矫形康复中的力反馈拐杖

南安普顿大学和奥托冯盖里克大学的教授认识到理疗师需要更客观的数据来帮助他们的病人通过康复，他们与南安普顿大学医院的临床医生合作，创造了智能的前臂拐杖。

背景

在腿部受伤和手术后，患者必须减少恢复中腿部的负重活动，并随着时间的推移逐渐增加腿部的重量。采取这些预防措施有助于骨骼和组织的正确愈合。理疗师经常通过建议患者在行走时将其身体重量的特定部分用在前臂拐杖上来帮助患者完成这一恢复过程，直到恢复中的腿能够承受其全部重量。

挑战

如果没有测量工具，理疗师无法客观地验证患者是否将正确的重量百分比加载到拐杖上。相反，他们通过视觉评估患者的步态并提供主观反馈。

南安普顿大学和奥托冯盖里克大学的教授与南安普顿大学医院NHS信托基金的临床医生合作，为南安普顿综合医院的物理治疗师创建了一个研究工具。他们共同开发了前臂拐杖，提供客观的力量反馈，目标有三：

向临床医生提供实时数据，以便他们能够提供更好的使用拐杖的培训，

本地日志数据供临床医生长期分析和监测，以及

为患者提供实时反馈，帮助他们监控自己对仪器的使用。

解决方案

为了测量患者施加在拐杖上的力，团队在标准前臂拐杖中嵌入了屈光力A201传感器，其中传感器可以通过拐杖轴测量直接压缩。该小组曾考虑使用应变计来获得力测量；然而，他们确定低成本和易于集成力敏电阻器使挠曲力优于应变计。

图（a）是一个在拐杖杆内的位置图，其中工程师嵌入了柔力A201传感器。（一）

图（b）是一张显示传感器放置位置的照片（在插入底部拐杖杆之前，向上看主拐杖杆）。（一）

除了施加力外，增加的拐杖还考虑到拐杖倾斜的程度和拐杖握柄上的手的位置，以确定施加在恢复腿上的重量*。一个微控制器连接到一个拐杖的外部（在原型上），从两个拐杖上捕获数据，然后将其无线发送到远程计算机，在那里可以处理数据。（一旦过了原型阶段，团队计划将所有硬件都安置在拐杖杆内。）当患者在康复腿上负重过多或过少时，拐杖会向患者提供听觉反馈。

样机测试表明，增强型拐杖为患者和理疗师提供了有价值的客观反馈。

*有关用于确定应用于恢复腿的权重的算法的更多详细信息，请参阅完整的期刊文章。（埃塔比布、哈利特、梅雷特、彼得斯和怀特，2010年）

（1） 埃塔比布，穆罕默德A；哈利特，乔治娜；梅雷特，杰夫V；彼得斯，克里斯蒂安；怀特，尼尔M。《测量科学与技术》（2010）。使用无线传感器增强前臂拐杖，用于下肢康复。