[发明专利]一种用于咳痰辅助的外骨骼机器人及控制方法

说明书

本发明涉及一种用于咳痰辅助的外骨骼机器人及控制方法。外骨骼机器人中呼吸传感器获取待辅助用户的呼吸信号；正压模块覆盖于待辅助用户的上腹部；负压模块设置于待辅助用户的胸腔外壁，并包裹整个胸腔，且负压模块的外壳与胸腔外壁之间形成负压腔；当为吸气状态时，负压模块的外壳的刚度变大；当为呼气状态时，负压模块的外壳的刚度变小；控制模块分别与呼吸传感器、正压模块以及负压模块连接；当待辅助用户为吸气状态时，控制负压腔进行间歇性抽负压，控制正压模块进行放气；当待辅助用户为呼气状态时，控制正压模块进行充气，并控制负压模块直接与外界环境进行连通。本发明实现了待辅助用户无创、高效、智能辅助咳嗽的目标。

技术领域

本发明涉及软体外骨骼领域，特别是涉及一种用于咳痰辅助的外骨骼机器人及控制方法。

背景技术

目前，全世界有超过3百万的脊髓损伤患者(SCI)，其中，北京大学第三医院危重医学科依托全国重点学科的北医三院脊柱外科团队年平均收治颈胸腰不同部位脊髓损伤患者80余例，其中，颈脊髓损伤约60余例。此类患者随着损伤节段升高，除表现为不同区域的感觉减弱或消失外，还会出现不同程度的肢体与躯干肌肉运动障碍。负责吸气与呼气的肌肉失去脊髓神经支配后会出现肌力减弱或丧失，吸气肌肌力下降可导致呼吸衰竭，呼气肌肉是参与咳嗽排痰过程的关键肌肉，一旦失神经支配，肌力下降，必然导致咳嗽能力被削弱。呼气肌肉群大部分由胸脊神经支配，颈脊髓损伤平面高于胸段脊髓，所以损伤后平面以下的呼气肌肉肌力均会有不同程度减低，由此造成患者咳嗽咳痰能力下降，气道廓清能力受损，呼吸道内痰液易于潴留，易引发肺部感染、肺不张等并发症，严重时甚至导致呼吸道梗阻，危及患者生命。为解决气道廓清的问题，患者常常需要气管切开，以便以人工辅助吸痰的方式排出气道内痰液。研究显示，代表脊髓完全损伤的ASIA A级被认为是气管切开的危险因素(Analysis ofthe risk factors for tracheostomy and decannulation aftertraumatic cervical spinal cord injury in an aging population.Spinal Cord 57，843–849(2019))。这也说明脊髓损伤越重，越需要气管切开。然而，气管切开在解决排痰问题的同时，因为其非生理性的方式也会带来种种弊端。气切之后不能说话，吞咽受损，妨碍患者与家人语言交流及经口进食，不但增加护理工作量，还易引发心理疾患，大大降低了生活质量。气切部位长期使用下也会发生导管脱出、软组织感染、气管扩张等一些列并发症，也给患者造成生命威胁。因而，如何以最近似生理的方式解决脊髓损伤患者，尤其是颈脊髓损伤患者的咳嗽排痰问题就成为临床上亟待解决的难题。此外，随着老龄化社会的到来，呼吸系统疾病是造成老年人疾病负担的主要健康问题。

因此，为了满足SCI患者以及老年人咳痰能力恢复以及呼吸功能康复锻炼的需求，亟需一种能够实现非侵入式、无创、便携、低成本且可居家使用的呼吸功能康复训练设备，满足辅助患者恢复咳痰能力以及加强呼吸功能锻炼的需求，使呼吸康复设备从ICU走向日常生活如居家旅游等。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于咳痰辅助的外骨骼机器人及控制方法，实现待辅助用户无创、高效、智能辅助咳嗽的目标，满足待辅助用户恢复咳痰能力以及加强呼吸功能锻炼的需求。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种用于咳痰辅助的外骨骼机器人，包括：呼吸传感器、正压模块、负压模块以及控制模块；

所述呼吸传感器用于获取待辅助用户的呼吸信号；所述呼吸信号包括：呼吸流速以及气道压力；

所述正压模块覆盖于所述待辅助用户的上腹部；

所述负压模块设置于所述待辅助用户的胸腔外壁，并包裹整个胸腔，且所述负压模块的外壳与所述待辅助用户的胸腔外壁之间形成密闭的腔体；所述密闭的腔体为负压腔；当所述待辅助用户有咳痰需求时，所述负压模块的外壳的刚度变大；当所述待辅助用户咳痰结束后，所述负压模块的外壳的刚度变小；