CN209347345U - 一种脊柱侧弯智能柔性加压矫正系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种脊柱侧弯智能柔性加压矫正系统，其特征在于，包括支具本体、无线终端、智能背心以及设置在支具本体上的若干柔性加压器、控制器和无线通信模块；所述智能背心包括紧身背心和缝在紧身背心内表面的两个条形传感元件；加压器、条形传感元件和无线通信模块分别与控制器电连接；无线终端与无线通信模块无线连接。本实用新型采用气囊柔性交替加压，避免皮肤长时间处于受压状态，有助于皮肤表面通风，大幅降低压疮产生的可能性，同时能搜集加压控制方式、接触压力和侧弯角度数据，便于矫正师通过对相关数据的分析，对矫正方式进行科学改进，提高脊柱侧弯的矫正效果，可以很好地满足实际应用的需要。

Description

一种脊柱侧弯智能柔性加压矫正系统

技术领域

本实用新型涉及一种脊柱侧弯智能柔性加压矫正系统，具体涉及一种具有脊柱侧弯角度在线检测功能的气囊柔性加压矫正系统，属于医疗器械技术领域。

背景技术

脊柱侧弯常见于青少年，是一种严重影响孩子骨骼正常发育的躯体畸形疾病。据不完全统计，我国每年递增的30万脊柱侧弯病患人群中，超过半数为青少年。由于青春期生长迅速，在这段时间发病如果不干预治疗，侧弯通常进展迅速，可能引发脊椎病、颈项肌痉挛等疾病，影响心肺功能，以致影响发育，对青少年的身心健康造成严重危害。

临床上通常用Cobb角来评估脊柱侧弯的严重程度，对于轻中度的脊柱侧弯，支具治疗是非手术治疗的最有效主要方法，可有效地阻止青少年脊柱侧弯的进一步发展。目前，国内支具制作方法主要石膏取型制作法，主要包括取阴模、制阳模、热塑板支具成型、试用修整等过程。该方法制造过程繁琐，受支具师个人经验的影响大，多年来没有太多的改良和突破：一方面，由于支具按患者体型定制，只能适应于特定患者和特定矫正阶段，调整空间小，造成矫正成本增加；另一方面，多为硬质塑料材质制作，舒适和透气性差，患者长时间佩戴时受力处散热排汗性差，容易造成红肿溃烂，导致压疮的产生，影响治疗效果。

市场上还有一些脊柱矫正支具，通过在内部加垫物体或从外部机构调节挤压脊柱，但是无法精确控制加压压力和加压位置，穿戴和调整很不方便。目前，也有采用气囊袋加压的设想，但不能解决局部皮肤长时间受压易导致压疮的问题。此外，现有支具通常只能起到治疗的作用，没有矫正过程中数据的搜集，更没有当前脊柱侧弯角度的数据，医师无法根据患者穿戴过程中的数据与矫正效果进行分析，也难以通过日常指导保证矫正效果，规范患者的日常行为。

实用新型内容

本实用新型的目的是为解决上述现有技术存在的问题和不足，提供一种集成脊柱侧弯角度在线测量的智能柔性加压矫正系统，本实用新型的方法采用柔性交替加压，提高加载时的舒适度，使皮肤交替受压，降低压疮的可能性，同时在线获取矫正过程中的脊柱侧弯角度与矫正数据，供矫正医师进行分析与指导，改善矫正效果。

为达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种脊柱侧弯智能柔性加压矫正系统，包括支具本体、无线终端、智能背心以及设置在支具本体上的若干柔性加压器、控制器和无线通信模块；所述智能背心包括紧身背心和缝在紧身背心内表面的两个条形传感元件；加压器、条形传感元件和无线通信模块分别与控制器电连接；无线终端与无线通信模块无线连接。

进一步地，加压器包括微型气泵、气囊以及安装在气囊上的压力传感器；气囊设置在支具本体内侧；微型气泵与气囊通过管道相连接。

进一步地，所述气囊包括M个横向排列的条形气囊单元，其中M为≥2的自然数；

所述M个气囊单元至少分为两个加压区，同一加压区的气囊单元通过同一条管道相连通，采用同一路电磁阀控制；不同加压区采用不同电磁阀控制；

每个加压区至少有一个气囊单元上安装有压力传感器。

进一步地，在施压板与底板内嵌入有网格状的纵向纤维和横向纤维。

进一步地，每个气囊单元包括弹性体施压板、弹性体框和弹性体底板；弹性体框四个边的横截面为波纹状，至少有一个波峰和一个波谷，在弹性体框上开有进气口；所述弹性体施压板与弹性体底板的弹性模量大于弹性体框，与弹性体框围成了气压空腔。

