(12)发明专利申请
(10)申请公布号 CN 110200597 A(43)申请公布日 2019.09.06
(21)申请号 201910446223.3(22)申请日 2019.05.27
(71)申请人 上海理工大学
地址 200093 上海市杨浦区军工路516号(72)发明人 章浩伟 徐晓丽 刘颖 余莹
吕琳 黄鹏杰 (74)专利代理机构 上海申汇专利代理有限公司
31001
代理人 王晶(51)Int.Cl.
A61B 5/01(2006.01)A61B 5/103(2006.01)
权利要求书2页 说明书5页 附图4页
CN 110200597 A(54)发明名称
糖尿病足智能鞋垫(57)摘要
本发明涉及一种糖尿病足智能鞋垫,包括鞋垫本体,嵌入式安装在鞋垫本体内的微处理器、温控模块、压力检测模块、无线通信模块和电源
温度传感器测量使用者足底易溃疡区域温模块,
度并转换为电信号输出,并通过无线通信模块传输到云平台和终端软件上;温度调节模块通过无线网络连接终端软件,压力传感器检测使用者的足底压力值,并通过无线通信模块实时传输到云平台和终端软件上。通过云平台保存并处理足底压力数据、温度数据和鞋垫使用者运动加速度,从而形成相对应的健康报告,帮助制定适合使用者的后续治疗方案;该鞋垫从减轻足底压力峰值和均衡足底温度两个方面有效地预防糖尿病足足底溃疡的产生,并且能够帮助医生和患者实时监测鞋垫的使用情况。
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权 利 要 求 书
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1.一种糖尿病足智能鞋垫,包括鞋垫本体,嵌入式安装在鞋垫本体内的微处理器、温控模块、压力检测模块、无线通信模块和电源模块,以及云平台和终端软件,其特征在于:
所述温控模块包括温度传感器和温度调节模块,所述温度传感器用来测量使用者足底易溃疡区域温度并转换为电信号输出,输出的电信号通过无线通信模块传输到云平台和终端软件上;由云平台存储接收到的温度数据并通过计算生成温度变化表,方便鞋垫使用者和医护人员了解某一阶段内使用者足底温度变化的情况;所述温度调节模块通过无线网络连接终端软件,由终端软件控制温度调节模块工作,用于实现对鞋垫进行加热或降温;
所述压力检测模块包括压力传感器和运动感应芯片,所述压力传感器检测使用者的足底压力值并转化为电信号输出,输出的电信号通过无线通信模块实时传输到云平台和终端软件上,以及输出的电信号同时传送到微处理器,由微处理器通过运算判断测得的足底压力峰值与预设的压力范围进行比较,当测得的压力峰值高于峰值预设范围,以及足部处于压力峰值状态的累计时长达到的预设时长,微处理器发出报警信号并通过无线通信模块传输到使用者终端软件,报警信号触发终端软件的语音报警系统,通过语音提醒使用者注意休息和足底肌肉放松;所述运动感应芯片检测使用者运动过程中的加速度,并通过无线通信模块将该数据传输到云平台上,通过云平台分析加速度数据得出使用者的步态、步数、步速信息。
2.根据权利要求1所述的糖尿病足智能鞋垫,其特征在于:所述温度传感器输出的电信号同时会传送到微处理器,微处理器通过运算判断测得的足底温度值是否在预设的温度范围内,当测得的温度值高于或低于预设范围时,所述微处理器发出报警信号并通过无线通信模块传输到使用者终端软件,报警信号会触发手机终端的语音报警系统,通过语音提醒使用者在相应的终端软件上操作温度调节模块控制系统,从而及时地调整鞋垫的温度,使得使用者的足底温度维持在合适的范围内,以达到预防糖尿病足足底溃疡发生的目的。
