數(shù)字化運動康復評估與訓練應用研究

摘要：數(shù)字化運動康復評估與訓練是近年來康復醫(yī)學領域的重要發(fā)展方向，通過現(xiàn)代信息技術、人工智能與運動康復技術融合，為患者提供更加精準、高效的康復服務。本文以全膝關節(jié)置換術患者為例，利用PK252平衡儀、Walker view數(shù)字化跑臺和D-WALL數(shù)字墻進行數(shù)智康復評估與訓練，探討數(shù)字化運動康復評估與訓練的實踐應用，為臨床實踐提供新的技術手段，為推動運動康復的數(shù)字智能化發(fā)展提供有力支持。

關鍵詞：運動康復；數(shù)字化；人工智能；評估與訓練；

中圖分類號：G804""" 文獻標識碼：A

The Research on the application of digital sports rehabilitation assessment and training -- taking PK252 balance instrument/ digital running table/digital wall as an example

TONG xinwei，CAO guixiang

Yangzhou Institute of Education" Yangzhou， Jiangsu 225000

【Abstract】 Digital sports rehabilitation assessment and training is an important development direction in the field of rehabilitation medicine in recent years. Through the integration of modern information technology， artificial intelligence and sports rehabilitation technology， more accurate and efficient rehabilitation services are provided for patients. Taking total knee arthroplasty patient as an example， this paper uses PK252 balance instrument， Walker view digital running table and D-WALL digital wall to conduct digital intelligence rehabilitation assessment and training， discusses the practical application of digital exercise rehabilitation assessment and training， and provides new technical means for clinical practice. To provide strong support for promoting the digital intelligent development of sports rehabilitation.

【Key words】Sports rehabilitation; Digitization;Artificial intelligence；Assessment and training;

中圖分類號：G804

DOI：10.16655/j.cnki.2095-2813.2024.29.000

基金項目：2021年江蘇省現(xiàn)代教育技術研究重點課題“基于現(xiàn)代教育信息化的高校體育課程在線教學常態(tài)化模式及應用研究”（2021R90172）；2020年揚州職業(yè)大學教改課題“后疫情時代高職智慧教學信息化建設的教學供給與管理模式研究”（2020JG34）。

備注：申請投稿：“運動人體科學”欄，3個版面，字符數(shù)：5760

作者簡介：仝昕煒（1992—），女，碩士研究生，中級-講師; 研究方向為體育教育與教學。

通信作者：曹桂祥（1968—），男，大學本科，正高級-教授; 研究方向為體育教育與教學，184577368@sina.com。

普通作者：1

基金項目：2021年江蘇省現(xiàn)代教育技術研究重點課題“基于現(xiàn)代教育信息化的高校體育課程在線教學常態(tài)化模式及應用研究”（2021R90172）；

2020年揚州職業(yè)大學教改課題“后疫情時代高職智慧教學信息化建設的教學供給與管理模式研究”（2020JG34）。

作者簡介：仝昕煒（1992-），女，碩士研究生，講師，研究方向：體育教育與教學。

曹桂祥（1968-），男，本科，教授，研究方向：體育教育與教學。

1數(shù)字化運動康復評估與訓練

隨著人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、云數(shù)據(jù)等數(shù)字技術不斷新迭，數(shù)字智能技術與運動康復深度融合，針對不同人群建立完善的數(shù)字運動處方庫，推動形成數(shù)智康復的疾病管理與健康服務新模式，發(fā)揮數(shù)字運動處方促進作用是運動康復促進的新愿景[1]。數(shù)字運動康復是結合現(xiàn)代數(shù)字智能技術與康復醫(yī)學、運動科學融合的創(chuàng)新療法，基于患者健康狀況和運動能力評估，利用數(shù)字化手段為患者量身定制的包含運動類型、強度、頻率、時長等要素的運動指導方案[2]，旨在通過數(shù)字運動康復指導和訓練幫助患者預防和治療疾病。

