計(jì)算機(jī)康復(fù)模擬訓(xùn)練及評(píng)價(jià)系統(tǒng)

馮超，馬早

（咸陽(yáng)國(guó)際機(jī)場(chǎng)，陜西 咸陽(yáng) 712035）

0 引言

我國(guó)正在進(jìn)入老年人化，在老年人群中，腦血管疾病，神經(jīng)系統(tǒng)疾病發(fā)病率較高，這些患者大多數(shù)伴有偏癱癥狀；我國(guó)又是中風(fēng)病的高發(fā)區(qū)之一，每年大約有100萬(wàn)患者，在幸存者中70-80%的病人存在不同程度的殘疾[1-3]。對(duì)于這類患者來(lái)說(shuō)，及早進(jìn)行科學(xué)的、適度的、有規(guī)律的康復(fù)訓(xùn)練可以減少其肢體功能殘疾的概率。

計(jì)算機(jī)康復(fù)模擬訓(xùn)練及評(píng)價(jià)系統(tǒng)是借助計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及相應(yīng)的輔助器件，患者通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)完成各種游戲達(dá)到訓(xùn)練的目的。在訓(xùn)練中，通過(guò)輔助的工具檢測(cè)患者的生理信息和運(yùn)動(dòng)信息，這些信息按照評(píng)價(jià)規(guī)則進(jìn)行分析處理，給出患者訓(xùn)練評(píng)價(jià)報(bào)告，為進(jìn)一步制定訓(xùn)練方案提供依據(jù)。本系統(tǒng)分為三個(gè)模塊：步態(tài)分析評(píng)價(jià)模塊；肢體訓(xùn)練模塊和平衡訓(xùn)練模塊。

1 步態(tài)分析模塊

步態(tài)分析模塊是通過(guò)生物力學(xué)和運(yùn)動(dòng)手段，分析研究人類步態(tài)的異常特征和影響因數(shù)，進(jìn)而指導(dǎo)臨床診斷、康復(fù)訓(xùn)練和評(píng)估。

1.1 步態(tài)分析內(nèi)容

（1）步態(tài)分析參數(shù)。一般來(lái)說(shuō)，步態(tài)分析的主要內(nèi)容為描述步態(tài)特征，測(cè)量步態(tài)參數(shù)，確定步態(tài)異常位置，分析步態(tài)異常原因。常見(jiàn)的參數(shù)為步頻、步幅、步寬，足偏角等[4]。

（2）步態(tài)分析要求。通過(guò)分析，要求給出關(guān)節(jié)曲伸、內(nèi)收外展、旋內(nèi)旋外數(shù)據(jù)完整報(bào)告；上下肢運(yùn)動(dòng)學(xué)的完整報(bào)告，包括：傾斜，旋轉(zhuǎn)側(cè)傾，內(nèi)收外展，傾斜度等。

（3）步態(tài)分析的硬件要求。①壓力墊。測(cè)量運(yùn)動(dòng)時(shí)足底與地面之間的作用力。通過(guò)這個(gè)作用力來(lái)計(jì)算步行時(shí)的步頻、步幅、步寬、支撐期、擺動(dòng)期等參數(shù)，分析內(nèi)翻、外翻等。②表面肌電檢測(cè)系統(tǒng)。測(cè)量運(yùn)動(dòng)時(shí)肌肉的肌電信號(hào)，通過(guò)這些信號(hào)進(jìn)行肌力分析。③三軸加速度傳感器。檢測(cè)各關(guān)節(jié)空間坐標(biāo)和速度，計(jì)算關(guān)節(jié)位移，活動(dòng)度速度、關(guān)節(jié)屈曲/伸展、內(nèi)旋/外旋、內(nèi)收/外展等。

1.2 肢體模擬訓(xùn)練

肢體綜合訓(xùn)練：以游戲、動(dòng)畫(huà)為中心，通過(guò)患者完成游戲來(lái)達(dá)到訓(xùn)練的目的。在訓(xùn)練時(shí)運(yùn)用傳感器采集肢體運(yùn)動(dòng)時(shí)生理和運(yùn)動(dòng)信息，通過(guò)不斷的語(yǔ)音提示，指導(dǎo)患者完成游戲動(dòng)作，同時(shí)對(duì)完成的動(dòng)作給出評(píng)價(jià)，鼓勵(lì)。

（1）本模塊完成的訓(xùn)練要求。上肢遠(yuǎn)端主動(dòng)抗阻訓(xùn)練：上、下肢遠(yuǎn)端面受力測(cè)試；下肢遠(yuǎn)端，關(guān)節(jié)活動(dòng)度測(cè)試，主動(dòng)關(guān)節(jié)活動(dòng)范圍訓(xùn)練；等張捏力、握力測(cè)試及訓(xùn)練[5-7]；具有數(shù)據(jù)采集及分析，評(píng)價(jià)報(bào)告形成功能；指導(dǎo)訓(xùn)練功能。

（2）訓(xùn)練所需的基本游戲：隨機(jī)運(yùn)動(dòng)游戲（運(yùn)動(dòng)控制、肌力游戲訓(xùn)練）：放球、彈磚塊訓(xùn)練、迷宮、抓球、撞磚、找位置、翻筋斗；摘蘋(píng)果、拔河。