3.根据权利要求1所述的糖尿病足智能鞋垫,其特征在于:所述压力传感器安装在鞋垫本体顶层,分布于鞋垫本体相对于使用者前足和后足受力的区域;所述运动感应芯片安装在鞋垫本体的底层对于足弓的位置;所述微处理器安装在鞋垫本体的中间层对应使用者足部足弓区域;所述无线通信模块安装在鞋垫本体的中间层;所述电源模块安装在鞋垫本体底层对应使用者足部压力值的区域,所述电源模块包括小型锂电池组、多片压电陶瓷发电片和自重锤发电组。
4.根据权利要求1所述的糖尿病足智能鞋垫,其特征在于:所述鞋垫本体为全接触式鞋垫,全接触式鞋垫具有足弓支撑和容纳踵部的杯状区域;所述鞋垫本体由足形的底层、中间层和顶层组成,所述鞋垫本体的顶层材料为具有良好的导热性的掺有碳纳米或石墨烯的超细纤维PU Softouch;中间层材料为具有优良的减震性的Poron TX3;底层材料为具有良好的支撑力和弹性的EVA泡沫。
5.根据权利要求1所述的糖尿病足智能鞋垫,其特征在于:所述微处理器与温度传感器和压力传感器之间采用有线连接,用于判断足底温度和压力峰值是否在预先设定的范围内,当测量值不在预设范围时输出报警信号;所述微处理器采用低功耗单片机。
6.根据权利要求1所述的糖尿病足智能鞋垫,其特征在于:所述温度传感器安装在鞋垫本体的顶层,分布于鞋垫上对应糖尿病足溃疡易发的前足和后足区域;所述温度调节模块安装在鞋垫本体的中间层,分布于鞋垫上对应糖尿病足溃疡易发的前足和后足区域;所述
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温度调节模块由加热元件和散热元件组成,所述加热元件选用柔性加热器,所述柔性加热器为硅胶加热器或聚酰亚胺薄膜绝缘柔性加热器,所述散热元件设置在鞋垫本体的顶层与中间层之间,所述散热元件采用恒温相变材料。
7.根据权利要求1所述的糖尿病足智能鞋垫,其特征在于:所述无线通信模块包括蓝牙模块或Wi-Fi模块。
8.根据权利要求1所述的糖尿病足智能鞋垫,其特征在于:所述电源模块由小型充电锂电池组、压电陶瓷发电片和自重锤发电组组成;所述锂电池组安装在鞋垫本体的底层对应足弓的区域;所述压电陶瓷发电片安装在智能鞋垫使用者足部压力值变化较大的区域,由智能鞋垫使用者在走动的过程中对鞋垫产生一定的压力通过压电陶瓷发电片转换为电能,以实现在运动的时候产生电能供给锂电池组,延长智能鞋垫的工作时间;所述自重锤发电组由自重锤、定子、线圈组成,所述自重锤发电组安装在智能鞋垫底层对应足弓和足跟的位置,由智能鞋垫使用者使用鞋垫的过程中足部的细微动作引起自重锤旋转,自重锤在旋转过程中切割线圈从而将机械能转换为电能,并给锂电池组供电。
9.根据权利要求1所述的糖尿病足智能鞋垫,其特征在于:所述云平台包括数据库模块和分析模块。
10.根据权利要求1所述的糖尿病足智能鞋垫,其特征在于:所述终端软件包括手机APP和PC机软件。
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说 明 书糖尿病足智能鞋垫
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技术领域
[0001]本发明涉及一种智能鞋垫,具体涉及一种适用于糖尿病足的智能鞋垫。
背景技术