进一步地，所述波纹的形状是锯齿形、三角形或正弦形。

进一步地，所述弹性体施压板与弹性体底板独立制造，用胶与弹性体框连接并密封。

进一步地，压力传感器安装于气囊单元的施压板。

进一步地，所述控制器包括处理器以及分别与该处理器相连接的压力比较模块、角度采集模块、气泵控制模块和电磁阀控制模块；所述压力比较模块与压力传感器相连接，气泵控制模块与气泵相连接，角度采集模块与智能背心的两个条形传感元件相连接；电磁阀控制模块与电磁阀相连接。

进一步地，所述支具本体为硬质封闭式支具或软体组合式支具。

本实用新型提供的脊柱侧弯智能柔性加压矫正系统，采用气囊柔性交替加压，避免皮肤长时间处于受压状态，有助于皮肤表面通风，大幅降低压疮产生的可能性，同时能搜集加压控制方式、接触压力和侧弯角度数据，便于矫正师通过对相关数据的分析，对矫正方式进行科学改进，提高脊柱侧弯的矫正效果，可以很好地满足实际应用的需要。

附图说明

图1为本实用新型的脊柱侧弯智能柔性加压矫正系统结构示意图；

1为支具本体，2为模块化的柔性加压器，3为控制器，4为智能背心，5为无线通信模块，6为无线终端。

图2为本实用新型的模块化柔性加压器结构示意图；

2-1为微型气泵，2-2为电磁阀，2-3为气囊，2-4为柔性压力传感器，2-3-1为气囊单元，2-3-2为气管，2-3-3为快装接头。

图3为气囊单元的结构图；

2-3-1-1为弹性体施压板，2-3-1-2为弹性体框，2-3-1-3为弹性体底板

图4为弹性体施压板和底板的结构图；

2-3-1-1-1为弹性体，2-3-1-1-2为横向纤维，2-3-1-1-3为纵向纤维

图5为本实用新型的气囊单元排列方式第一个实施例；

图6为本实用新型的气囊单元排列方式第二个实施例；

图7为智能背心示意图；

4-1为背心，4-2为条形传感单元。

图8为控制器结构框图；

3-1是压力比较模块，3-2是角度采集模块，3-3是气泵控制模块，3-4是电磁阀控制模块，3-5是处理器。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，一种脊柱侧弯智能柔性加压矫正系统包括支具本体1、若干模块化的柔性加压器2、控制器3、智能背心4、无线终端5和无线通信模块6。加压器2、控制器3和无线通信模块6设置在支具本体1上。加压器2、智能背心4和无线通信模块6分别与控制器3电连接。无线终端5与无线通信模块6无线连接。所述支具本体1可以是硬质封闭式支具，也可以是软体组合式支具，支具本体1内装有吸汗透气的内衬布，通过内衬布与人体接触。

如图2所示，所述模块化柔性加压器2包括微型气泵2-1、两个电磁阀2-2、气囊2-3以及安装在气囊2-3上的柔性压力传感器2-4。所述模块柔性加压器2的数量和加压位置由矫正医师根据患者的脊柱侧弯情况确定。所述气囊2-3位于支具本体1与内衬布之间，安装在支具本体1内加压处，与支具本体1固定。所述电磁阀2-2、微型气泵2-3安装于支具本体1外，固定在支具本体1上。

进一步地，所述气囊2-3包括M个横向排列的条形气囊单元2-3-1、气管2-3-2和快装接头2-3-3，其中M为≥2的自然数。

如图3所示，所述每个气囊单元2-3-1包括弹性体施压板2-3-1-1、弹性体框2-3-1-2和弹性体底板2-3-1-3。所述弹性体框2-3-1-2四个边的横截面为波纹状，至少有一个波峰和一个波谷，波纹的形状可以是锯齿形、三角形、正弦形等，在弹性体框2-3-1-2上开有进气口。所述弹性体施压板2-3-1-1与弹性体底板2-3-1-3的弹性模量大于弹性体框2-3-1-2，弹性体施压板2-3-1-1和弹性体底板2-3-1-3分别装配在弹性体框2-3-1-2的上下两侧，与弹性体框2-3-1-2围成了气压空腔。

