阅读说明：本技术 一种智能压力反馈控制的功能电刺激压疮防治系统 (Intelligent pressure feedback control functional electrical stimulation pressure sore prevention and control system ) 是由 齐莉萍 徐硕 夏书峰 田志浩 李志鹏 潘泊凡 于 2020-12-11 设计创作，主要内容包括：本发明属于医用综合性智能设备技术领域,提供了一种智能压力反馈控制的功能电刺激压疮防治系统,包括移动智能终端、压疮防治仪、压疮防治仪插头、线缆、电极片和柔性薄膜压力传感器。本发明的功能电刺激压疮防治系统可根据臀部所处压力大小和持续时间长短,智能选择刺激模式,避免因采用固定强度和频率的脉冲刺激而引起的肌肉疲劳、皮肤红肿等问题；使用者也可自主选择刺激模式,进行个性化定制。本发明的功能电刺激压疮防治系统将功能电刺激与柔性薄膜压力传感器结合起来,利用体表压力作为反馈信号,通过算法选择刺激参数不同的刺激模式。(The invention belongs to the technical field of medical comprehensive intelligent equipment, and provides an intelligent pressure feedback control functional electrical stimulation pressure sore prevention and treatment system. The functional electrical stimulation pressure sore prevention and treatment system can intelligently select a stimulation mode according to the pressure and duration of the hip, and avoid the problems of muscle fatigue, skin red swelling and the like caused by pulse stimulation with fixed strength and frequency; the user can also select the stimulation mode independently to carry out personalized customization. The functional electrical stimulation pressure sore prevention and treatment system combines functional electrical stimulation and the flexible film pressure sensor, utilizes the body surface pressure as a feedback signal, and selects stimulation modes with different stimulation parameters through an algorithm.)

一种智能压力反馈控制的功能电刺激压疮防治系统

技术领域

本发明属于医用综合性智能设备技术领域，具体涉及一种智能压力反馈控制的功能电刺激压疮防治系统，采用传感器技术和功能电刺激(functional electricalstimulation,FES)，检测使用者的体表压力进行反馈，智能调节电刺激参数(刺激模式)，达到防治压疮的目的。

背景技术

压疮(又称褥疮，压力性溃疡)是由于局部皮肤及皮下组织长期受压致毛细血管阻塞，从而剥夺组织中的氧气和营养，发生持续缺血、缺氧、水肿、炎症而致组织溃烂坏死，多发生于无肌肉包裹或肌肉层较薄、缺少脂肪组织保护又经常受压的骨骼突处。

压疮的防治一直是临床护理工作中的难题，不仅给患者带来了痛苦、延长患者的康复时间、增加患者的治疗成本，并可能诱发其他致命并发症而导致死亡。目前压疮预防主要通过定期且繁重的临床护理工作改变并妥善安置患者体位以及使用不同种类的减压设备来完成。目前主要预防措施是：1)避免局部组织长期受压，定期更换体位，减轻骨骼突出部位的压力；2)妥善安置患者体位并使用适宜的减压设备；3)保持皮肤微环境的干燥及清洁。

在目前精准医疗时代背景下，由于现有医疗辅助设备所存在的诸多不足，压疮的监测、预防及治疗自动化、智能化程度低，极大程度上仍依赖于人工医疗护理工作。因此，亟需一种压疮防治系统。

发明内容

本发明要解决以往功能电刺激的参数不能随着使用者所处的使用环境与身体姿态进行自适应调节的技术问题，提出了一种智能压力反馈控制的功能电刺激压疮防治系统，采用柔性薄膜压力传感器和电刺激方式相结合，通过柔性薄膜压力传感器采集人体体表压力，智能选择预设的刺激模式，实现闭环反馈控制。用户可以通过手机APP控制压疮防治仪的电刺激参数(刺激模式)，监测人体体表压力的变化。

本发明采用的技术方案是：

一种智能压力反馈控制的功能电刺激压疮防治系统，包括移动智能终端、压疮防治仪、压疮防治仪插头、线缆、电极片和柔性薄膜压力传感器等。

其中，所述的移动智能终端为手机、通过手机APP改变压疮防治仪的脉冲输出信号的参数(包括幅值、刺激时间和占空比)，显示人体体表压力等功能；

其中，所述的压疮防治仪通过压疮防治仪插头经线缆与电极片和柔性薄膜压力传感器进行电性连接。

其中，所述的压疮防治仪包括电源模块、片上系统、脉冲驱动模块、压力反馈模块。所述电源模块将电源进行滤波或转换后，分别与片上系统、脉冲驱动模块、压力反馈模块进行电性连接，以直流电形式(+3V、+5V)提供电源；所述片上系统指集成中央处理单元(CPU)、定时器(Timer)、无线通讯(Wireless communication)和模数转换器(ADC)等的系统级芯片，向脉冲驱动模块发送控制信号和刺激信号，接受来自压力反馈模块的反馈信号并通过无线通讯方式与手机进行交互；所述压力反馈模块用于人体体表压力变化的测量，通过柔性薄膜压力传感器的压力数据转化为0-4V的电压数据，使用片上系统的模数转换器采集0-4V电压数据，发送给中央处理单元进行转换处理，转换成0-200N的压力数据。所述脉冲驱动模块接收来自片上系统的3.3V的刺激信号和控制信号产生幅值(0-24V)可变、占空比(20％、33％、50％)可变和刺激时间可变(10s、 15s)的脉冲输出信号。

