專利名稱：智能化多態(tài)平衡測試訓(xùn)練系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種康復(fù)醫(yī)療器械，尤其涉及一種智能化多態(tài)平衡測試訓(xùn)練系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
據(jù)統(tǒng)計，我國腦血管病、帕金森病、顱腦外傷、脊髓損傷年發(fā)病率各為219/10萬、 100/10萬、55. 4/10萬和6/10萬。而且由于老齡化、自然災(zāi)害頻發(fā)和意外事故增加的緣故， 發(fā)病率還在逐年增加。這些疾病和損傷會造成患者的平衡功能、蹲下站起功能障礙，乃至殘 疾。以目前存活的320 400萬腦血管病重殘患者為例，平衡功能、蹲下站起功能障礙是主 要致殘因素。多個循證醫(yī)學(xué)證據(jù)表明，包括平衡功能、蹲下站起以及被動訓(xùn)練功能在內(nèi)的 練習(xí)是改善功能的重要方式，而進(jìn)行相應(yīng)的功能評定則是訓(xùn)練的前提和總結(jié)療效的必要措 施。 靜態(tài)平衡是基本平衡方式，即人體在靜止的支撐面上維持姿勢穩(wěn)定的能力。動態(tài) 平衡是較高級的平衡方式，即人體在活動的支撐面上或移動中維持姿勢穩(wěn)定的能力。國內(nèi) 平衡評定和訓(xùn)練的數(shù)字化設(shè)備發(fā)展相對滯后，專利多局限為基礎(chǔ)評定/訓(xùn)練設(shè)備。發(fā)展集 成化、智能化多態(tài)平衡評定訓(xùn)練系統(tǒng)是康復(fù)工程的趨勢。 坐下和站起是為保持功能獨(dú)立性而每日多次進(jìn)行的功能性活動，在評價殘疾的各 種ADL量表(如Barthel量表)中，移動、如廁均與此直接有關(guān)，而且通常占評分較大比例。 有資料表明，腦卒中患者的跌倒較多發(fā)生在蹲下站起過程中。因此，有效地改善蹲下站起功 能是康復(fù)的重要舉措。臨床上一般通過肉眼觀察或使用簡單的計時工具觀察患者的蹲下站 起功能，更復(fù)雜的運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)評定需通過高速攝像機(jī)及動作分析系統(tǒng)進(jìn)行。臨床上蹲 下站起功能訓(xùn)練，一般為治療師針對造成蹲下站起功能障礙的具體問題，如肌力、平衡、痙 攣等，進(jìn)行對應(yīng)的具體練習(xí)及整合練習(xí)。目前尚缺乏針對蹲下站起功能進(jìn)行整體化訓(xùn)練的 智能化設(shè)備。 雙腿同步屈伸與交替屈伸是人體下肢運(yùn)動重要方式之一，被動的同步屈伸類似被 動的下蹲站起，被動的交替屈伸類似被動的踏步動作?？蛇M(jìn)行他動態(tài)下肢平衡功能測試訓(xùn) 練的疾病和損傷有卒中、腦外傷、帕金森病、脊髓損傷等；用于有昏迷、植物狀態(tài)和微弱意識 狀態(tài)的意識障礙的患者等。目前被動的雙腿屈伸與交替屈伸作以往都采用訓(xùn)練師進(jìn)行手動 操作，不但費(fèi)時，費(fèi)力，治療成本高，在對人體減重方面，多采用的是用懸吊設(shè)備進(jìn)行減重訓(xùn) 練，懸吊設(shè)備使用懸吊帶向上牽引患者體重，需束縛患者軀干部，易帶來患者不適，操作較 繁瑣。 目前的被動訓(xùn)練的產(chǎn)品還存在缺乏個性化訓(xùn)練的特點(diǎn)，對于有身材高矮的患者采 用統(tǒng)一下肢訓(xùn)練產(chǎn)品，造成部分患者訓(xùn)練過程達(dá)不到效果，或訓(xùn)練強(qiáng)度過大，對患者造成了 一定的損傷。 此外，以往的功能訓(xùn)練產(chǎn)品往往缺乏游戲化訓(xùn)練和視覺反饋，這樣患者和儀器就 不能進(jìn)行互動，使得訓(xùn)練激發(fā)不起病人的興趣，使病人對訓(xùn)練缺乏信心。這種長期而乏味的訓(xùn)練，會影響患者的康復(fù)進(jìn)程，導(dǎo)致康復(fù)效果不理想。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的，就是為了解決上述問題，提供一種智能化多態(tài)平衡測試訓(xùn)練 系統(tǒng)。 