进一步地，所述弹性体施压板2-3-1-1与弹性体底板2-3-1-3可以用弹性模量大的弹性体独立制造，用胶与弹性体框2-3-1-2连接并密封。

如图4所示，所述弹性体施压板2-3-1-1与底板2-3-1-3可以采用与弹性体框一样的材料，在施压板2-3-1-1与底板2-3-1-3内嵌入网格状的纵向纤维2-3-1-1-3和横向纤维2-3-1-1-2，以约束弹性体施压板2-3-1-1与底板2-3-1-3的伸长变形，提高弹性模量，此时所述弹性体施压板2-3-1-1、底板2-3-1-3可以与弹性体框2-3-1-2一体化制造。纤维可以是玻璃纤维或碳纤维。

进一步地，所述气囊单元2-3-1充气时，气压作用在施压板2-3-1-1上，带动波纹状弹性体框2-3-1-2在气囊单元2-3-1厚度方向伸长，施压板2-3-1-1产生位移并施压于皮肤。当气囊单元2-3-1排气时，弹性体框2-3-1-2带动施压板2-3-1-1复位，不与皮肤接触。

进一步地，所述M个气囊单元2-3-1至少分为两个加压区，同一加压区的气囊单元2-3-1通过气管2-3-2连通，采用同一路电磁阀2-2控制同时充气和排气，不同加压区采用不同电磁阀2-2控制。不同加压区分别交替加压，能够使皮肤不同部分得到交替休息，避免皮肤长时间处于受压状态，有助于皮肤表面通风，大幅降低压疮产生的可能性。

所述加压区气囊单元2-3-1的排列方式至少有两种。图5所示为气囊单元2-3-1的一个排列实例，每个区的气囊单元2-3-1都间隔排列，与其它区的气囊单元2-3-1交错。图6所示为气囊单元2-3-1的另一个排列实例，同一个区的气囊单元2-3-1至少有两个相邻布置，相邻布置的气囊单元2-3-1可以一体化制造，通过内部气路连接。

所述柔性压力传感器2-4安装于气囊单元2-3-1的施压板2-3-1-1，同一加压区至少有一个气囊单元2-3-1上安装有柔性压力传感器2-4。

如图7所示，所述智能背心4包括紧身背心4-1和内嵌的两只相同条形传感元件4-2，所述条形传感元件4-2缝在紧身背心4-1内表面，将背心穿在身上后，两个条形传感元件4-2竖直布置于脊柱侧弯处的两侧，关于正常脊柱中心线对称。

进一步地，所述条形传感元件4-2是可柔性伸长和缩短的感性、阻性或容性元件，不会对脊柱运动造成阻碍。所述两侧传感元件4-2在脊柱正常时等长，此时两者电学特性(电阻、电容或电感)之差为初值；当脊柱产生某个角度的侧弯时，一侧的传感元件4-2伸长，另一侧传感元件4-2缩短，得到此角度时的传感元件4-2电学特性之差。在获得多个角度对应的电学特性之差数据后，对数据进行标定，得到侧弯角度与电学特性差之间的关系数据。通过双传感元件的方法减小系统测试误差。使用本产品时，先将智能背心4穿在身上，再将支具本体1穿在身上套在智能背心4外表面上。

如图8所示，所述控制器3包括压力比较模块3-1、角度采集模块3-2、气泵控制模块3-3、电磁阀控制模块3-4、处理器3-5组成。压力比较模块3-1、角度采集模块3-2、气泵控制模块3-3和电磁阀控制模块3-4分别与处理器3-5相连接。

进一步地，所述压力比较模块3-1与柔性压力传感器2-4连接，获取气囊2-3与皮肤表面的直接接触压力，当压力小于压力比较模块3-1的设定压力下限时，发送信号给处理器3-5，通过气泵控制模块3-3开启气泵2-1，当压力值达到压力比较模块3-1的设定压力上限时，发送信号给处理器3-5，通过气泵控制模块3-3关闭气泵2-1。