[0002]随着社会生产力的发展和人民生活水平的逐步提高,糖尿病患病率逐年上升,目前中国糖尿病的发病率己高居全球第2位。研究表明,超过15%的糖尿病患者由于局部神经异常或下肢远端外周血管病变,会引起相关的足部感染、溃疡或深层组织破坏,严重的情况下,可能发生局部或全足坏疽,14%~24%的足溃疡患者需要截肢治疗,2/3的糖尿病足是由压力性溃疡造成的。糖尿病足初期患者的症状表现为下肢皮肤温度降低,足底发凉。有研究表明足部皮肤温度差≥2℃的患者发生糖尿病足溃疡的概率远高于足部皮肤温度差<2℃的患者。患者足部皮肤温度差与糖尿病足溃疡的严重程度成正相关,因此通过监测患者的足底温度值可以预防糖尿病足溃疡的产生。糖尿病足溃疡易发生在患者足底压力较大的位置,因此也可以通过监测足底压力值和分散应力较集中区域的压力值的方式有效预防糖尿病足溃疡的产生。
发明内容
[0003]本发明提出一种糖尿病足智能鞋垫,通过监测足底温度和压力的变化及时调控以达到预防足底溃疡的目的。
[0004]为了解决以上技术问题,本发明采用如下技术方案:[0005]一种糖尿病足智能鞋垫,包括鞋垫本体,嵌入式安装在鞋垫本体内的微处理器、温控模块、压力检测模块、无线通信模块和电源模块,以及云平台和终端软件;[0006]所述温控模块包括温度传感器和温度调节模块,所述温度传感器用来测量使用者足底易溃疡区域温度并转换为电信号输出,输出的电信号通过无线通信模块传输到云平台和终端软件上;由云平台存储接收到的温度数据并通过计算生成温度变化表,方便鞋垫使用者和医护人员了解某一阶段内使用者足底温度变化的情况;所述温度调节模块通过无线网络连接终端软件,由终端软件控制温度调节模块工作,用于实现对鞋垫进行加热或降温;[0007]所述压力检测模块包括压力传感器和运动感应芯片,所述压力传感器检测使用者的足底压力值并转化为电信号输出,输出的电信号通过无线通信模块实时传输到云平台和终端软件上,以及输出的电信号同时传送到微处理器,由微处理器通过运算判断测得的足底压力峰值与预设的压力进行比较,当测得的压力峰值高于峰值预设范围,以及足部处于压力峰值状态的累计时长达到的预设时长,微处理器发出报警信号并通过无线通信模块传输到使用者终端软件,报警信号触发终端软件的语音报警系统,通过语音提醒使用者注意休息和足底肌肉放松;所述运动感应芯片检测使用者运动过程中的加速度,并通过无线通信模块将该数据传输到云平台上,通过云平台分析加速度数据得出使用者的步态、步数、步速信息。
[0008]进一步,所述温度传感器输出的电信号同时会传送到微处理器,微处理器通过运
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算判断测得的足底温度值是否在预设的温度范围内,当测得的温度值高于或低于预设范围时,所棕微处理器发出报警信号并通过无线通信模块传输到使用者终端软件,报警信号会触发手机终端的语音报警系统,通过语音提醒使用者在相应的终端软件上操作温度调节模块控制系统,从而及时地调整鞋垫的温度,使得使用者的足底温度维持在合适的范围内,以达到预防糖尿病足足底溃疡发生的目的。[0009]进一步,所述压力传感器安装在鞋垫本体顶层,分布于鞋垫本体相对于使用者前足和后足受力的区域;所述运动感应芯片安装在鞋垫本体的底层对于足弓的位置;所述微处理器安装在鞋垫本体的中间层对应使用者足部足弓区域;所述无线通信模块安装在鞋垫本体的中间层;所述电源模块安装在鞋垫本体底层对应使用者足部压力值的区域,所述电源模块包括小型锂电池组、多片压电陶瓷发电片和自重锤发电组。[0010]进一步,所述鞋垫本体为全接触式鞋垫,全接触式鞋垫具有足弓支撑和容纳踵部的杯状区域;所述鞋垫本体由足形的底层、中间层和顶层组成,所述鞋垫本体的顶层材料为具有良好的导热性的掺有碳纳米或石墨烯的超细纤维PU Softouch;中间层材料为具有优良的减震性的Poron TX3;底层材料为具有良好的支撑力和弹性的EVA泡沫。[0011]进一步,所述微处理器与温度传感器和压力传感器之间采用有线连接,用于判断足底温度和压力峰值是否在预先设定的范围内,当测量值不在预设范围时输出报警信号;所述微处理器采用低功耗单片机。