為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采用了以下技術(shù)方案一種智能化多態(tài)平衡測試 訓(xùn)練系統(tǒng)，其包括 訓(xùn)練床，包括床座、床架和床板，床架安裝在床座上并與床座可轉(zhuǎn)動相連，床板分 為背部滑動板和下肢固定板，下肢固定板固定在床架上作為支撐下肢用，背部滑動板作為 背部支撐減重用，背部滑動板與床架間裝有滑動裝置，背部滑動板沿床架前后移動，在床架 的前端連接有左下肢支架和右下肢支架，在左下肢支架和右下肢支架與床架之間分別連接 有左下肢支架移動機(jī)構(gòu)和右下肢支架移動機(jī)構(gòu)，在床架與床座之間設(shè)有床板角度調(diào)節(jié)機(jī) 構(gòu)，上述各機(jī)構(gòu)都包含一臺直線步進(jìn)電機(jī)； 控制箱，安裝在床座上，控制箱內(nèi)設(shè)有傳感器接口電路、電機(jī)驅(qū)動模塊和電源模 塊，電源模塊分別為傳感器接口電路和電機(jī)驅(qū)動模塊提供電源；電機(jī)驅(qū)動模塊分別與床板 角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、左下肢支架移動機(jī)構(gòu)和右下肢支架移動機(jī)構(gòu)中的直線步進(jìn)電機(jī)電信號相 連； 主控計算機(jī)，設(shè)置在操作臺上，主控計算機(jī)內(nèi)設(shè)有數(shù)據(jù)采集模塊和運(yùn)動控制模塊， 數(shù)據(jù)采集模塊與控制箱中的傳感器接口電路電信號相連，運(yùn)動控制模塊與控制箱中的電機(jī)
驅(qū)動模塊電信號相連； 患者用顯示裝置，活動設(shè)置在訓(xùn)練床的旁邊并與主控計算機(jī)電信號相連； 主顯示屏，設(shè)置在操作臺上并與主控計算機(jī)電信號相連。 所述的左下肢支架和右下肢支架結(jié)構(gòu)對稱相同，各包括腳踏板支架、下肢伸縮機(jī) 構(gòu)、腳前端緩沖器、腳后跟導(dǎo)向軸和腳踏板；腳踏板支架與相應(yīng)的下肢支架移動機(jī)構(gòu)傳動相 連；腳前端緩沖器和腳后跟導(dǎo)向軸分別連接在腳踏板與腳踏板支架之間；下肢支架由下肢 伸縮機(jī)構(gòu)組成，下肢伸縮機(jī)構(gòu)的一端與腳踏板支架可轉(zhuǎn)動相連，另一端與床架可轉(zhuǎn)動相連； 在腳踏板周圍設(shè)有足底壓力傳感器，足底壓力傳感器與控制箱內(nèi)的傳感器接口電路電信號 相連；在背部滑動板下方裝有位移傳感裝置，床架的前端連接的左、右腳踏板組件上分別設(shè) 有足底壓力傳感器，傳感器與控制箱內(nèi)的傳感器接口電路電信號相連。所述的左下肢支架 移動機(jī)構(gòu)和右下肢支架移動機(jī)構(gòu)分別與相應(yīng)的腳踏板支架傳動相連。 所述的下肢伸縮機(jī)構(gòu)包括大腿伸縮桿、小腿伸縮桿、大腿支架和小腿支架，大腿伸 縮桿的一端與床架可轉(zhuǎn)動相連，另一端與小腿伸縮桿可轉(zhuǎn)動相連，小腿伸縮桿的另一端與 腳踏板支架可轉(zhuǎn)動相連，大腿支架安裝在大腿伸縮桿上，小腿支架安裝在小腿伸縮桿上，在 大腿伸縮桿、小腿伸縮桿、大腿支架和小腿支架上分別設(shè)有調(diào)節(jié)鎖緊手柄。 所述的足底壓力傳感器由貼有四根應(yīng)變片的懸臂梁組成，貼有四根應(yīng)變片的懸臂 梁插裝在由腳踏板、腳踏板支架、腳前端緩沖器和腳后跟導(dǎo)向軸組成的腳底受力部件內(nèi)。 所述的患者用顯示裝置包括移動小車、安裝在移動小車上的支架和安裝在支架上 的顯示屏，顯示屏與支架活動連接，顯示屏的高度和角度可以調(diào)節(jié)。 所述的訓(xùn)練床的床座上安裝有多個萬向調(diào)節(jié)腳輪，并相應(yīng)設(shè)有多個用于調(diào)節(jié)腳輪
4上下伸縮的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。 還包括床板角度顯示器，該床板角度顯示器安裝在床架上隨床架一起移動。 本實(shí)用新型的智能化多態(tài)平衡測試訓(xùn)練系統(tǒng)，由于采用了以上技術(shù)方案，配合計 算機(jī)程序，使其與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下的優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn) —、可完成背部支撐減重形式下(或不減重)的靜態(tài)平衡和靜態(tài)姿勢圖； 二、可完成背部支撐減重形式下(或不減重)的他動態(tài)(髖膝被動同步/交替屈
