[发明专利]一种治疗膝骨关节炎的柔性智能辅助系统

说明书

本发明提供一种治疗膝骨关节炎的柔性智能辅助系统，包括用于采集人体下肢运动角度，采集人体下肢运动生理信号，对数据进行整合处理的硬件主板；用于对采集的整合数据进行综合实时预测处理，实时预测膝关节内外侧间室接触力，并根据膝关节力平衡来计算应施加辅助力大小的数据处理模块；用于根据数据处理模块实时计算得到的柔性智能辅助设备辅助力大小来智能控制柔性智能辅助设备的驱动模块；硬件主板将整合后的数据通过无线通信模块传输给数据处理模块。该系统解决了在通过保守治疗方法治疗膝骨关节炎时，现有辅助设备施加的恒定辅助力对动态膝关节运动产生的不利影响问题；可应用于下肢力线矫正、膝骨关节炎康复治疗以及辅助矫形器设计等场合。

技术领域

本发明涉及医疗设备技术领域，具体涉及用于治疗膝骨关节炎的柔性智能辅助系统。

背景技术

膝关节是人体下肢最重要的承重关节之一，承重大且运动多，是下肢运动过程中的核心部位。膝骨关节炎是以关节软骨变形、磨损为主要特征的一种慢性疾病，主要表征为起-坐-行时膝关节疼痛等不适症状，如果不及时进行医治，膝骨关节炎引起的疼痛和关节僵硬将导致关节活动度降低和持续性步态功能障碍。对于此病症，除手术治疗和药物治疗外，佩戴膝关节辅助矫形器也是一种公认的缓解病症、减轻疼痛的治疗手段。

目前，大多数膝骨关节炎辅助设备多属于静态调整，主要是在冠状面上施加辅助力，将膝关节患病侧间室载荷转移到对侧间室，重新分配膝关节内/外侧间室受力。这种辅助方式虽然能够缓解膝关节的病症，但由于膝关节内/外侧间室在一个步态周期内受力并非是恒定不变的，若长期施加恒定辅助力矩，将对膝关节间室施加额外的载荷，对膝骨关节炎的康复产生不利的影响。所以目前市面上的膝关节辅助矫形器缺点是显而易见的。

为此，本申请提出了一种膝骨关节炎柔性智能辅助系统。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于：提供一种治疗膝骨关节炎的柔性智能辅助系统，解决了在通过保守治疗治疗膝骨关节炎时，现有辅助设备施加的恒定辅助力对动态膝关节运动产生的不利影响问题，能更准确的根据人体下肢动态力线调整辅助力矩的大小，更有效的治疗膝骨关节炎。主要用于膝骨关节炎康复治疗场合。

为实现上述目的，本发明提供了如下的技术方案。

一种治疗膝骨关节炎的柔性智能辅助系统，包括：

硬件主板，包括采集设备和主控板；所述采集设备用于采集行走过程中人体下肢运动角度数据、足底压力和表面肌电信号数据；所述主控板通过无线通信模块获得采集的数据，并对采集的数据进行整合处理；

数据处理模块，包括数据接收模块、实时预测模块和驱动计算模块；所述数据接收模块用于接收采集设备采集的整合数据；所述实时预测模块通过关节角度解算、反向动力学、CEINMS算法和神经网络算法实时预测膝关节内外侧间室受力大小；所述驱动计算模块根据实时预测模块预测的膝关节内外侧间室受力大小计算所需辅助力的大小；

柔性智能辅助设备驱动模块，用于根据数据处理模块实时计算得到的柔性智能辅助设备辅助力大小，通过控制充气阀充气量以控制柔性智能辅助设备对膝关节施加的辅助力。

优选地，所述采集设备包括：IMU惯性传感器，用于进行运动角度采集；足底压力传感器，用于采集地面对足底反作用力；表面肌电信号传感器，用于采集肌肉电信号。

优选地，所述实时预测模块预测膝关节内外侧间室受力的步骤包括：

S1：通过所述IMU惯性传感器获取各关节空间位置变化数据，用于解算下肢各关节角度；通过所述足底压力传感器获取足底压力合力作用点、大小及方向；通过所述的表面肌电信号传感器获取运动过程中下肢膝关节周围各肌肉的肌电信号；