[0012]进一步,所述温度传感器安装在鞋垫本体的顶层,分布于鞋垫上对应糖尿病足溃疡易发的前足和后足区域;所述温度调节模块安装在鞋垫本体的中间层,分布于鞋垫上对应糖尿病足溃疡易发的前足和后足区域;所述温度调节模块由加热元件和散热元件组成,加热元件选用柔性加热器,所述柔性加热器为硅胶加热器或聚酰亚胺薄膜绝缘柔性加热器,所述散热元件设置在鞋垫本体的顶层与中间层之间,所述散热元件采用恒温相变材料。[0013]进一步,所述无线通信模块包括蓝牙模块或Wi-Fi模块。[0014]进一步,所述电源模块由小型充电锂电池组、压电陶瓷发电片和自重锤发电组组成;所述锂电池组安装在鞋垫本体的底层对应足弓的区域;所述压电陶瓷发电片安装在智能鞋垫使用者足部压力值变化较大的区域,由智能鞋垫使用者在走动的过程中对鞋垫产生一定的压力通过压电陶瓷发电片转换为电能,以实现在运动的时候产生电能供给锂电池组,延长智能鞋垫的工作时间;所述自重锤发电组由自重锤、定子、线圈组成,所述自重锤发电组安装在智能鞋垫底层对应足弓和足跟的位置,由智能鞋垫使用者使用鞋垫的过程中足部的细微动作引起自重锤旋转,自重锤在旋转过程中切割线圈从而将机械能转换为电能,并给锂电池组供电。[0015]进一步,所述云平台包括数据库模块和分析模块。[0016]进一步,所述终端软件包括手机APP和PC机软件。[0017]与现有技术,本发明具有以下有益效果:[0018]本发明提出的一种糖尿病足智能鞋垫,通过设计鞋垫本体,嵌入式安装在鞋垫本体内的温控模块、压力检测模块、无线通信模块、电源模块、云平台和终端软件。温控模块包括温度传感器和温度调节模块,压力检测模块包括压力传感器和运动感应芯片。压力检测模块实现了使用者和医护人员对足底温度和压力的实时监测,和使用者运动加速度的测量。当足底温度和压力高于或低于各自的适宜范围,或者足部处于压力峰值的累计时长己
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超过预设时长时,微处理器发出报警信号并传送到手机APP上触发语音报警系统,提醒使用者调节鞋垫温度和运动强度,并注意休息。电源模块包括小型锂电池组、压电陶瓷发电片和自重锤发电组,压电陶瓷发电片和自重锤发电组在使用过程中可以将部分机械能转化为电能供给锂电池组,增如鞋垫的使用时间。云平台可以存储使用者的健康数据,鞋垫测得的温度、压力和加速度,以及分析处理后的数据,同时云平台还可以计算测得的各类数据,生成新的健康报告,帮助使用者和医护人员了解智能鞋垫使用是否有效,并辅助医护人员有针对性的制定下一步治疗方案。终端软件方便使用者通过手机APP直接调节鞋垫上的各模块功能,实时监测足底状态,以及与医院形成远程连接,方便与医生沟通。附图说明
[0019]图1为本发明的糖尿病足智能鞋垫的方框图;[0020]图2是本发明的温控模块工作流程图;[0021]图3是本发明的压力检测模块工作流程图;
[0022]图4是本发明的实施例的右鞋鞋垫安装示意图;[0023]图5是本发明的自重锤发电组的主视剖面图;[0024]图6是本发明的自重锤发电组的右视剖面图;[0025]图中:1-鞋垫本体,2-微处理器,3-温控模块,4-压力检测模块,5-无线通信模块,6-电源模块,7-温度传感器,8-温度调节模块,9-压力传感器,10-运动感应芯片,11-蓝牙模块,12-Wi-Fi模块,13-锂电池组,14-压电陶瓷发电片组,15-自重锤发电组,16-云平台,17-终端软件,18-转子,19-定子,20-端盖,21-线圈。具体实施方式
