牙控制從設(shè)備并獲得從設(shè)備所采集的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可以在本終端進(jìn)行處理，也可以通過藍(lán)牙傳給便攜終端進(jìn)行程序升級及程序控制。

4.1.5 打印機(jī)

打印報(bào)告。

4.1.6 電源

電池供電3V、2000mA 鋰電池。

4.2 腳墊、坐墊（供電方式：3.7v/2.5A 直流電源）

4.2.1 腳墊、坐墊壓力傳感器技術(shù)參數(shù)

1)輸出靈敏度 mV/V 1.0±10%；

2)綜合誤差 %F.S 0.1；

3)零點(diǎn)溫度漂移 %F.S/10?C 0.1；

4)靈敏度溫度漂移 %F.S/10?C 0.1；

5)零點(diǎn)輸出 mV/V±0.2；

6)輸入阻抗? 350±20/700 ±50 ；

7)輸出阻抗? 350±20/700 ±50；

8)過載能力 %F.S 150。

5.外形結(jié)構(gòu)圖

圖2.裝置結(jié)構(gòu)圖

6.軟件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

6.1 波形采集

傳感器受力信號按照下圖所示流程進(jìn)行處理。波形數(shù)據(jù)通過藍(lán)牙傳輸，傳輸數(shù)據(jù)包括左腳、右腳壓力傳感器的壓力信號，模數(shù)轉(zhuǎn)換器精度為12位，采樣率在20～100 赫茲之間可調(diào)，可同時接收八路模擬信號。在相應(yīng)的界面上實(shí)時顯示左右腳每個傳感器的壓力柱形圖。

6.2 圖譜顯示

在進(jìn)行評定時，屏幕同時顯示①左腳壓力——時間變化曲線；②右腳壓力——時間變化曲線；每條曲線占據(jù)一個獨(dú)立顯示區(qū)域，用不同顏色進(jìn)行顯示。

6.3 按鈕設(shè)置顯示

界面的右下角設(shè)有“測試準(zhǔn)備”、“開始測試”、“停止測試”、“測試結(jié)果”、“錄入報(bào)告”、“返回”六個按鈕和測試時間滑動條。測試準(zhǔn)備的設(shè)定時間為10 秒，“測試準(zhǔn)備”的測試數(shù)據(jù)不被保存，在相應(yīng)的界面上實(shí)時顯示左右腳每個傳感器的用力狀況。點(diǎn)擊“開始測試”按鈕，系統(tǒng)開始記錄和實(shí)時顯示采集數(shù)據(jù)，同時開始計(jì)時，當(dāng)采樣時間到達(dá)時，系統(tǒng)自動停止數(shù)據(jù)采集，并保存采樣數(shù)據(jù)到文件。點(diǎn)擊“停止測試”按鈕，系統(tǒng)立即停止數(shù)據(jù)采集，同時把采樣數(shù)據(jù)保存到文件。點(diǎn)擊“錄入報(bào)告”用于存儲此病人此次測試項(xiàng)目數(shù)據(jù)，此時，如果進(jìn)入報(bào)告模塊，可以看到生成的報(bào)告，如果需要還可以word 報(bào)告格式打印。點(diǎn)擊“返回”按鈕，系統(tǒng)返回到前一界面。

6.4 評定事件標(biāo)記

點(diǎn)擊“測試結(jié)果”按鈕，調(diào)用相應(yīng)的參數(shù)計(jì)算方法，參數(shù)由臨床醫(yī)生根據(jù)病人特點(diǎn)設(shè)定，得到評定數(shù)據(jù)顯示結(jié)果。

圖3.信號流程圖

圖4.系統(tǒng)運(yùn)行圖

6.5 評定數(shù)據(jù)顯示

點(diǎn)擊彈出分析報(bào)告選擇項(xiàng)目，包括表頭信息和表體內(nèi)容選擇。可輸出患者基本信息（姓名、性別、評估時間等）和評估參數(shù)，也可輸出選擇的圖形結(jié)果。

在進(jìn)行評定時，評定數(shù)據(jù)顯示如下內(nèi)容：

（1）左腳三個傳感器的最大壓力、平均壓力、報(bào)警壓力。

（2）右腳三個傳感器的最大壓力、平均壓力、報(bào)警壓力。

（3）回顧性對比分析（本次測試結(jié)果可從緩存讀取數(shù)據(jù)，也可以讀取保存在磁盤上的歷史數(shù)據(jù)文件，進(jìn)行對比分析）。

系統(tǒng)運(yùn)行圖顯示如下內(nèi)容：

?左右腳每個傳感器壓力值——時間變化曲線；

?左右腳警示壓力值；

?靈敏度、掃描速度的設(shè)置。

7.開發(fā)環(huán)境配置

類別操作系統(tǒng)開發(fā)語言軟件Win7操作系統(tǒng)C++ /VC6.0

8.運(yùn)行環(huán)境配置

類別標(biāo)準(zhǔn)配置最低配置計(jì)算機(jī)硬件Inter core2.8G、2G內(nèi)存、320G硬盤單核2.8G、1G內(nèi)存、80G硬盤軟件Win7操作系統(tǒng)WinXP操作系統(tǒng)其他溫度：-15?C～+35?C濕度：20%～75%

9.臨床意義

下肢骨折病人術(shù)后有效的功能鍛煉可以改善和增加局部血液循環(huán)，增強(qiáng)肌肉力量，預(yù)防肌腱及關(guān)節(jié)囊粘連和攣縮,軟化瘢痕,恢復(fù)關(guān)節(jié)和肢體正常功能。但是很多骨折術(shù)后病人由于各種原因,不能進(jìn)行有效的功能鍛煉而導(dǎo)致關(guān)節(jié)強(qiáng)直、屈曲攣縮而影響骨折術(shù)后治療的效果。病人由于骨折術(shù)后肢體功能恢復(fù)不能達(dá)到理想效果而直接影響術(shù)后病人工作、生活。

經(jīng)對我院骨折術(shù)后病人的調(diào)研發(fā)現(xiàn)，一是病人謹(jǐn)慎小心，怕痛和出現(xiàn)意外而不敢活動,擔(dān)心活動后致手術(shù)失?。欢遣∪思庇谇蟪?有較強(qiáng)的恢復(fù)肢體功能的欲望,不注意鍛煉方法而過早活動及負(fù)重,鍛煉過度,超前并隨意活動。這些都不利于康復(fù)措施的實(shí)施并易導(dǎo)致肌肉萎縮、關(guān)節(jié)僵硬、骨折延遲愈合或再骨折等并發(fā)癥。

康復(fù)鍛煉對下肢骨折患者至關(guān)重要，為了減少致殘率，幫助患者恢復(fù)肢體功能，提高患者的生活自理能力和生活質(zhì)量，我們研制一種下肢應(yīng)力監(jiān)護(hù)裝置，給骨折康復(fù)病人提供一個直觀量化的應(yīng)力數(shù)值，使病患在行走鍛煉時做到心中有數(shù)，防止腳部用力過猛或者不足而達(dá)不到應(yīng)有康復(fù)效果，幫助下肢骨折病人的康復(fù)。

目前國內(nèi)外尚無相同的研究項(xiàng)目，沒有一種量化的應(yīng)用于下肢骨折病人的監(jiān)護(hù)裝置，此裝置已獲得國家專利授權(quán)。作為下肢康復(fù)性監(jiān)護(hù)儀器，此裝置具有一定的實(shí)用性、新穎性，可以幫助下肢骨折患者合理科學(xué)地進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練，注重循序漸進(jìn)的鍛煉，避免負(fù)重過度或不足而達(dá)不到最佳效果。

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