末端活動(dòng)游戲（改善關(guān)節(jié)活動(dòng)度）：擊墻訓(xùn)練、日食、加載船、平衡、打乒乓、踢足球、打羽毛球。

（3）所需硬件。三軸加速度傳感器，握力傳感器，張力傳感器及裝置。這些傳感器均以無(wú)線（WIFI）方式傳輸數(shù)據(jù)。

2 平衡訓(xùn)練

平衡是指人在不同的環(huán)境下維持身體處于直立狀態(tài)的能力[8]。平衡訓(xùn)練是在分析患者平衡障礙關(guān)鍵因數(shù)的基礎(chǔ)上，采用適當(dāng)?shù)姆椒▽?duì)患者進(jìn)行訓(xùn)練，提高患者坐、站和運(yùn)動(dòng)時(shí)平衡能力。

2.1 坐姿平衡訓(xùn)練

利用傳感器檢測(cè)患者在座時(shí)的姿態(tài)信息，在屏幕上以圖形、數(shù)據(jù)、語(yǔ)音的形式給出患者姿態(tài)，同時(shí)按照正常要求告訴患者進(jìn)行坐姿修正。

2.2 站立平衡訓(xùn)練

利用傳感器檢測(cè)患者在站立時(shí)的姿態(tài)信息，在屏幕上以圖形、數(shù)據(jù)、語(yǔ)音的形式給出患者姿態(tài)，同時(shí)按照正常要求指導(dǎo)患者進(jìn)行站立平衡修正；配合游戲進(jìn)行平衡動(dòng)態(tài)訓(xùn)練。

2.3 動(dòng)平衡訓(xùn)練

讓患者站在振動(dòng)平臺(tái)上或第三方加力，調(diào)節(jié)振動(dòng)幅度、頻率訓(xùn)練患者平衡恢復(fù)能力。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本模擬康復(fù)訓(xùn)練及評(píng)估項(xiàng)目采用ASP.NET技術(shù)開(kāi)發(fā)，該技術(shù)其功能強(qiáng)大、穩(wěn)定、安全、高效、跨平臺(tái)等多方面的優(yōu)點(diǎn)，使用其優(yōu)秀的.NET FromWork模型來(lái)實(shí)現(xiàn)，如圖1：WEB標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)+DB。

圖1 WEB標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)+DB

3.1 用戶接口

系統(tǒng)架構(gòu)采用數(shù)據(jù)采集服務(wù)系統(tǒng)和Web系統(tǒng)兩部分。采集系統(tǒng)使用C#，Web系統(tǒng)使用.Net語(yǔ)言。數(shù)據(jù)采集服務(wù)系統(tǒng)，主要完成將傳感器數(shù)據(jù)通過(guò)WiFi傳入的數(shù)據(jù)接收后解析，存入數(shù)據(jù)庫(kù)。Web系統(tǒng)主要完成后臺(tái)信息、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)庫(kù)中的增刪改查，權(quán)限管理?？蛻舳酥饕瓿蓴?shù)據(jù)的顯示及提交。

3.2 界面設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)界面有13個(gè)操作界面，患者通過(guò)在這些界面進(jìn)行操作，完成其康復(fù)訓(xùn)練，由于篇幅限制，這里僅展示步態(tài)參數(shù)測(cè)試界面，如圖2所示。

圖2 位步態(tài)參數(shù)測(cè)試界面

4 結(jié)論

本文是基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)構(gòu)建的一個(gè)遠(yuǎn)程康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)[9]，患者通過(guò)登錄網(wǎng)站，就可以在家在系統(tǒng)的支持下進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練，這樣方便了患者，減輕了家庭的負(fù)擔(dān)。所以該系統(tǒng)有著很好的應(yīng)用前景和價(jià)值。

[1]王廣志,任宇鵬,季林紅,等.機(jī)器人輔助運(yùn)動(dòng)神經(jīng)康復(fù)的研究現(xiàn)狀[J].機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用,2004,(04):9-14.

[2]張曉超.下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)研究[D].哈爾濱工程大學(xué),2009.

[3]胡宇川,季林紅.一種偏癱上肢復(fù)合運(yùn)動(dòng)的康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造,2004,(06):47-49.

[4]呂瓦利.肢殘康復(fù)訓(xùn)練的體會(huì)[A].中國(guó)康復(fù)醫(yī)學(xué)會(huì)、中山醫(yī)科大學(xué).中國(guó)康復(fù)醫(yī)學(xué)會(huì)第二屆全國(guó)康復(fù)治療學(xué)術(shù)會(huì)議論文匯編[C].中國(guó)康復(fù)醫(yī)學(xué)會(huì)、中山醫(yī)科大學(xué),1999:1.

[5]劉昆.制動(dòng)與運(yùn)動(dòng)、康復(fù)評(píng)價(jià)與康復(fù)訓(xùn)練的研究進(jìn)展[J].中國(guó)臨床康復(fù),2002,(02):174-176.

[6]魚(yú)小敏,雷會(huì)榮.康復(fù)訓(xùn)練對(duì)腦癱患兒日常生活能力的影響[J].護(hù)理實(shí)踐與研究,2010,7(05):42-44.

[7]蔡昌新.TI MSP43016位超低功耗單片機(jī)系列實(shí)驗(yàn)儀設(shè)計(jì)[J].中國(guó)現(xiàn)代教育裝備,2009,(03):30-32.

[8]沈?qū)毨?用超低功耗MSP430單片機(jī)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)[J].電子產(chǎn)品世界,2002,(18):57-58.

[9]周凌宏,丁海曙,王廣志,等.正常成人步態(tài)與偏癱步態(tài)的比較與分析[J].生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)雜志,1995,(04):315-320.