伸)平衡及他動態(tài)姿勢圖； 三、可完成背部支撐減重形式下(或不減重)的模擬蹲下站起活動的動力學(xué)分 析； 四、可進(jìn)行有視覺反饋的靜態(tài)平衡、下蹲站起、他動態(tài)平衡測試和平衡訓(xùn)練。訓(xùn)練 方式個體化、數(shù)字化、趣味化。 五、多態(tài)平衡評估參數(shù)包括額狀面擺動頻率；平均重心；額狀面最大擺幅；額狀 面平均擺幅；重心移動軌跡總長度；重心移動軌跡總面積；額狀面?zhèn)确綌[速、左右下肢每次 做功量和左右下肢每次做功功率等。下肢被動屈伸任意設(shè)置周期/時間。蹲下站起任意設(shè) 置時間。

圖1是智能化多態(tài)平衡測試訓(xùn)練系統(tǒng)的正視結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是智能化多態(tài)平衡訓(xùn)練床的俯視結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是足底壓力傳感器放置位置示意圖。
具體實(shí)施方式參見圖1、圖2，本實(shí)用新型智能化多態(tài)平衡測試訓(xùn)練系統(tǒng)，包括訓(xùn)練床1、控制箱 2、主控計算機(jī)3、患者用顯示裝置4和主顯示屏5?？刂葡?安裝在訓(xùn)練床的床座11上，主 控計算機(jī)3設(shè)置在操作臺(操作臺未圖示出來)上，患者用顯示裝置4活動設(shè)置在訓(xùn)練床 的旁邊并與主控計算機(jī)電信號相連，主顯示屏5設(shè)置在操作臺上并與主控計算機(jī)電信號相 連。 本實(shí)用新型中的訓(xùn)練床1包括床座11、床架12和床板13，床板13分為背部滑動 板131和下肢固定板132，床架12安裝在床座11上并與床座11通過轉(zhuǎn)軸6可轉(zhuǎn)動相連， 背部滑動板131與床架12通過連接滑塊7滑動相連可沿床架前后移動，下肢固定板132與 床架12固定相連。背部滑動板13與床架12之間還裝有滑動鎖定手柄9，當(dāng)滑動鎖定手柄 9鎖定時，背部滑動板13固定不動，當(dāng)滑動鎖定手柄9松開時，背部滑動板131才能沿床架 前后移動。在床架12的前端連接有左下肢支架和右下肢支架14，在左下肢支架和右下肢 支架14與床架12之間分別連接有左下肢支架移動機(jī)構(gòu)和右下肢支架移動機(jī)構(gòu)15，在床架 12與床座11之間設(shè)有床板角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)16，上述各機(jī)構(gòu)都包含一臺直線步進(jìn)電機(jī)。在訓(xùn) 練床的床座11上安裝有多個萬向調(diào)節(jié)腳輪lll，并相應(yīng)設(shè)有多個用于調(diào)節(jié)腳輪上下伸縮的 調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)112。在床架12上還安裝有床板角度顯示器8，床板角度顯示器8隨床架12—起 移動用于顯示床架12及床板13傾斜的角度。 配合參見圖2，本實(shí)用新型中的左下肢支架和右下肢支架結(jié)構(gòu)14對稱相同，各包括腳踏板支架141、下肢伸縮機(jī)構(gòu)142、腳前端緩沖器143、腳后跟導(dǎo)向軸144和腳踏板145。 腳踏板支架141與相應(yīng)的下肢支架移動機(jī)構(gòu)15傳動相連；腳前端緩沖器143和腳后跟導(dǎo)向 軸144分別連接在腳踏板145與腳踏板支架141之間。下肢伸縮機(jī)構(gòu)142的一端與腳踏板 支架141可轉(zhuǎn)動相連，另一端與床架12可轉(zhuǎn)動相連。在腳踏板145周圍設(shè)有足底壓力傳感 器，其安裝位置如圖3所示。該足底壓力傳感器由貼有四根應(yīng)變片的懸臂梁組成，貼有四根 應(yīng)變片的懸臂梁插裝在由腳踏板、腳踏板支架、腳前端緩沖器和腳后跟導(dǎo)向軸組成的腳底 受力部件內(nèi)，并分別與控制箱2內(nèi)的傳感器接口電路電信號相連。