[0026]下面结合附图对本发明作进一步详细说明。[0027]本发明的实施例一种糖尿病足智能鞋垫,其结构如图1、4所示,该智能鞋垫包括:鞋垫本体1,安装在鞋垫内的微处理器2、温控模块3、压力检测模块4、无线通信模块5和电源模块6,以及云平台16和终端软件17。[0028]本实施例中,糖尿病足智能鞋垫由鞋垫本体1和一些安装在鞋垫本体内的电子装置以及一些外部结构组成。使用时和普通鞋垫一样将糖尿病足智能鞋垫放入使用者的鞋子内。所述电子装置主要由微处理器2以及与微处理器2有线连接的温控模块3、压力检测模块4、无线通信模块5和电源模块6组成。[0029]如图1,2所示,温控模块3包括温度传感器7和温度调节模块8。所述温度传感器用7来测量使用者足底易溃疡区域温度并转换为电信号输出,输出的电信号通过无线通信模块5传输到云平台16和终端软件17上。云平台16会存储接收到的温度数据并通过计算生成温度变化表,方便鞋垫使用者和医护人员了解某一阶段内使用者足底温度变化的情况,方便医护人员有针对性的帮助患者制定之后的治疗方案;通过无线通信模块5传出的信号被终端软件17接收,达到可以在手机和电脑终端实时监测到鞋垫使用者的足底温度情况。温度传感器7输出的电信号同时会传送到微处理器2,微处理器2通过运算判断测得的足底温度值是否在预设的温度范围内,当测得的温度值高于或低于预设范围时,微处理器2发出报警信号并通过无线通信模块5传输到使用者手机终端,报警信号会触发手机终端的语音报警
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系统,通过语音提醒使用者在相应的手机APP上操作温度调节模块8控制系统,从而及时地调整鞋垫的温度,使得使用者的足底温庋维持在合适的范围内,以达到预防糖尿病足足底溃疡发生的目的。所述温度调节模块8用来实现对鞋垫在必要时进行加热和降温,加热元件可以选用柔性加热器,柔性加热元件具有可靠、经济有效、轻薄、耐腐蚀及基本柔性等优势是可以贴合需加热表面的加热设备,例如硅胶加热器或聚酰亚胺薄膜绝缘柔性加热器。在智能鞋垫的顶层和中间层之间加入一层某种恒温相变材料作为散热元件,相变材料由固态变为液态或由液态变为固态的过程将吸收或释放大量的潜热,这种材料既可以加热也可以放热,同时鞋垫材料对这种热转换有缓冲作用,避免足部温度快速降低或升高从而延长使用者的热舒适感,且相变材料绿色环保、安全可靠、耐久性强,在一般情况下不需要使用加热元件就可以维持智能鞋垫使用者的足部温度衡定。所述温度调节模块8由手机APP控制,需要的时候,使用者在手机APP上打开并进行操作,当温度值控制到合理范围时,与温控模块相连的开关会自动关闭。[0030]如图1,3所示,压力检测模块4包括压力传感器9和运动感应芯片10。所述压力传感器9将采集的使用者足底压力信号通过有线连接的方式传输到微处理器2,微处理器2通过运算判断采集到的各部位压力峰值是否在预设的压力峰值范围内,若测得的压力峰值超出预设范围,微处理器2榆出报警信号并通过无线通信模块5传输到使用者的手机上,触发手机APP上的语言报警系统,通过语音提醒使用者注意休息和足部肌肉的放松。同时压力检测模块4会将检测到的压力值和运动加速度等数据通过无线通信模块5实时传输至云平台16和终端软件17上,云平台16会存储并分析这些数据可以得出使用者的步态、步数、肌肉紧张情况等相关信息,总结使用者的运动特点,例如慢走、快走或跑步等运动状态的占比情况,生成可靠的健康报告。使用者或医护人员可以在软件终端查看报告,方便了解鞋垫使用者的运动行为习惯、鞋垫的使用情况等信息,以辅助医护人员更好地制定下一步预防糖尿病足底溃疡的方案。