當(dāng)今社會心腦血管疾病的發(fā)病率和死亡率居高不下，而這類疾病通常都會對患者的大腦產(chǎn)生巨大損傷，從而使患者進(jìn)一步患上腦中風(fēng)等疾病的幾率大大增加，對身體其他部分也產(chǎn)生病變，比如使患者患上四肢偏癱、面部偏癱、語言和視力水平下降等，其中偏癱是大部分患者的主要表現(xiàn)。其中由于人的上肢本身動作十分精細(xì)，因此上肢的康復(fù)治療難度相當(dāng)大。
而傳統(tǒng)由醫(yī)生對患者患肢進(jìn)行人工方式進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練的方式存在效率低、康復(fù)數(shù)據(jù)控制不夠精確、康復(fù)訓(xùn)練結(jié)果反饋不明顯等問題。上述問題，使得將現(xiàn)代自動化控制系統(tǒng)引入到上肢康復(fù)訓(xùn)練醫(yī)療領(lǐng)域稱為一種可能。
采用自動化康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)有如下優(yōu)勢：第一是機(jī)器人不會疲勞，能夠?qū)⑨t(yī)生從繁重的工作中解放出來;第二是機(jī)器人可以根據(jù)不同情況的患者、或者是同一個患者的不同康復(fù)階段靈活的調(diào)整康復(fù)訓(xùn)練強(qiáng)度和訓(xùn)練模式，并及時直觀的反饋訓(xùn)練效果，方便醫(yī)生做下一步診斷。在上肢康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)中，虹科采用CAN總線作為上位機(jī)和傳感器、電機(jī)等的通訊方式，CAN總線技術(shù)能夠?qū)崟r、安全地傳輸系統(tǒng)中的控制指令和反饋數(shù)據(jù)。目前上海卓道醫(yī)療的ArmGuider上肢康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)就是采取了上述技術(shù)方案，虹科可以為您提供類似方案。
圖1 ArmGuider上肢康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)
基于虹科PCAN接口卡實現(xiàn)上肢康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)
圖2 基于虹科PCAN接口卡實現(xiàn)的上肢康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)
如上圖2，由于整個上肢康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)中涉及到到多個電機(jī)，同時電機(jī)之間還需要實現(xiàn)聯(lián)動、插補(bǔ)等功能，對通訊的快速性和實時性有一定要求，所以這里我們采用的是CAN總線通訊系統(tǒng)，最高通訊波特率為1Mbit/s，同時載波監(jiān)聽多路訪問、逐位仲裁的非破壞性總線仲裁機(jī)制保證了通訊的實時性能。而且由于采用了CAN總線技術(shù)，我們可以在系統(tǒng)中實現(xiàn)分布式控制，大大提高了設(shè)備的維護(hù)性和可升級性。
下位機(jī)模塊則需要根據(jù)需求選擇支持CAN/CANopen通訊的電機(jī)、編碼器、傳感器(霍爾傳感器、角度傳感器、力傳感器等)和IO模塊等，我們可以選用合適的CAN控制器和CAN收發(fā)器開發(fā)，或者選用市場一些現(xiàn)成的CAN/CANopen模塊，比如虹科有提供CAN/CANopen IO模塊、CAN/CANopen嵌入式開發(fā)方案等產(chǎn)品。
圖3 虹科CAN/CANopen產(chǎn)品和開發(fā)方案
上位機(jī)采用的是工控機(jī)+顯示器的模式，方便直觀的向患者展示康復(fù)訓(xùn)練教程，通過一些小游戲增加康復(fù)訓(xùn)練過程中的趣味性;或者是向醫(yī)生反饋現(xiàn)階段康復(fù)訓(xùn)練成果，方便醫(yī)生為患者提供新的醫(yī)療建議。CAN總線通訊采用虹科的PCAN接口卡，根據(jù)對設(shè)備小型化的需求可選PCIe或者miniPCIe接口，該款型號的CAN接口卡主要有以下兩個優(yōu)點(diǎn)：
1. 單個產(chǎn)品提供最多兩路高速CAN接口，可以實現(xiàn)一些復(fù)雜的應(yīng)用，比如分開控制電機(jī)和其他實時要求低的IO模塊等
2. 提供了用于二次編程的PCAN-Basic驅(qū)動包，用戶可以方便的在C/C++/C#/VB/Java/ Python/Labview等環(huán)境下開發(fā)康復(fù)訓(xùn)練程序，或者使用驅(qū)動包來實現(xiàn)CANopen協(xié)議，進(jìn)一步規(guī)范化上位機(jī)對各個模塊的通訊、監(jiān)控和診斷。CANopen協(xié)議用戶可以自己開發(fā)，或者使用支持了PCAN-Basic的商業(yè)CANopen代碼包(比如虹科的CANopen協(xié)議棧代碼)。
虹科PCAN-PCIe/miniPCIe接口卡關(guān)鍵特性
√ CAN接口，用于PC端PCIe/miniPCIe插槽;
√ 最多2路高速CAN通道(ISO 11898-2);
√ 波特率范圍為5kbit/s ~ 1Mbit/s;
√ 符合CAN總線規(guī)范2.0A (11位ID)和2.0B (29位ID)
√ CAN端使用9針D-Sub連接頭 (符合CiA 303-1)
√ NXP SJA1000 CAN控制器 / FPGA實現(xiàn)CAN控制器(兼容SJA1000)
√ NXP PCA82C251 CAN收發(fā)器
√ 通過焊接跳接線可連接5伏電源到CAN連接上，比如用于外部總線轉(zhuǎn)換器
√ CAN接頭上的電隔離達(dá)到500 V / CAN連接上的電氣隔離高達(dá)300V。每個CAN通道彼此隔離
√ 擴(kuò)展工作溫度-40 ~ 85℃
總結(jié)
通過虹科PCAN-PCIe/miniPCIe接口卡實現(xiàn)上肢康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)，可以將自動化技術(shù)引入到康復(fù)訓(xùn)練當(dāng)中，大大提高康復(fù)訓(xùn)練過程中的準(zhǔn)確度和趣味性，減輕醫(yī)生體力負(fù)擔(dān)，提高患者康復(fù)幾率;同時您在開發(fā)或者維護(hù)階段，也可以借助我們的PCAN-USB、PCAN-Diag2或者PCAN-Explorer6等設(shè)備和軟件進(jìn)行現(xiàn)場的CAN報文分析，快速上手CAN通訊協(xié)議。如您也想更進(jìn)一步了解PCAN接口卡，請聯(lián)系虹科獲取產(chǎn)品資料和試用機(jī)會。
（轉(zhuǎn)載）