在下肢伸縮機(jī)構(gòu)143上 設(shè)有角度傳感器(未圖示出來)，角度傳感器與控制箱內(nèi)的傳感器接口電路電信號相連。左 下肢支架移動機(jī)構(gòu)和右下肢支架移動機(jī)構(gòu)15分別與相應(yīng)的腳踏板支架141傳動相連。 配合參見圖2，本實(shí)用新型中的下肢伸縮機(jī)構(gòu)142包括大腿伸縮桿1421、小腿伸縮 桿1422、大腿支架1423和小腿支架1424，大腿伸縮桿1421的一端與床架12可轉(zhuǎn)動相連， 另一端與小腿伸縮桿1422可轉(zhuǎn)動相連，小腿伸縮桿1422的另一端與腳踏板支架141可轉(zhuǎn) 動相連，大腿支架1423安裝在大腿伸縮桿1421上，小腿支架1424安裝在小腿伸縮桿1422 上，在大腿伸縮桿、小腿伸縮桿、大腿支架和小腿支架上分別設(shè)有調(diào)節(jié)鎖緊手柄1425。 控制箱2安裝在訓(xùn)練床的床座11上，控制箱內(nèi)設(shè)有傳感器接口電路、電機(jī)驅(qū)動模 塊和電源模塊(未圖示出來)，電源模塊分別為傳感器接口電路和電機(jī)驅(qū)動模塊提供電源； 電機(jī)驅(qū)動模塊分別與床板角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、左下肢支架移動機(jī)構(gòu)和右下肢支架移動機(jī)構(gòu)中的 直線步進(jìn)電機(jī)電信號相連。 主控計算機(jī)3設(shè)置在操作臺(操作臺未圖示出來)上，主控計算機(jī)內(nèi)設(shè)有數(shù)據(jù)采 集模塊和運(yùn)動控制模塊(未圖示出來)，數(shù)據(jù)采集模塊與控制箱中的傳感器接口電路電信 號相連，運(yùn)動控制模塊與控制箱中的電機(jī)驅(qū)動模塊電信號相連。 患者用顯示裝置4活動設(shè)置在訓(xùn)練床1的旁邊并與主控計算機(jī)3電信號相連，該
患者用顯示裝置4包括移動小車41、安裝在移動小車上的支架42和安裝在支架上的顯示屏
43，顯示屏與支架活動連接，顯示屏的高度和角度可以調(diào)節(jié)。 主顯示屏5設(shè)置在操作臺上并與主控計算機(jī)3電信號相連。 本實(shí)用新型采用主控計算機(jī)實(shí)現(xiàn)中心控制，由兩個顯示屏進(jìn)行顯示。其中主顯示 屏放置在操作臺上，供醫(yī)護(hù)人員使用。主顯示屏能顯示包含病人信息、測試報告、功能訓(xùn)練、 游戲訓(xùn)練、生成報告、系統(tǒng)設(shè)置等所有內(nèi)容，同時能控制患者用顯示屏的內(nèi)容。患者用顯示 屏位于患者訓(xùn)練時的前方，便于患者觀察訓(xùn)練過程，實(shí)時主動調(diào)節(jié)平衡，顯示患者對游戲的 參與過程以及訓(xùn)練的結(jié)果等，供患者掌握。 本實(shí)用新型中數(shù)據(jù)的采集和處理，由壓力傳感器組采集足底壓力數(shù)據(jù)、由位移傳 感器組采集蹲下站起過程位移數(shù)據(jù)，傳輸?shù)娇刂葡鋬?nèi)的傳感器接口電路，由多路傳感變送 集成卡(經(jīng)過信號放大、濾波、采樣保持)、進(jìn)入數(shù)據(jù)采集卡，然后輸出到主控計算機(jī)對信號 進(jìn)行處理，使左右足部用力大小以直觀的柱狀圖，數(shù)字大小的形式顯示出來，從而使病人可 以了解到自己的實(shí)際情況，適當(dāng)調(diào)節(jié)姿勢和力度。病人也可以直觀的了解到通過一段時間 的訓(xùn)練，自己取得了多大的進(jìn)步，有利于幫助病人建立康復(fù)的信心，激發(fā)他們的訓(xùn)練欲望。 同時能通過采集的各種信號，進(jìn)行額狀面擺動頻率、平均重心、額狀面最大擺幅、額狀面平 均擺幅、重心移動軌跡總長度、重心移動軌跡總面積和額狀面?zhèn)确綌[速、左右下肢每次做功 量和左右下肢每次做功功率等參數(shù)的計算及顯示。[0040] 本實(shí)用新型中的主控計算機(jī)內(nèi)設(shè)有運(yùn)動控制模塊，主控計算機(jī)通過運(yùn)動控制模塊 驅(qū)動各運(yùn)動機(jī)構(gòu)，即床板角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、左下肢支架移動機(jī)構(gòu)和右下肢支架移動機(jī)構(gòu)中的 直線步進(jìn)電機(jī)。