一种基于模糊PID神经网络的软性脊柱侧弯支具系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于模糊PID神经网络的软性脊柱侧弯支具系统，包括：支具主体、监测组件、控制子系统、自适应调节组件、滑动导轨以及背带。该系统通过自适应调节组件自动调节滑动导轨移动，进而调节背带的长度，提高了患者穿戴支具时的舒适感；该支具系统相较于传统硬性支具，提升了隐蔽性和直接感观，进而降低佩戴者的心里压力，减少心里疾病的发生；通过监测组件、控制子系统、自适应调节组件之间的配合，使得脊柱肌肉能在正确的位置，动态施加精准的矫形扭力，激发患者椎旁肌肉的主动收缩，增加肌肉强度，提高了支具的校正效果。提高了支具的校正效果。提高了支具的校正效果。

【技术实现步骤摘要】
一种基于模糊PID神经网络的软性脊柱侧弯支具系统


[0001]本专利技术涉及脊柱支具
，具体涉及一种基于模糊PID神经网络的软性脊柱侧弯支具系统。

技术介绍

[0002]青少年特发性脊柱侧弯（AIS）：指青春期或骨骼成熟前（年龄10
‑
18岁），冠状面上Cobb角＞10
°
，伴有椎体的旋转而无其他器质性病变的一种常见病，约占全部脊柱侧凸的80%。已成为全球青少年继视力异常、肥胖、包茎和社会心理障碍后的第5大常见病。
[0003]脊柱侧弯治疗方式分非手术治疗与手术治疗。非手术治疗通常是脊柱侧弯在早期时的治疗手段，目的是防止或纠正脊柱的侧弯程度。脊柱侧弯在治疗上应根据患者脊柱的畸形程度、年龄、躯干平衡程度等因素判断是否需要手术治疗。如患者为青少年，应选择非手术治疗。其中，脊柱侧弯Cobb角20
°
到40
°
阶段，主要以支具佩戴为主。但是仍有其无法克服的问题：（1）当脊柱Cobb角度在20
‑
30度，佩戴传统硬性支具时，脊柱椎旁肌肉无法主动等张和等长收缩，会造成医源性的肌肉萎缩，促使侧弯Cobb角度的恶性进展；（2）部分专家学者对特发性脊柱侧弯患儿研究了传统硬性支具治疗前后的心理变化，其结果发现传统支具治疗前认为人格正常的134例患儿中，有108例（80.6%）在支具治疗后1个月出现“人格异常”，19%的侧弯患者有真正的心理紊乱。心理疾病极大影响患儿治疗的依从性和治疗效果。
[0004]因此，如何通过有效的方法解决硬性支具的佩戴痛点进而改善患者心理状态是目前亟待解决的问题。