[0031]如图4所示,所述电子装置按照以下7个分区安装在鞋垫本体上:T1(大脚趾)、T2(其余脚趾)、M1(内侧跖骨)、M2(外侧跖骨)、ML(足弓)、HM(内侧足跟)和HL(外侧足跟)。其中,温控模块3包括温度传感器8和温度调节模块9,其中温度传感器8安装在鞋垫本体1的顶层,分布于鞋垫本体1上对应糖尿病足溃疡易发的前足和后足区域,温度调节模块9分布在鞋垫本体1的中间层相对温度传感器8位置一致的区域。压力检测模块4包括压力传感器9和运动感应芯片10.压力传感器9安装在鞋垫本体顶层,分布于鞋垫本体1相对于使用者前足和后足受力较大的区域,运动感应芯片10安装在鞋垫本体1的底层对于足弓的位置。微处理器2安装在鞋垫本体的中间层对应使用者足部足弓区域。无线通信模块5安装在鞋垫本体的中间层,即鞋垫本体相对于使用者足底足弓区域。电源模块6包括小型锂电池组13、多片陶瓷压电片14和自重锤发电组15,安装在鞋垫本体底层对应使用者足部压力值较大的区域。[0032]本实施例中,糖尿病足智能鞋垫的鞋垫本体1采用全接触式鞋垫,形成的形状包括足弓支撑和容纳踵部的杯状区域。全接触式鞋垫通过增大足底与鞋垫之间的接触面积,能够减小是用这个前足部分和后足的峰值压力,但足弓部分的峰值有所升高。为预防和治愈糖尿病足底溃疡,鞋垫使用者最好使用多层全接触式鞋垫,本发明的鞋垫本体1分为三层,包括通常为足形的底层、中间层和顶层。[0033]本实施例中,鞋垫本体l中安装有由小型锂电池组13和压电陶瓷发电片14组成的
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电源模块6。鞋垫使用者在运动过程中会对鞋垫产生一定的压力,而压电陶瓷发电片14具有将机械能转化为电能的能力,从而可以将使用者行走过程中产生的机械能部分的转化为电能己补充锂电池组13的电量,达到增加智能鞋垫的续航能力的效果。自重锤发电组15由自重锤、定子、线圈等组成,且体积小,在使用者使用鞋垫的过程中足部的细微动作都会引起自重锤旋转,自重锤在旋转过程中会做切割线圈磁感线运动从而将机械能转换为电能,并通过电子电路给锂电池组13供电,所述自重锤发电组15安装在智能鞋垫底层对应足弓和足跟的位置,每个鞋垫配有1个或多个该装备。自重锤发电组的结构多种多样,如图5、6所示,自重锤发电组15包括转子18、定子19、端盖20、线圈21.[0034]云平台6包括数据库模块和分析模块。所述数据库模块可以存储测得的温度、压力和加速度数据,使用者的健康情况以及分析处理后的数据等。所述分析模块可以通过测得的温度值计算温度差,对比测得的压力值以及根据测得的加速度等数据计算出使用者的步态、步数、肌肉紧张情况等相关信息,总结使用者的运动特点,例如慢走、快走或跑步等运动状态的占比情况,生成可靠的健康报告。鞋垫使用者可以通过查看健康报告了解自己的足部状态及时做出调整,同时也万便给医生提供使用者使用鞋垫的情况,辅助医生有针对性的制定下一步的治疗方案。
[0035]所述终端软件包括手机及APP和PC机及软件。使用者可以直接在手机及APP上操作控制智能鞋垫上各模块功能,也可以看到传输到APP上的温度和压力值,帮助使用者实时监控自己的足部状态。所述PC机及软件可与医院之间实现远程连接,方便医生与使用者之间的沟通。
[0036]所述无线通信模块包括蓝牙模块11和Wi-Fi模块12。终端软件17为手机APP或PC机软件。
[0037]上述实施方式仅为本发明的技术方案、工作原理、目的效果作的明确说明,但不局限于这种技术原理,但凡事依据本发明的技术原理,做的任何等价、修改,均属于本发明的保护范围。
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