通過同步控制步進(jìn)電機(jī)使其正、反轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)床板的轉(zhuǎn)動，以此來達(dá)到床板 0 90度任意傾斜的效果。這樣患者就可以實(shí)現(xiàn)平躺、斜躺甚至站立進(jìn)行訓(xùn)練，實(shí)現(xiàn)了各種 角度減負(fù)狀態(tài)下的評估與訓(xùn)練。床板角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)中的直線步進(jìn)電機(jī)控制床板運(yùn)動，實(shí)現(xiàn) 身體的傾斜。左下肢支架移動機(jī)構(gòu)和右下肢支架移動機(jī)構(gòu)中的直線步進(jìn)電機(jī)分別推動左右 腳踏板支架的運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)下肢被動雙側(cè)同步屈伸和被動雙側(cè)交替屈伸或左右單腿屈伸，電 機(jī)控制運(yùn)動的快慢，實(shí)現(xiàn)各種狀態(tài)他動態(tài)的訓(xùn)練與評估。 所述的主控計算機(jī)內(nèi)設(shè)功能評定訓(xùn)練系統(tǒng)軟件，該軟件包含測試評估模塊和功能 訓(xùn)練模塊；平衡功能評定訓(xùn)練方法包括以下步驟 a、根據(jù)患者的實(shí)際情況自動調(diào)節(jié)床的傾斜角度，來實(shí)現(xiàn)不同程度的減重，安裝在 床架上的床板角度顯示器隨床架一起移動，角度越小，減重程度越大。 b、當(dāng)手柄鎖定時，背部滑動板固定不動，實(shí)現(xiàn)靜態(tài)平衡和被動下肢康復(fù)測試和訓(xùn) 練患者傾斜躺在床上緊靠床板，并讓其左右腳分別踩在左右腳踏板上，使左右腳踏板處于 同一水平面上。 c、進(jìn)行靜態(tài)平衡和被動下肢康復(fù)功能測試，以得到各項(xiàng)靜態(tài)姿勢圖、動態(tài)姿勢圖
參數(shù)的測試評估結(jié)果，所述參數(shù)包括額狀面擺動頻率、平均重心、額狀面最大擺幅、額狀面
平均擺幅、重心移動軌跡總長度、重心移動軌跡總面積、額狀面?zhèn)确綌[速。 d、當(dāng)手柄松開時，背部滑動板跟隨患者做下蹲站起動作，同時背部滑動板跟隨患
者上下滑動，實(shí)現(xiàn)主動下蹲站起測試和訓(xùn)練患者傾斜躺在床上緊靠背部滑動板，并讓其左
右腳分別踩在左右腳踏板上，使左右腳踏板處于同一水平面上。 e、進(jìn)行蹲下站起功能測試，以獲得各項(xiàng)動力學(xué)參數(shù)，所述動力學(xué)參數(shù)包括額狀面
擺動頻率、平均重心、額狀面最大擺幅、額狀面平均擺幅、重心移動軌跡總長度、重心移動軌
跡總面積、額狀面?zhèn)确綌[速、左右下肢每次做功量和左右下肢每次做功功率。 f、讓計算機(jī)進(jìn)入功能評定訓(xùn)練系統(tǒng)的功能訓(xùn)練模塊，根據(jù)測試評估結(jié)果，選擇合
適的訓(xùn)練周期和減重角度，讓病人做下蹲站起，靜態(tài)平衡，被動態(tài)同步屈伸運(yùn)動訓(xùn)練，訓(xùn)練
成績以重心落在離正常重心零位±5%、 ±10%、 ±20%和±30%區(qū)域內(nèi)的時間比和良好
重心百分比表示。 g、患者下蹲站起，靜態(tài)平衡，被動態(tài)同步屈伸運(yùn)動過程中的重心變化是下蹲站起，
靜態(tài)平衡，被動態(tài)同步屈伸動力學(xué)參數(shù)評估的基礎(chǔ)，在下面所述的十一個參數(shù)的計算中都
要用到。 一般人體重心(center of gratitude,COG)在第二骶骨前。該系統(tǒng)中的重心投影
指的是人體重心在腳踏板上的投影，又由于人體處于下蹲站起，靜態(tài)平衡，被動態(tài)同步屈伸
過程中側(cè)向力很小，因此人體重心投影位置測試原理就可以簡化為 x = (FA+FB-FC_FD) L/G y = (FB+FD-FA_FC) M/G 式中，L為中心點(diǎn)到傳感器的X軸的距離，M為中心點(diǎn)到傳感器的Y軸的距離，G為 減重后的患者人體的重量，F(xiàn)A， FB， Fe， FD分別為四個傳感器的讀數(shù)，傳感器對稱放置在左右 腳踏板下方如附圖3所示，受力大小通過傳感器測得。 h、評估額狀面擺動頻率變化，反映了在一定時間內(nèi)，重心投影在額狀面即水平方向正負(fù)值的變化頻率，在算法中僅表示重心投影位置沿X軸方向變化的快慢，該參數(shù)值越
