一种脚踝康复装置控制方法

技术领域

本发明涉及医疗康复领域，特别是一种儿童脚踝康复装置控制方法。

背景技术

康复训练过程中存在以下几个问题：第一儿童及其家庭在康复机构的选择上收到了局限。很多医院不具备早期康复能力，而大部分私立医院规模小，提供的康复训练方法有限，再加上缺乏统一的行内监管、资金与人力的不足，导致了伤残儿童很难接收有效的康复训练。第二儿童家长(监护人)康复意识薄弱，开展康复训练积极性不高，或没有建立长期康复的意识。第三监护人有经济和精力上双重压力，康复训练是一个长期坚持的过程，康复效果不可能一次就很明显，家长和儿童失去对康复训练的信心，很多的康复训练费用昂贵导致很多家长选择自我康复。第四康复训练的是重复机械的过程，儿童在训练过程中会有抵触心理，自我管理能力较差，同时也消磨家长的耐心。第五针对不同伤残儿童的健康需求，采取相同的康复训练计划，未有专业医师指导训练，导致效果不佳。通过对患者、医生、监护人在儿童脚踝康复训练过程中面临的问题的研究有效得知患者的实际需求，从需求出发设计合理的康复装置。对儿童脚踝康复过程面临问题的研究是该设计第一个重要的内容。

发明内容

本发明针对患者康复过程中复杂的控制方法，提供一种可在社区或者家庭通过微信小程序控制矫形鞋的方法。

本发明为实现以上技术要求而采用的技术方案是：基于微信小程序控制的脚踝康复系统，其特征在于，通过微信端连接蓝牙、WIFI发送特定指令，脚踝康复装置接受到该信号，判断该指令类别，分别进入不同模式进行康复训练。

进一步的，上述的脚踝康复系统中：所述不同康复模式包括主动模式，被动模式以及游戏模式，患者可以根据自身康复状态选择不同康复模式。期间患者的心率血氧足底压力会一同上传微信端，实时显示，并通过算法分析，判断患者疲劳程度。

进一步的，上述的脚踝康复系统控制方法中：核心控制器实时的获取角度传感器加速度和角速度，通过四元数算法得到欧拉角，从而得到俯仰角变化，根据预先设定的角度对应范围，输出不同的电压控制矫形鞋依据人体不同步态实时变化。

进一步的，上述的脚踝康复系统控制方法中：依据正常人的步态变化，输出特定的电压控制矫形鞋变化符合人体跖屈背屈变化状态。该模式下还包含步频和幅度变化，调节二者，使之达到不同组合。

进一步的，上述的脚踝康复系统控制方法中：小游戏设有五个关卡，每个关卡设置奖励和惩罚机制，康复装置采用主动模式的控制方法，游戏界面的人物依据实时上传的步数前进，患者每前进一步，游戏人物前进一步。游戏内部设有奖励和惩罚机制，增加游戏体验感。

进一步的，上述的脚踝康复系统中：各个模式中均包含暂停、继续和停止，均通过微信小程序端控制，可根据患者状况进行调节。

进一步的，上述的脚踝康复系统中：心率血氧采集器件佩戴与患者指尖或者手腕处，康复训练过程中实时采集上传微信端显示。并利用人工智能算法，依据该生理数据判断患者疲劳程度，如若疲劳则微信控制端显示疲劳预警，患者也可依据自身疲劳状况，点击预先设定好的疲劳等级按钮，一键上传疲劳信息，修正疲劳信息。

进一步的，上述的脚踝康复系统中：实时采集足底压力数据，将患者本次训练数据与正常数据进行以及上次康复训练数据做对比分析，最后得到矫形鞋康复效果，该数据为医生判别康复效果提供依据。

进一步的，上述的脚踝康复系统中：微信小程序端分为患者端和医生端两种，康复数据医生共享，医生可根据每次上传的康复数据、视频和图片等，调整康复计划。

进一步的，上述的脚踝康复系统中：对踝足康复过程积累的数据进一步挖掘，研究踝足康复智慧医疗的大数据分析关键技术，包括踝足大数据采集与存储技术、数据预处理技术、大数据分析技术。通过大数据分析，挖掘踝足康复治疗数据中有重要价值的信息，提升社区康复医疗水平和医疗质量，如：量化评估康复效果；优化康复训练模式；优化康复方案和制订个性化的康复训练计划。

附图说明

图1为踝足装置整体控制流程图。

图2为被动模式流程图。

图3为主动模式流程图。

图4为微信矫形康复系统界面。

图5为主动模式界面。

图6为被动模式界面。

图7为游戏模式界面。

图8为矫形鞋装置图。

具体实施方式

1.整体流程

如下图1所示，首先程序初始化，包括各种外设模块的初始化，然后进入程序等待中断指令的接收，循环判断是否有中断指令回来，当接收到相应的指令时进入不同的训练模式。总体划分为三个模式，分别为被动模式，主动模式以及游戏模式。进入被动模式，此时患者处于坐姿或者躺姿状态，可依据小程序发回来的指令调节频率以及幅度，使患者依据自身的需求进行不同频率幅度的训练，并且实时上传训练过程中的心率，血氧等参数。进入主动模式，此时患者处于直立行走状态，基于行走过程中角度的变化，使得气泵输出不同的气量对应于正常人行走的状态，模仿正常人行走步态。在主动模式里还有小游戏的按钮，依据该指令，进入小游戏界面，引导患者进行康复训练。当接收到停止按钮后，所有器件停止工作，结束此次训练。