进一步地，所述角度采集模块3-2与智能背心4的两个条形传感元件4-2连接，定时采集脊柱侧弯角度，发送角度信息给处理器3-5。

进一步地，所述电磁阀控制模块3-4控制多个加压区对应的电磁阀2-2的开启与关闭。

所述无线终端6通过无线通信模块5与控制器3双向通信。所述无线终端6通过无线通信模块5收集压力、时间、侧弯角度等数据。

所述无线终端6内设有定时器，用于设置各柔性加压器加压区的工作时序，通过无线通信模块5发送顺序动作命令给控制器3的处理器3-5，处理器3-5通过电磁阀控制模块3-4控制电磁阀2-2，实现不同加压区的顺序充气施压和排气泄压，以实现气囊2-3对皮肤的交替施压。通过不同加压区的气囊2-3对皮肤的交替施压来实现对脊柱侧弯的矫正。

处理器3-5可以是单片机、ARM或DSP等；柔性压力传感器2-4可以采用深圳力感科技有限公司生产的长条形压力传感器或苏州能斯达电子科技有限公司生产的柔性薄膜压力传感器DF9-40；微型气泵2-1可以采用上海霍亚电子有限公司的微型隔膜气泵HX03；电磁阀2-2可以采用亚德克国际集团的二位三通NC型电磁阀3V308；气囊单元的材料可以是硅胶和其它橡胶类弹性体；智能背心的两侧条形传感单元4-2可以采用派克公司的FlexSense柔性位移传感器。

本实用新型提供的脊柱侧弯智能柔性加压矫正系统，采用气囊柔性交替加压，避免皮肤长时间处于受压状态，有助于皮肤表面通风，大幅降低压疮产生的可能性，同时能搜集加压控制方式、接触压力和侧弯角度数据，便于矫正师通过对相关数据的分析，对矫正方式进行科学改进，提高脊柱侧弯的矫正效果，可以很好地满足实际应用的需要。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种脊柱侧弯智能柔性加压矫正系统，其特征在于，包括支具本体、无线终端、智能背心以及设置在支具本体上的若干柔性加压器、控制器和无线通信模块；所述智能背心包括紧身背心和缝在紧身背心内表面的两个条形传感元件；加压器、条形传感元件和无线通信模块分别与控制器电连接；无线终端与无线通信模块无线连接。

2.根据权利要求1所述的脊柱侧弯智能柔性加压矫正系统，其特征在于，加压器包括微型气泵、气囊以及安装在气囊上的压力传感器；气囊设置在支具本体内侧；微型气泵与气囊通过管道相连接。

3.根据权利要求2所述的脊柱侧弯智能柔性加压矫正系统，其特征在于，所述气囊包括M个横向排列的条形气囊单元，其中M为≥2的自然数；

所述M个气囊单元至少分为两个加压区，同一加压区的气囊单元通过同一条管道相连通，采用同一路电磁阀控制；不同加压区采用不同电磁阀控制；

每个加压区至少有一个气囊单元上安装有压力传感器。

4.根据权利要求3所述的脊柱侧弯智能柔性加压矫正系统，其特征在于，在施压板与底板内嵌入有网格状的纵向纤维和横向纤维。

5.根据权利要求3所述的脊柱侧弯智能柔性加压矫正系统，其特征在于，每个气囊单元包括弹性体施压板、弹性体框和弹性体底板；弹性体框四个边的横截面为波纹状，至少有一个波峰和一个波谷，在弹性体框上开有进气口；所述弹性体施压板与弹性体底板的弹性模量大于弹性体框，与弹性体框围成了气压空腔。

6.根据权利要求5所述的脊柱侧弯智能柔性加压矫正系统，其特征在于，所述波纹的形状是锯齿形、三角形或正弦形。

7.根据权利要求5所述的脊柱侧弯智能柔性加压矫正系统，其特征在于，所述弹性体施压板与弹性体底板独立制造，用胶与弹性体框连接并密封。

8.根据权利要求7所述的脊柱侧弯智能柔性加压矫正系统，其特征在于，压力传感器安装于气囊单元的施压板。

9.根据权利要求3所述的脊柱侧弯智能柔性加压矫正系统，其特征在于，所述控制器包括处理器以及分别与该处理器相连接的压力比较模块、角度采集模块、气泵控制模块和电磁阀控制模块；所述压力比较模块与压力传感器相连接，气泵控制模块与气泵相连接，角度采集模块与智能背心的两个条形传感元件相连接；电磁阀控制模块与电磁阀相连接。

10.根据权利要求1所述的脊柱侧弯智能柔性加压矫正系统，其特征在于，所述支具本体为硬质封闭式支具或软体组合式支具。