大，即變化的頻率越高，反映患者抖動越嚴(yán)重，重心控制越不穩(wěn)，如帕金森病。
額狀面擺動頻率變化算法為由上述5可得出的在下蹲站起，靜態(tài)平衡，被動態(tài)同
步屈伸運(yùn)動過程中的重心變化，再根據(jù)病人重心投影從左側(cè)區(qū)域移動到右側(cè)區(qū)域以及從右
側(cè)區(qū)域移動到左側(cè)區(qū)域的次數(shù)與時間之比，即 77 =—
r 式中，N為重心投影從左側(cè)區(qū)域到右側(cè)區(qū)域以及從右側(cè)區(qū)域到左側(cè)區(qū)域擺動的次數(shù)，T為選擇的測試時間。 i 、評估平均重心，反映了下蹲站起，靜態(tài)平衡，被動態(tài)同步屈伸運(yùn)動過程中，雙下肢用力平衡情況，絕對值越小，表示平衡程度越好，正值越大，表明右下肢較左下肢更有力；負(fù)值越大，則相反。臨床資料表明，平均重心投影值越大，身體對稱性越差，如卒中偏癱者。其定義為病人重心投影偏移距離之和與采集次數(shù)之比，計算方法為 5 —^ 式中，Gi為每次采集重心在足板上的投影偏移的位置；i = 1、2、3、4……N(i、N為整數(shù))，N為選擇的測試時間內(nèi)采集的點(diǎn)數(shù)。 j、評估額狀面最大擺幅，反映患者雙下肢在X方向上用力偏移程度的最大值。額狀面最大擺幅越大表明患者在下蹲站起，靜態(tài)平衡，被動態(tài)同步屈伸運(yùn)動過程中左右兩下肢用力值與身體對稱性有關(guān)，該差值越大表明對稱性差，穩(wěn)定性弱。相關(guān)疾病如截肢者，偏癱者。 其定義為病人重心投影偏移正常重心投影零位的最大距離，其計算方法為[0061] Smax = Max|Si 式中，Si為每次采集的重心投影偏移正常重心投影零位的長度，i = 1、2、3、4……N(i、N為整數(shù))。 k、評估額狀面平均擺幅，反映患者下蹲站起，靜態(tài)平衡，被動態(tài)同步屈伸運(yùn)動過程中在X方向上抖動劇烈程度及快慢，其值越大表明患者平衡能力越差，其計算方法為
「 ， SW ; *1 I 式中，Si為每次采集的重心投影偏移正常重心投影零位的長度，i = 1、2、3、4……N(i、N為整數(shù))，N為選擇的測試時間內(nèi)采集的點(diǎn)數(shù)。 1、評估重心投影移動軌跡總長度，反映了患者下蹲站起，靜態(tài)平衡，被動態(tài)同步屈伸運(yùn)動過程中重心投影移動軌跡總長度，其值越大表明重心投影偏移距離總和越長，患者平衡能力越差。 根據(jù)軌跡分類(中心型、前后型、左右型、多中心型、彌散型)，來評估判斷患者狀
態(tài)，正常為多中心型。多中心型重心投影移動軌跡總長度的計算方法為[0068][0069] 式中，Xi， yi為每次采集重心投影偏移位置的坐標(biāo)。i = 0、1、2、3、4……N(i、N為整數(shù))。 m、評估單位時間內(nèi)重心投影移動軌跡總面積，反映了下蹲站起，靜態(tài)平衡，被動態(tài)同步屈伸運(yùn)動過程中單位時間內(nèi)身體控制重心的穩(wěn)定性及平衡程度。在設(shè)定相同周期下，對不同康復(fù)訓(xùn)練期進(jìn)行前后對比，確定訓(xùn)練效果，數(shù)值越大，反映穩(wěn)定性及平衡越差，如帕金森病，小腦共濟(jì)失調(diào)等。單位時間內(nèi)重心投影移動軌跡總面積算法為 式中，Xi， yi為每次采集重心在足板上的投影偏移的位置的坐標(biāo)。i = 0、1、2、3、4 N(i、N為整數(shù))；Tc為每次采集的時間。 n、評估單位時間內(nèi)額狀面?zhèn)确綌[速，反映下蹲站起，靜態(tài)平衡，被動態(tài)同步屈伸運(yùn)動過程中在X軸方向上最大擺幅時重心投影的移動速度，其值越大，表示重心控制越差。相
關(guān)疾病如扭轉(zhuǎn)痙攣、舞蹈病等。其計算方法為
S一 S'[0074] K = _
r 式中，S',為額狀面最大擺幅的前一個采樣值，T為采樣時間。 0、評估減重狀態(tài)下主動站起時在測試周期內(nèi)做功總量，該參數(shù)反映了患者雙下胺