2.被动模式

具体操作流程如下图2所示，被动模式下，患者进行坐姿训练。接收到三位数的指令，其分别含义如下：第一位表示模式选择（即主动模式），第二位表示频率档位的选择，设置有五位，当频率档为1时，表示1秒钟气动肌肉伸缩一次，当频率档为2时，表示1.5秒钟气动肌肉伸缩一次，当频率档为3时，表示2秒钟气动肌肉伸缩一次，当频率档为4时，表示2.5秒钟气动肌肉伸缩一次，当频率档为5时，表示3秒钟气动肌肉伸缩一次。第三位代表幅度档，分别有三个幅度档位，控制气动肌肉伸缩的幅度。获取到上述指令后，根据指令输出相应的控制操作帮助患者进行脚踝康复训练。在被动模式训练下，每20秒上传一次心率值和血氧值，为保证不产生错位，两者中间间隔10ms。在此期间，中断只要接收到暂停信号则处于站立模式，继续则继续当前训练，中断接收停止信号，则结束本次训练，各个外设停止工作。

3.主动模式

如下图3所示，主动模式下，患者进行行走训练。具体操作流程如下图3所示，当中断接收到小程序发回来的主动模式的指令后，获取当前角度传感器mpu6050数据，得到俯仰角（pitch）数据，依据前期不同角度设定范围，输出对应的压力值控制气泵输出相应的气量，从而使得矫形鞋让该病患在此状态下输出对应的步态。每计算一次角度需要50ms，计算时间相对较短，延时基本肉眼看不到。该状态下矫形鞋依据，病患的步行状态，实时做出调整。同样该状态下有血氧心率以及角度的采集，并且实时上传给小程序保存数据并画出相应的折线图。在该模式下，还有足底压力的采集系统，每个足底都有八个传感器，时时采集足底压力的变化，压力采集模块采集后是阻值，通过柔性薄膜压力传感器数字转换模块MY2901将组织转换成压力值，并且8路同时采集。通过采集到的足底压力变化，有两种方式查看恢复情况，第一种，与正常人的足底压力进行对，看是否足底压力步态符合正常人行走时的足底压力变化；第二种，每次采集的数据均会上传云端，根据每次的训练，都有一个对比值，如果本次训练比上次训练效果更接近正常人足底状态，则判断为有一定的恢复效果。

4.微信小程序端

微信小程序计划设计四个界面，首页、矫形康复训练系统、小游戏以及我的。主要操作在矫形康复系统和小游戏两个。

矫形康复系统：如图4所示，该页面需涉及蓝牙连接、模式选择、疲劳度选择以及血氧心率画图。首先连接蓝牙后可进行被动主动模式的选择，进入被动模式，有频率幅度的调节档位，控制系统接收到信息，进行被动模式下的不同频次训练，在该界面还有暂停、继续和停止按钮，可随时根据自身需求进行相应的设计，同时有血氧心率的实时显示。进入主动模式，如图5所示，除了心率血氧的实时显示之外，还有足底压力曲线图等。

病人训练过程中，根据采集的一些生理数据，通过聚类分析的算法，判别患者的疲劳程度，如判别疲劳，会有弹窗预警，语音提示疲劳。并且如果患者已经疲劳，但是并没有疲劳预警，则患者或者陪护者可以通过主界面的疲劳按钮，根据“有点累”、“一般累”以及“很累了”三个按钮上传疲劳信息，对数据进行更正。

小游戏：游戏人物代表患者，患者前进一步，游戏人物前进一步，在人物前进过程中，设有奖励机制，游戏人物触碰到金币等奖励代表物，奖励机制便会触发，并且呈现累加形式。还应设有惩罚机制，喷火飞龙随机随时随地向患者喷发火球，如果患者不能及时躲避该火球，便通关失败，结束本次游戏重新开始。如果通关成功则进入下一轮游戏。并且在每个界面都有倒计时，如果在规定时间内患者不移动，则结束本轮游戏，通关失败。每关都设有不同的场景，丰富游戏场景，增加多重体验。

5.细节设计

1.在小程序我的界面中有信息完善功能，包括患者的基本信息和医疗信息；还有医生为该患者制定的康复计划；还设有医患的交流界面，点击进入可进行医患交流。

2.康复训练还有背景音乐的开关，开启便可开启背景音乐。

3.疲劳度识别有两类，第一类是根据传输过来的数据，依据聚类等算法，自主判断患者是否疲劳，疲劳时弹窗显示提醒患者进行适度训练，并且还有按钮更正，当患者已经自身疲劳时但是小程序并未有任何疲劳提示，患者可以通过疲劳按钮，上传数据对原来的疲劳判断进行更正。

4.主被动界面均有数据上传按钮，可以一键上传云端，谨防数据丢失，并且保存数据，医生端登陆可调取数据查看每次训练时生理参数的变化，以此调整康复训练计划。