數(shù)字化運動康復評估通過設備內(nèi)置傳感器、智能手環(huán)、可穿戴設備等，實時監(jiān)測患者生理指標和運動數(shù)據(jù)，捕捉患者的運動軌跡、速度、力量等參數(shù)，模擬真實場景下的運動任務，評估患者運動功能，建立COP（患者導向）管理評估模式，對患者各項功能進行量化評估[3]。數(shù)字化運動康復評估內(nèi)容包括身體狀況（肌力、關節(jié)活動度等）、運動能力（協(xié)調(diào)、平衡、靈敏等）、認知功能（注意力、手眼協(xié)調(diào)等）。根據(jù)患者評估結果和康復目標制定個性化訓練計劃，數(shù)字化運動康復訓練內(nèi)容包括力量訓練、柔韌性訓練、平衡訓練和認知訓練等。通過運動康復訓練，增強患者肌肉力量和耐力，提高關節(jié)靈活性，改善患者平衡能力，提高患者的注意力、記憶力等認知能力。在訓練過程中利用數(shù)字智能康復設備定期對患者訓練數(shù)據(jù)進行深入分析，評估訓練進度和效果并調(diào)整訓練計劃。

2數(shù)字化運動康復評估訓練的技術路線

數(shù)字化運動康復評估與訓練是通過集成先進的傳感技術、大數(shù)據(jù)分析、人工智能算法及云計算平臺，構建一套高效、精準、個性化的運動康復評估與訓練系統(tǒng)。數(shù)字化運動康復評估訓練的技術路線包括數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測、數(shù)據(jù)處理與分析、評估與反饋、康復訓練與指導、跟蹤與隨訪五個環(huán)節(jié)。首先，在運動康復評估方面，利用各類傳感器集成在可穿戴設備中如智能手環(huán)、康復服等，實時捕捉患者運動數(shù)據(jù)，包括運動速度、力量、角度等，可以實現(xiàn)對患者運動狀態(tài)的持續(xù)監(jiān)測?；诳纱┐髟O備和生物力學傳感器的實時監(jiān)測系統(tǒng)，通過攝像頭捕捉患者的運動視頻，利用計算機視覺算法分析患者的運動姿態(tài)、動作軌跡等，精確捕捉患者在運動過程中的生理參數(shù)及運動學數(shù)據(jù)，為康復評估提供客觀、量化的依據(jù)。通過數(shù)據(jù)分析與建模，實現(xiàn)對患者運動功能狀態(tài)的全面評估，識別患者的運動模式、力量分布及潛在問題，為制定個性化康復計劃提供科學依據(jù)。其次，在運動康復訓練方面，基于數(shù)據(jù)處理與分析的結果，對患者運動能力、康復進展等進行精準評估，根據(jù)患者的評估結果和康復需求，制定個性化康復方案，包括具體的運動訓練計劃、康復目標、時間安排等，旨在幫助患者逐步恢復運動能力[4]。同時，根據(jù)患者評估結果和康復進展，動態(tài)調(diào)整訓練難度和強度，實現(xiàn)訓練方案的個性化定制與持續(xù)優(yōu)化。

3 數(shù)字化運動康復評估與訓練的實踐應用

3.1 PK252平衡儀的應用

PK252平衡儀是集成傳感器和智能分析系統(tǒng)的康復設備，通過系統(tǒng)內(nèi)置電子控制器控制踏板運動，實現(xiàn)對患者平衡能力的全面評估和訓練。在受試者處于多種姿勢狀態(tài)下采集患者的多維度運動數(shù)據(jù)，如身體傾斜度、負載、關節(jié)活動角度等，該測試用于評估受試者的姿勢控制、垂直力分布、肌肉能量做功來測量受試者的穩(wěn)定性，實現(xiàn)靜態(tài)穩(wěn)定性、本體感覺對比、軀干姿勢、軀干/骨盆活動范圍評估和訓練等[5]。PK252平衡儀提供動態(tài)、軸向、靜態(tài)和坐位四種平衡評估和訓練；支持負重感覺評定與訓練，對肌腱末端高爾基小體的“負重感覺”進行評定與訓練，幫助患者恢復對肢體重量的感知能力；檢測下肢和軀干運動過程中各肌肉的參與程度，設置肌電數(shù)值，加強對肌力較弱的肌肉進行訓練；支持坐位訓練模式，坐位訓練可以將患者重心放在軀干支撐椅上，進行脊柱與骨盆的訓練，適用于坐位平衡欠佳的患者；提供良好的視覺、聽覺即時反饋，幫助患者更好地掌握訓練技巧和平衡狀態(tài)；可動態(tài)回放訓練軌跡，幫助康復師分析訓練效果和調(diào)整訓練方案。以全膝關節(jié)置換術（TKA）患者為例，患者因膝關節(jié)重復性損傷進行全膝關節(jié)置換術，于江蘇省連云港市長壽醫(yī)院進行運動康復治療，康復期間采用了PK252平衡儀、Walker view數(shù)字化跑臺和D-WALL數(shù)字墻進行數(shù)智康復評估與訓練?；颊唠p足動態(tài)平衡測試在訓練康復后由11分增加到32分，康復后患者的雙足落點更容易將動態(tài)板控制在綠色區(qū)域，說明患者在運動康復后平衡控制能力顯著提升。（見表1）