姿勢肌主要是伸膝肌群的做功(和等速測試類似)，為了區(qū)分左、右患側(cè)伸膝肌群的做功大
小，其做功分別計算。左右下肢做功之差，反映了雙下肢承重能力的差異，差異超出正常范
圍者，有如偏癱、單側(cè)下肢骨關(guān)節(jié)炎等相關(guān)疾病等。計算方法分別為 W左二 F左S = (FA+FB)S W右二F右S二 (FC+FD)S 式中，W左、W右為左、右下肢站起時做功大小，F(xiàn)左、F右為左、右腳的受力，F(xiàn)A， FB， Fc， FD分別為四個傳感器的讀數(shù)，傳感器對稱放置在左右腳踏板下方如附圖3所示，S為背部滑動板在力作用方向上的位移，即背部滑動板的滑動距離，其數(shù)據(jù)由裝在背部滑動板上的位移傳感器測量得到。 p、評估減重狀態(tài)下主動站起時做功功率，該參數(shù)反映患者雙下肢伸膝肌群的做功
(和等速測試類似)的快慢，為了區(qū)分左、右患側(cè)伸膝肌群的做功快慢大小，其功率分別計
算。評估值越大，表明患者伸膝肌群功能越強(qiáng)，反應(yīng)越靈敏。其計算方法分別為[0081]
『左
『右
"右 y1 式中，P左、P右為左、右下肢站起時功率大小，W左、W右由上述13算法所得，S為背部滑動板在力作用方向上的位移，即背部滑動板的滑動距離，其數(shù)據(jù)由裝在背部滑動板上的
9位移傳感器測量得到，T為每次下蹲站起的時間。
q、所述的重心落在離正常重心零位±5%區(qū)域內(nèi)的時間比由以下公式算出[0085] /7, =5x100% 式中，ni為重心在離正常重心零位±5%范圍內(nèi)擺動的次數(shù)，N為選擇的測試時間內(nèi)采集的點(diǎn)數(shù)； r、所述的重心落在離正常重心零位±5%至±10%區(qū)域內(nèi)的時間比由以下公式算出 772=^rxlOO% 式中，化為重心在離正常重心零位±5%至士10X范圍內(nèi)擺動的次數(shù)，N為選擇的測試時間內(nèi)采集的點(diǎn)數(shù)； s、所述的重心落在離正常重心零位±10%至±20%區(qū)域內(nèi)的時間比由以下公式算出 773 =，脂0/0 式中，n3為重心在離正常重心零位±10%至±20%范圍內(nèi)擺動的次數(shù)，N為選擇的測試時間內(nèi)采集的點(diǎn)數(shù)； t、所述的重心落在離正常重心零位±20%至±30%區(qū)域內(nèi)的時間比由以下公式算出 74=》xl00% 式中，n4為重心在離正常重心零位±20%至±30%范圍內(nèi)擺動的次數(shù)，N為選擇的測試時間內(nèi)采集的點(diǎn)數(shù)； u、良好重心百分比為重心落在離正常重心零位±5%區(qū)域內(nèi)的時間占全部訓(xùn)練時間的百分比。
權(quán)利要求一種智能化多態(tài)平衡測試訓(xùn)練系統(tǒng)，其特征在于包括訓(xùn)練床，包括床座、床架和床板，床架安裝在床座上并與床座可轉(zhuǎn)動相連，床板分為背部滑動板和下肢固定板，下肢固定板固定在床架上，背部滑動板與床架滑動相連可沿床架前后移動，在床架的前端連接有左下肢支架和右下肢支架，在左下肢支架和右下肢支架與床架之間分別連接有左下肢支架移動機(jī)構(gòu)和右下肢支架移動機(jī)構(gòu)，在床架與床座之間設(shè)有床板角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，上述各機(jī)構(gòu)都包含一臺直線步進(jìn)電機(jī)；控制箱，安裝在床座上，控制箱內(nèi)設(shè)有傳感器接口電路、電機(jī)驅(qū)動模塊和電源模塊，電源模塊分別為傳感器接口電路和電機(jī)驅(qū)動模塊提供電源；電機(jī)驅(qū)動模塊分別與床板角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、左下肢支架移動機(jī)構(gòu)和右下肢支架移動機(jī)構(gòu)中的直線步進(jìn)電機(jī)電信號相連；主控計算機(jī)，設(shè)置在操作臺上，主控計算機(jī)內(nèi)設(shè)有數(shù)據(jù)采集模塊和運(yùn)動控制模塊，數(shù)據(jù)采集模塊與控制箱中的傳感器接口電路電信號相連，運(yùn)動控制模塊與控制箱中的電機(jī)驅(qū)動模塊電信號相連；患者用顯示裝置，活動設(shè)置在訓(xùn)練床的旁邊并與主控計算機(jī)電信號相連；主顯示屏，設(shè)置在操作臺上并與主控計算機(jī)電信號相連。