技术实现思路

[0005]因此，本专利技术要解决的技术问题在于克服现有技术中的缺陷，从而提供一种基于模糊PID神经网络的软性脊柱侧弯支具系统。
[0006]本专利技术提供了一种基于模糊PID神经网络的软性脊柱侧弯支具系统，包括：支具主体、监测组件、控制子系统、自适应调节组件、滑动导轨以及背带；支具主体包括背板和固定带；背板贴于人体腰部，固定带沿腰围布置，固定带用于固定背板；监测组件贴于人体皮肤上，并与控制子系统电连接；监测组件用于对人体姿态进行检测，将检测信号传递至控制子系统；控制子系统设置于背板上；控制子系统的输出端与自适应调节组件的输出端电连接；控制子系统用于根据检测信号控制自适应调节组件工作；自适应调节组件设置于背板上，自适应调节组件的输出端与滑动导轨连接；自适应调节组件用于调节滑动导轨移动；背带一端端部与滑动导轨连接，另一端与位于胸前的固定带连接。
[0007]优选的，监测组件包括陀螺仪传感器、倾角传感器、分布式触觉传感器、姿态传感器；陀螺仪传感器用于检测脊柱Cobb角度、侧肩峰的高度差、以及双侧髂前上棘的高度差；倾角传感器用于检测脊柱前凸、后凸以及侧凸的变化；分布式触觉传感器用于分析脊柱校正力的大小和变化；姿态传感器贴于腰部，用于检测人体加速度信号的变化。
[0008]优选的，控制子系统包括多电机控制系统广义逆模型以及模糊自适应PID控制器；多电机控制系统广义逆模型用于通过神经网络算法拟合得到伪线性复合控制系统；模糊自适应PID控制器用于整定伪线性复合控制系统的误差。
[0009]优选的，自适应调节组件包括电机、伞齿轮换向器以及绕线器；电机与控制子系统的输出端连接；电机的输出轴与伞齿轮换向器的输入端连接；伞齿轮换向器的输出端与绕线器连接；绕线器与滑动导轨连接。
[0010]优选的，伞齿轮换向器包括盒体、轴底座、连接轴、传动齿轮以及动力轴；盒体一面开设有孔；轴底座设置于盒体内；连接轴一端固定于轴底座上，其对端与绕线器连接；传动齿轮固定于连接轴外围；动力轴一端设有齿轮，齿轮与传动齿轮啮合，动力轴远离齿轮一端穿过孔与电机的输出轴连接。
[0011]优选的，自适应调节组件还包括联轴器；联轴器布置于盒体外，且联轴器一端与孔卡接；联轴器套接于动力轴外。
[0012]优选的，滑动导轨包括导轨底座和滑动块；导轨底座设置于背带端部，且导轨底座上开设有长凹槽；滑动块上开设有限位孔，滑动块布置于长凹槽内；滑动块一端端部通过线束与绕线器连接；限位孔包括多个，多个限位孔用于控制滑动块的滑动距离。
[0013]优选的，长凹槽两侧均设置有凸起，凸起沿长凹槽长轴方向延长，且与长凹槽长轴长度一致；滑动块两侧均设置有滑动槽，滑动槽沿滑动块长轴方向延长，且与滑动块长轴长度一致；滑动槽与凸起滑动配合；凸起与滑动槽用于实现滑动块在导轨底座上滑动。
[0014]优选的，背带为可调式背带；背板为轻巧硬质板。
[0015]优选的，固定带为软性固定带，固定带两端端部通过魔术贴固定。
[0016]本专利技术技术方案，具有如下优点：1.该系统通过自适应调节组件自动调节滑动导轨移动，进而调节背带的长度，提高了患者穿戴支具时的舒适感。
[0017]2.该支具系统相较于传统硬性支具，提升了隐蔽性和直接感观，进而降低佩戴者的心里压力，减少心里疾病的发生。
[0018]3.通过监测组件、控制子系统、自适应调节组件之间的配合，使得脊柱肌肉能在正确的位置，动态施加精准的矫形扭力，激发患者椎旁肌肉的主动收缩，增加肌肉强度，提高了支具的校正效果。
附图说明
[0019]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0020]图1为本专利技术实施中一种基于模糊PID神经网络的软性脊柱侧弯支具系统的后视
图；图2为图1所示的支具系统的正视图；图3为本专利技术实施中得到伪线性复合控制系统的过程示意图；图4为本专利技术实施中构建控制子系统的过程示意图图5为本专利技术实施中自适应调节组件的内部结构示意图；图6为本专利技术实施中滑动导轨的结构示意图；图7为本专利技术实施中导轨底座的结构示意图；图8为本专利技术实施中滑动块的结构示意图。
[0021]附图标记说明：1
‑
支具主体；11
‑
背板；12
‑
固定带；2
‑
监测组件；3
‑
控制子系统；4
‑
自适应调节组件；41
‑
电机；42
‑
伞齿轮换向器；421
‑
盒体；422
‑
轴底座；423
‑
连接轴；424
‑
传动齿轮；425
‑
动力轴；426
‑
孔；427
‑
齿轮；43
‑
绕线器；44
‑
联轴器；5
‑
滑动导轨；51
‑
导轨底座；511
‑
长凹槽；512
‑
凸起；52
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于模糊PID神经网络的软性脊柱侧弯支具系统，其特征在于，包括：支具主体（1）、监测组件（2）、控制子系统（3）、自适应调节组件（4）、滑动导轨（5）以及背带（6）；所述支具主体（1）包括背板（11）和固定带（12）；所述背板（11）贴于人体腰部，所述固定带（12）沿腰围布置，所述固定带（12）用于固定所述背板（11）；所述监测组件（2）贴于人体皮肤上，并与所述控制子系统（3）电连接；所述监测组件（2）用于对人体姿态进行检测，将检测信号传递至所述控制子系统（3）；所述控制子系统（3）设置于所述背板（11）上；控制子系统（3）的输出端与自适应调节组件（4）的输出端电连接；所述控制子系统（3）用于根据检测信号控制所述自适应调节组件（4）工作；所述自适应调节组件（4）设置于所述背板（11）上，自适应调节组件（4）的输出端与所述滑动导轨（5）连接；所述自适应调节组件（4）用于调节所述滑动导轨（5）移动；所述背带（6）一端端部与所述滑动导轨（5）连接，另一端与位于胸前的所述固定带（12）连接。2.根据权利要求1所述的一种基于模糊PID神经网络的软性脊柱侧弯支具系统，其特征在于，所述监测组件（2）包括陀螺仪传感器、倾角传感器、分布式触觉传感器、姿态传感器；所述陀螺仪传感器用于检测脊柱Cobb角度、侧肩峰的高度差、以及双侧髂前上棘的高度差；所述倾角传感器用于检测脊柱前凸、后凸以及侧凸的变化；所述分布式触觉传感器用于分析脊柱校正力的大小和变化；所述姿态传感器贴于腰部，用于检测人体加速度信号的变化。3.根据权利要求2所述的一种基于模糊PID神经网络的软性脊柱侧弯支具系统，其特征在于，所述控制子系统（3）包括多电机控制系统广义逆模型以及模糊自适应PID控制器；所述多电机控制系统广义逆模型用于通过神经网络算法拟合得到伪线性复合控制系统；所述模糊自适应PID控制器用于整定所述伪线性复合控制系统的误差。4.根据权利要求3所述的一种基于模糊PID神经网络的软性脊柱侧弯支具系统，其特征在于，自适应调节组件（4）包括电机（41）、伞齿轮换向器（42）以及绕线器（43）；所述电机（41）与所述控制子系统（3）的输出端连接；电机（41）的输出轴与伞齿轮换向器（42）的输入端连接；伞齿轮换向器（42）的输出端与所述绕线器（43）连接；所述绕线器（43）与所述滑动导轨（5）连接。5.根据权利要求4所述的一种基于模糊PID神经网络的软性脊柱侧弯支具系统，其特征在于，所述伞齿轮换向器（42）包括盒体（42...

【专利技术属性】
技术研发人员：何蔚，田伟，宋凯，刘亚军，刘波，何达，郞建志，杨琦林，
申请(专利权)人：北京积水潭医院，
类型：发明
国别省市：