3.2 Walker view數(shù)字化跑臺的應用

Walker view數(shù)字化跑臺是集步行量化訓練、步行測試和姿勢評估于一體的康復輔助設備，實現(xiàn)步行量化訓練、實時姿勢監(jiān)控、步態(tài)量化記錄和康復訓練等。采用高速紅外攝像捕捉系統(tǒng)，實時監(jiān)測受試者步態(tài)、關節(jié)角度及軀干姿勢，及時發(fā)現(xiàn)并糾正步態(tài)異常，詳細記錄受試者步態(tài)數(shù)據(jù)，包括步長、步頻、步態(tài)周期等?？祻陀柧氈校稍u估受試者關節(jié)活動范圍、負荷對稱性、步幅長度、觸地時間、步幅長度、重心垂直位移、行走距離等數(shù)據(jù)[6]，為康復評估提供客觀依據(jù)。通過設定不同的訓練參數(shù)（如速度、坡度、阻力等），為患者提供定制化的步行訓練方案。步行測試和姿勢評估能夠記錄并分析患者的軀干屈伸、側(cè)彎角度，髖、膝、踝關節(jié)的屈伸角度，以及步長、支撐相長、重心水平垂直變化等步態(tài)數(shù)據(jù)，從而評估患者的步行能力和姿勢問題。步態(tài)分析模塊能夠?qū)崟r反饋步行時踝關節(jié)的角度和足旋前旋后的角度，幫助患者更好地調(diào)整步態(tài)。減重功能配備懸吊減重工具，可根據(jù)患者需求進行減重訓練。跑臺前端設置抬升功能，使髖伸最大化，增加屈髖、屈膝、屈踝的難度，有助于患者進行更充分的運動。以全膝關節(jié)置換術（TKA）患者為例，在康復前，動態(tài)行走中（搖擺相）的軀干側(cè)彎的軸線偏離曲度是-8?！?1。；在康復后，軀干側(cè)彎偏離曲度是-3?！?。，在康復后軀干左右兩側(cè)側(cè)彎基本對稱。在康復前，脊柱旋轉(zhuǎn)角度是-1?！?0。；在康復后，脊柱旋轉(zhuǎn)角度是-3。～3。，在康復后柱旋轉(zhuǎn)角基本對稱。（見表1）

3.3 D-WALL數(shù)字墻的應用

D-WALL數(shù)字墻通過3D攝像系統(tǒng)和測力平臺，借助數(shù)字化鏡子實現(xiàn)實時生物反饋，旨在幫助患者和健身愛好者實現(xiàn)精準、高效的訓練。首先，實時監(jiān)測全身大關節(jié)運動。通過抗干擾紅外攝像系統(tǒng)捕捉軀干、上肢、骨盆、下肢等16個關節(jié)活動，實時反饋運動數(shù)據(jù)，方便關節(jié)運動評估及姿勢糾正訓練。其次，平衡能力評估。評估人體靜態(tài)站立時的平衡能力，捕捉并分析重心移動軌跡，提供重心投影位置、移動速度、偏移頻率等平衡參數(shù)。再者，支持評估維持平衡時視覺、前庭感受器、本體感覺的參與度，針對前庭系統(tǒng)不協(xié)調(diào)導致的眩暈、跌倒等問題進行訓練。另外，動態(tài)穩(wěn)定功能評估。在站立位動態(tài)模式下，評估人體維持穩(wěn)定的功能，進行外界干擾下的平衡穩(wěn)態(tài)訓練。再次，坐位平衡功能評估與訓練。分析坐位時軀干及骨盆的控制功能，提供運動康復處方，實現(xiàn)漸進性訓練。D-WALL數(shù)字墻根據(jù)患者姿勢、平衡、力量、速度、耐力等功能評估結果制定個性化方案，實現(xiàn)關節(jié)活動角度檢測、姿勢代償、自動識別錯誤動作及提示改進，提供康復訓練前后的結果對比，提高評估治療有效性[7]。TKA患者在運動康復后，患側(cè)膝關節(jié)的最大屈曲角度由24.2°增加到47°，患側(cè)負重對稱性由0.5%增加到4.7%?？梢娫诳祻陀柧毢蠡紓?cè)膝關節(jié)的屈曲活動角度增大，關節(jié)活動度和靈活性增強；患側(cè)膝關節(jié)在下肢行走中負重能力得到提升。（見表1）