2. 如權(quán)利要求1所述的智能化多態(tài)平衡測試訓(xùn)練系統(tǒng)，其特征在于所述的左下肢支 架和右下肢支架結(jié)構(gòu)對稱相同，各包括腳踏板支架、下肢伸縮機(jī)構(gòu)、腳前端緩沖器、腳后跟 導(dǎo)向軸和腳踏板；腳踏板支架與相應(yīng)的下肢支架移動機(jī)構(gòu)傳動相連；腳前端緩沖器和腳后 跟導(dǎo)向軸分別連接在腳踏板與腳踏板支架之間；下肢伸縮機(jī)構(gòu)的一端與腳踏板支架可轉(zhuǎn)動 相連，另一端與床架可轉(zhuǎn)動相連；在腳踏板周圍設(shè)有足底壓力傳感器，足底壓力傳感器與控 制箱內(nèi)的傳感器接口電路電信號相連；在下肢伸縮機(jī)構(gòu)上設(shè)有角度傳感器，角度傳感器與 控制箱內(nèi)的傳感器接口電路電信號相連；所述的左下肢支架移動機(jī)構(gòu)和右下肢支架移動機(jī) 構(gòu)分別與相應(yīng)的腳踏板支架傳動相連。
3. 如權(quán)利要求1所述的智能化多態(tài)平衡測試訓(xùn)練系統(tǒng)，其特征在于所述的下肢伸縮 機(jī)構(gòu)包括大腿伸縮桿、小腿伸縮桿、大腿支架和小腿支架，大腿伸縮桿的一端與床架可轉(zhuǎn)動 相連，另一端與小腿伸縮桿可轉(zhuǎn)動相連，小腿伸縮桿的另一端與腳踏板支架可轉(zhuǎn)動相連，大 腿支架安裝在大腿伸縮桿上，小腿支架安裝在小腿伸縮桿上，在大腿伸縮桿、小腿伸縮桿、 大腿支架和小腿支架上分別設(shè)有調(diào)節(jié)鎖緊手柄。
4. 如權(quán)利要求1所述的智能化多態(tài)平衡測試訓(xùn)練系統(tǒng)，其特征在于所述的足底壓力 傳感器由貼有四根應(yīng)變片的懸臂梁組成，貼有四根應(yīng)變片的懸臂梁插裝在由腳踏板、腳踏 板支架、腳前端緩沖器和腳后跟導(dǎo)向軸組成的腳底受力部件內(nèi)。
5. 如權(quán)利要求1所述的智能化多態(tài)平衡測試訓(xùn)練系統(tǒng)，其特征在于所述的患者用顯 示裝置包括移動小車、安裝在移動小車上的支架和安裝在支架上的顯示屏，顯示屏與支架 活動連接，顯示屏的高度和角度可以調(diào)節(jié)。
6. 如權(quán)利要求1所述的智能化多態(tài)平衡測試訓(xùn)練系統(tǒng)，其特征在于所述的訓(xùn)練床的 床座上安裝有多個萬向調(diào)節(jié)腳輪，并相應(yīng)設(shè)有多個用于調(diào)節(jié)腳輪上下伸縮的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。
7. 如權(quán)利要求1所述的智能化多態(tài)平衡測試訓(xùn)練系統(tǒng)，其特征在于還包括床板角度 顯示器，該床板角度顯示器安裝在床架上隨床架一起移動。
專利摘要本實(shí)用新型提供了一種智能化多態(tài)平衡測試訓(xùn)練系統(tǒng)，它包括訓(xùn)練床、控制箱、主控計算機(jī)、患者用顯示裝置和主顯示屏。其中的訓(xùn)練床包括床座、床架和床板，床板分為背部滑動板和下肢固定板，在床架的前端連接有左下肢支架和右下肢支架，在左下肢支架和右下肢支架與床架之間分別連接有左下肢支架移動機(jī)構(gòu)和右下肢支架移動機(jī)構(gòu)。本實(shí)用新型集成了對患者進(jìn)行靜態(tài)平衡、下蹲站起主動、他動態(tài)平衡功能進(jìn)行康復(fù)評定和訓(xùn)練的功能，能在任意傾斜角度背部支撐減重狀態(tài)下進(jìn)行，并通過患者用顯示裝置和計算機(jī)實(shí)現(xiàn)視覺反饋進(jìn)行訓(xùn)練及評估，對平衡功能障礙患者的康復(fù)有顯著的效果。
文檔編號A61H1/02GK201519149SQ20092021031
公開日2010年7月7日 申請日期2009年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月28日
發(fā)明者劉穎, 吳毅, 安美君, 張峰, 徐秀林, 李放, 胡永善, 胡秀枋, 賈杰, 鄒任玲 申請人:復(fù)旦大學(xué)附屬華山醫(yī)院;上海理工大學(xué)