移動互聯網下的智能化下肢康復治療儀控制系統設計

謝星宇，沈 陽，田曉會，陳凱陽

（南京中醫藥大學 信息技術學院，江蘇 南京 210023）

抬高患肢可減少肢體遠端淺靜脈壓力以利于靜脈、淋巴液回流，防止和消除腫脹，減少筋膜間隔區綜合征、肢體壞死等并發癥，促進患肢功能恢復，且簡便有效，已成為髖關節置換術后患者必不可少的治療手段[1]。通過下肢治療康復儀等設備，可以有效幫助患者的術后康復，在醫療領域具有很大的意義。

在互聯網產業飛速發展的今天，人們越來越向往簡單、快捷、高效的工作和生活方式，與此同時，伴隨著移動終端（手機、平板電腦）的盛行，研究基于移動終端的遠程控制系統是非常迫切必要的[2]。通過移動智能終端來實現對各種設備的控制，省卻復雜的機器操縱，轉而進行界面舒適的人機交互，可以大大便利人們對各種設備的使用。

1 下肢康復儀器現狀

與此同時，市面上已有的布朗氏架等相關產品往往構造簡單，功能有限，不能滿足復雜的用戶需求。目前相關醫療設備的狀況如下。

軟墊易于取材、成本低廉、較為舒適；但是穩定性差、無法隨意抬高角度和高度、療效差。

布朗氏架成本低廉、推廣性強；但是穩定性差、抬高角度和高度難以控制、舒適性差、需要人員從旁協助、療效較差。牽引時的體位需保持外展30°，但在臨床護理中常見患者易臥向健側而達不到外展角度，甚至患肢從布朗氏架上移落而影響牽引治療效果[3]。

持續被動訓練（Continuous Passive Motion，CPM）機可控性較強，相較于布郎氏架和軟墊穩定性較好，相較于布郎氏架和軟墊療效好，據研究，術后早期應用CPM機，有效防止關節僵硬，加快恢復膝關節活動度，改善了關節功能[4]。但是微調性欠佳、需醫務人員從旁協助、成本高，不宜推廣、踝膝關節不可同時使用、舒適度欠佳。

由此可見，現有的下肢康復治療儀仍需醫務人員從旁協助，微調性、舒適性欠佳。因此，設計集下肢創傷康復與智能化調控于一體，擁有使用體驗良好的人機界面的智能化下肢康復治療儀的出現是必然的。同時基于移動互聯網開發相對應的一套管理與控制系統可以實現更為強大的功能。

2 技術研究

智能化下肢康復治療儀控制系統主要需要實現信息推送、遠程控制康復儀等功能。基于Android進行開發，采用3層架構的體系結構，表現層主要用于提供康復儀參數輸入、提供保健方案等；業務邏輯層主要是針對用戶的訪問請求，對數據進行操作；數據訪問層主要用于放置用戶信息數據庫，健康文章數據庫，使用記錄數據庫等數據。智能化下肢康復治療儀控制系統體系結構如圖1所示。

圖1 智能化下肢康復治療儀控制系統體系結構

系統以Tomcat作為服務器，Servlet作為處理請求響應的核心。Servlet技術較以前的動態網頁制作技術有很大的不同，特別是對采用通用網關接口（Common Gateway Interface，CGI）技術的網站，在性能上的提高具有極大優勢[5]。在服務器端建立數據庫，并設置良好的網絡環境。當用戶需要使用數據時，向服務器發送請求并獲取響應的反饋，在需要控制下肢康復治療儀器的時候，服務器再來調用相關控制模塊發送對應指令，使儀器做出對應調整。

在訪問操作中，客戶端發送請求至服務器端，服務器將請求信息發送至Servlet，Servlet生成響應內容并將其傳給服務器。服務器端采用JTDS技術連接數據庫，進行數據庫查詢，再將查詢結果采用JS對象標記（JavaScript Object Notation，JSON）技術進行數據格式的轉換，通過智能推薦引擎智能產生智能推薦結果，服務器將響應結果返回給客戶端[6]。