4 數(shù)字化運動康復評估與訓練的重要性

4.1 數(shù)據(jù)驅(qū)動的個性化運動康復

隨著大數(shù)據(jù)和人工智能技術的發(fā)展，未來的數(shù)字化運動康復將更加側(cè)重于收集患者的生理數(shù)據(jù)、病史信息及康復進度，通過大數(shù)據(jù)分析為每個患者定制個性化的康復方案。精準化治療將顯著提升康復效果，通過持續(xù)監(jiān)測個體的身體狀況和康復進展，可以及時發(fā)現(xiàn)并避免潛在風險和并發(fā)癥，通過數(shù)字化技術，實現(xiàn)對患者運動功能狀態(tài)的全面、客觀評估，評估結果更加準確、可靠。

4.2基于數(shù)字智能的精細化康復評估

互聯(lián)網(wǎng)、云數(shù)據(jù)、生物傳感器技術的發(fā)展將使康復訓練更加精細化。利用智能穿戴設備、傳感器、醫(yī)療檢測設備等工具，采集患者的生理指標、運動表現(xiàn)、生活質(zhì)量等多方面的數(shù)據(jù)，全面、準確、實時地反映患者的康復狀況。基于數(shù)字智能的精細化康復評估能夠?qū)崟r、準確地監(jiān)測患者的康復狀況，提高評估精準度，針對患者具體情況，制定個性化評估方案，滿足不同患者的需求，訓練過程中的實時反饋和動態(tài)調(diào)整，確保了訓練方案的科學性和有效性。

4.3實時生物反饋訓練

實時生物反饋訓練通過高精度的生物傳感器監(jiān)測人體的生理信號，如心率、肌肉電活動、腦電波等，使用者根據(jù)這些反饋信息進行自我調(diào)節(jié)，如呼吸調(diào)整、肌肉放松、注意力集中等方法，改善和優(yōu)化自身的生理狀態(tài)。實時反饋機制有助于醫(yī)生及時調(diào)整訓練計劃，確保康復過程的安全有效。采用客觀指標來明確反映康復治療進展尤為重要，通過量化康復的改善比例，借助客觀數(shù)據(jù)康復醫(yī)師與患者能直觀觀察并感知病情變化，有效提升患者的疾病認知及康復進程感知，從而實現(xiàn)更好的醫(yī)患溝通和治療效果。

5結語

隨著技術不斷進步和跨學科融合的加深，個性化、精準化、高效化的運動康復解決方案的出現(xiàn)，為康復者帶來更好的治療體驗和康復效果。數(shù)字化運動康復評估與訓練不僅提高了康復評估的準確性和效率，為患者提供了更加個性化、高效的康復訓練方案。未來，隨著技術的不斷進步和應用的深入，數(shù)字化運動康復將在康復醫(yī)學領域發(fā)揮更大的作用，為更多患者帶來福音。同時，我們也需要關注數(shù)據(jù)安全、隱私保護等問題，確保數(shù)字化康復技術的健康發(fā)展。

參考文獻

[1]杜心兒，黃銘汝，馮思嘉，等.數(shù)字運動處方的應用研究進展[J].中國運動醫(yī)學雜志，2023，42（11）：925-928.

[2]李婷婷.數(shù)字化康復醫(yī)療的實際應用[J].數(shù)字技術與應用，2022，40（04）：20-22.

[3]劉巖，劉挺軍，趙成，等.面向養(yǎng)老社區(qū)的數(shù)字化康復評估方法研究與應用[J].中國數(shù)字醫(yī)學，2023，18（05）：110-116.

[4]李巍.德國數(shù)字化康復平臺的發(fā)展和應用[J].中國衛(wèi)生人才，2017，（07）：26-28.

[5]沈定東，朱汝君，吳雅麗.數(shù)字化疾病預防與康復區(qū)域平臺的設計與應用[J].中國醫(yī)療設備，2022，37（11）：118-122.

[6]蔡趙娜，李佳笑.孤獨癥譜系障礙兒童數(shù)字化認知康復訓練個案分析[J].中國聽力語言康復科學雜志，2023，21（03）：329-332.

[7]黃雨青.數(shù)字化跑臺聯(lián)合常規(guī)康復治療對缺血性腦卒中患者下肢運動功能的影響[D].河北大學，2022.