本发明的有益效果：

(1)本发明可根据臀部所处压力大小和持续时间长短，智能选择刺激模式，避免因采用固定强度和频率的脉冲刺激而引起的肌肉疲劳、皮肤红肿等问题；使用者也可自主选择刺激模式，进行个性化定制。

(2)本发明将功能电刺激(FES)与柔性薄膜压力传感器结合起来，利用体表压力作为反馈信号，通过算法选择刺激参数(刺激波形、刺激时长、刺激占空比等)不同的刺激模式。

附图说明

图1为一种智能压力反馈控制的功能电刺激压疮防治系统实施例的结构示意图。

图2为压疮防治仪的结构示意图。

图中：1移动智能终端；2压疮防治仪；3压疮防治仪插头；4线缆；5电极片；501电极片正极；502电极片负极；6柔性薄膜压力传感器；701脉冲信号； 702控制信号；703反馈信号；704通讯信号；705脉冲输出信号；10手机APP；和；20电源模块；21片上系统；22脉冲驱动模块；220脉冲启动电路包括升压电路；221通道选择电路；23压力反馈模块。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

实施例：参考附图1、2所示，本发明要解决的技术问题是利用压力信号作为反馈信号控制功能电刺激系统，预防臀部骶骨部位压疮。如图1所示：一种智能压力反馈控制的功能电刺激压疮防治系统，包括移动智能终端1、压疮防治仪2、压疮防治仪插头3、线缆4、电极片5和柔性薄膜压力传感器6。所述的移动智能终端1为手机、通过手机APP10改变压疮防治仪的脉冲输出信号705 的参数(包括幅值、刺激时间和占空比)。

如图2所示：其中，所述的压疮防治仪包括电源模块20、片上系统21、脉冲驱动模块22、压力反馈模块23。所述电源模块是将3节AA型干电池通过电源模块转化为直流电形式(+3.3V、+5V)，分别与片上系统21(+3.3V)、脉冲驱动模块22(+3.3V,+5V)、压力反馈模块23(+3.3V)进行电性连接，以提供电源；所述片上系统21可以使用TI公司自带无线通讯模块的CC2540(BLE4.0)(或者CC2530(ZigBee)、CC3200(WIFI)等)向脉冲驱动模块22发送控制信号702 和刺激信号，接收压力反馈模块23的反馈信号703并通过无线通讯方式与手机进行交互；所述压力反馈模块23向柔性薄膜压力传感器6提供2mA的恒定直流电流，通过柔性薄膜压力传感器6的压力数据转化为0-4V的电压数据，使用片上系统的模数转换器采集0-4V电压数据变化，发送给中央处理单元进行转换处理，转换成0-180N的压力数据，完成从压力-电压-压力的数据转换。所述脉冲驱动模块22的BOOST升压电路接收来自片上系统的3.3V的脉冲信号701，将升压到100V，脉冲驱动模块22的通道选择电路接收来自片上系统的3.3V的控制信号702，通过改变通道选择电路的开关频率、占空比、导通时间产生脉冲输出信号705。脉冲输出信号705为20Hz、占空比(20％、33.3％、50％)、幅值 (带负载幅值范围0-24V)、刺激时间可变(10s、15s)。所示刺激模式指不同参数的的脉冲输出信号705。

其中，所述的柔性薄膜压力传感器6作为反馈调节，根据使用者体当前所处的界面材料(如木板硬质床、弹簧床垫、棉质床垫、及软座椅、木质座椅、皮质座椅等)、以及当前所处姿态(如站、坐、躺、半躺)的不同，所受的压力不同。根据不同使用场景划分不同压力阈值范围，判定臀部与界面所受压力所在压力阈值范围，控制压疮防治仪选择不同的刺激模式，经电极片释放输出脉冲信号。

以臀部压疮的预治为例，测量受试者臀部在不同姿势(坐姿、卧姿)、不同环境(硬质材料、柔性海绵织物材料)下臀部压力的分布，划分不同的压力阈值。根据不同的压力阈值，智能选择不同的刺激模式，关于臀部压疮预防的刺激模式与使用场景对应关系如下表所示。

本系统使用时将四片电极片5分别贴在使用者骶骨附近的左右臀大肌上，电极片片另一面附着柔性薄膜压力传感器用于采集臀部所受的压力。使用者可使用手机APP自主选择刺激模式，也可由压疮防治仪智能选择刺激模式并透过手机APP监测自身的压力变化。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能一次限制本发明的保护范围。凡根据发明精神实质所作的等效变化或修饰，都涵盖在本发明保护范围之内。