通過以上技術，幫助患者通過智能手機設置康復儀參數，記錄用戶使用歷史，方便用戶復用，分析用戶使用偏好，從而輔助智能化下肢康復治療儀的使用。

3 智能化下肢康復治療儀控制系統開發

為了滿足系統正常運行和用戶需求，智能化下肢康復治療儀控制系統應當有遠程控制模塊、保健知識推薦模塊、用戶交流論壇模塊、用戶信息管理模塊等功能模塊（見圖2）。

圖2 智能化下肢康復治療儀控制系統功能

3.1 遠程控制模塊

作為該系統的核心功能，本系統應當能夠實現通過在智能終端輸入使用參數遠程控制儀器的功能，通過利用設備提供的通信接口接入康復治療儀的控制。依據臨床病患的下肢功能康復要求，實現2個長度可調、3個角度可調，即大腿、小腿調節桿長度可調，屈髖、屈膝轉踝角度可調，角度精確到1°。用戶可以調控以上幾個參數，并提交使用參數供服務器處理。同時，向服務器發送一條使用記錄。

為了充分利用該功能，可以建立使用記錄數據分析功能，長期關心不同用戶、不同地區的使用規律，向用戶提供數據分析結果，方便用戶復用，向用戶推薦適合的參數范圍。同時建立在線提供健康知識咨詢服務以及智能化下肢治療康復儀使用指導的功能。便于使用者的操作以及對日常使用的了解。

3.2 保健知識推薦模塊

保健知識推薦模塊的主要設計是向使用的用戶提供健康保健知識的推送，利用協同過濾等算法產生推薦。協同過濾推薦算法是業界應用最為廣泛的推薦算法，該推薦算法能夠根據用戶在系統中已經產生的行為數據來分析用戶的興趣特征，為用戶產生個性化推薦結果[7]。

個性化推薦系統面臨的難題是推薦的準確性、多樣性以及新穎性，同時其數據集存在稀疏、信息缺失（如用戶描述、項目屬性以及明確的評分）等問題[8]。為了產生符合用戶客觀特征的用戶畫像，記錄用戶使用記錄，瀏覽偏好，根據用戶的訂閱、收藏、喜好等記錄推送適合的健康知識。

3.3 用戶交流論壇模塊

建立用戶交流論壇，供使用智能化下肢康復治療儀的用戶進行交流，分享下肢保健經驗，用戶在論壇中可以使用瀏覽帖子、評論、發布新話題等功能。用戶在論壇中可以發帖討論智能化下肢康復治療儀的使用體驗以及其他健康話題。

3.4 用戶信息管理模塊

在用戶信息管理模塊中，用戶可以修改基本信息，查看訂閱記錄，查看智能化下肢康復治療儀使用記錄，填寫自己的健康信息等功能，進行中醫體質測試，本測試是根據《中醫體質量表》[9]以及《中醫體質分類與判定》[10]的體質判定標準研發而成，用戶完成問卷填寫之后提交，后臺自動計算得分，分析用戶體質，從而得出用戶偏好，為之后的服務提供指導。

4 結語

本文研究了當前市面上下肢康復治療儀器的現狀，提出了移動互聯網下的智能化下肢康復治療儀控制系統的研究與開發策略，闡述了實現該系統的技術策略、系統架構，設計了其在Android端軟件的功能。通過開發基于移動互聯網的智能化下肢康復治療儀控制系統，可以配合智能化下肢康復治療儀的使用，將一部分業務轉移到線上，區別于傳統的嵌入式程序，用戶只要通過智能手機就可以接受高質量的下肢康復治療服務，簡化用戶操作。同時開發新穎有趣的功能，提升用戶使用體驗，對用戶使用記錄與健康狀況進行數字化管理。同時記錄下的數據也具有一定的科研價值，對今后產品的進一步開發具有一定的指導意義。

[參考文獻]

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[8]李瑞敏，林鴻飛，閆俊.基于用戶-標簽-項目語義挖掘的個性化音樂推薦[J].計算機研究與發展，2014（10）：2270-2276.

[9]朱燕波，王琦，折笠秀樹.中醫體質量表的信度和效率評價[J].中國行為醫學科學，2007（7）：651-654.

[10]中國中醫藥學會.中醫體質分類與判定[M].北京：中國中醫藥出版社，2009.