數(shù)字化運動康復(fù)評估與訓(xùn)練應(yīng)用研究

摘要：數(shù)字化運動康復(fù)評估與訓(xùn)練是近年來康復(fù)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的重要發(fā)展方向，通過現(xiàn)代信息技術(shù)、人工智能與運動康復(fù)技術(shù)融合，為患者提供更加精準、高效的康復(fù)服務(wù)。本文以全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)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(fù)評估與訓(xùn)練，探討數(shù)字化運動康復(fù)評估與訓(xùn)練的實踐應(yīng)用，為臨床實踐提供新的技術(shù)手段，為推動運動康復(fù)的數(shù)字智能化發(fā)展提供有力支持。

關(guān)鍵詞：運動康復(fù)；數(shù)字化；人工智能；評估與訓(xùn)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(shù)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(xué)常態(tài)化模式及應(yīng)用研究”（2021R90172）；2020年揚州職業(yè)大學(xué)教改課題“后疫情時代高職智慧教學(xué)信息化建設(shè)的教學(xué)供給與管理模式研究”（2020JG34）。

備注：申請投稿：“運動人體科學(xué)”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(xué)。

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

普通作者：1

基金項目：2021年江蘇省現(xiàn)代教育技術(shù)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(xué)常態(tài)化模式及應(yīng)用研究”（2021R90172）；

2020年揚州職業(yè)大學(xué)教改課題“后疫情時代高職智慧教學(xué)信息化建設(shè)的教學(xué)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(xué)。

曹桂祥（1968-），男，本科，教授，研究方向：體育教育與教學(xué)。

1數(shù)字化運動康復(fù)評估與訓(xùn)練

隨著人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、云數(shù)據(jù)等數(shù)字技術(shù)不斷新迭，數(shù)字智能技術(shù)與運動康復(fù)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(fù)的疾病管理與健康服務(wù)新模式，發(fā)揮數(shù)字運動處方促進作用是運動康復(fù)促進的新愿景[1]。數(shù)字運動康復(fù)是結(jié)合現(xiàn)代數(shù)字智能技術(shù)與康復(fù)醫(yī)學(xué)、運動科學(xué)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(dǎo)方案[2]，旨在通過數(shù)字運動康復(fù)指導(dǎo)和訓(xùn)練幫助患者預(yù)防和治療疾病。

數(shù)字化運動康復(fù)評估通過設(shè)備內(nèi)置傳感器、智能手環(huán)、可穿戴設(shè)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(wù)，評估患者運動功能，建立COP（患者導(dǎo)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(fù)評估內(nèi)容包括身體狀況（肌力、關(guān)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(jié)果和康復(fù)目標制定個性化訓(xùn)練計劃，數(shù)字化運動康復(fù)訓(xùn)練內(nèi)容包括力量訓(xùn)練、柔韌性訓(xùn)練、平衡訓(xùn)練和認知訓(xùn)練等。通過運動康復(fù)訓(xùn)練，增強患者肌肉力量和耐力，提高關(guān)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(xùn)練過程中利用數(shù)字智能康復(fù)設(shè)備定期對患者訓(xùn)練數(shù)據(jù)進行深入分析，評估訓(xùn)練進度和效果并調(diào)整訓(xùn)練計劃。

2數(shù)字化運動康復(fù)評估訓(xùn)練的技術(shù)路線

數(shù)字化運動康復(fù)評估與訓(xùn)練是通過集成先進的傳感技術(shù)、大數(shù)據(jù)分析、人工智能算法及云計算平臺，構(gòu)建一套高效、精準、個性化的運動康復(fù)評估與訓(xùn)練系統(tǒng)。數(shù)字化運動康復(fù)評估訓(xùn)練的技術(shù)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(fù)訓(xùn)練與指導(dǎo)、跟蹤與隨訪五個環(huán)節(jié)。首先，在運動康復(fù)評估方面，利用各類傳感器集成在可穿戴設(shè)備中如智能手環(huán)、康復(fù)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。基于可穿戴設(shè)備和生物力學(xué)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(xué)數(shù)據(jù)，為康復(fù)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(fù)計劃提供科學(xué)依據(jù)。其次，在運動康復(fù)訓(xùn)練方面，基于數(shù)據(jù)處理與分析的結(jié)果，對患者運動能力、康復(fù)進展等進行精準評估，根據(jù)患者的評估結(jié)果和康復(fù)需求，制定個性化康復(fù)方案，包括具體的運動訓(xùn)練計劃、康復(fù)目標、時間安排等，旨在幫助患者逐步恢復(fù)運動能力[4]。同時，根據(jù)患者評估結(jié)果和康復(fù)進展，動態(tài)調(diào)整訓(xùn)練難度和強度，實現(xiàn)訓(xùn)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(fù)評估與訓(xùn)練的實踐應(yīng)用

3.1 PK252平衡儀的應(yīng)用

PK252平衡儀是集成傳感器和智能分析系統(tǒng)的康復(fù)設(shè)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(xùn)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(guān)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(xùn)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(xùn)練；支持負重感覺評定與訓(xùn)練，對肌腱末端高爾基小體的“負重感覺”進行評定與訓(xùn)練，幫助患者恢復(fù)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(shè)置肌電數(shù)值，加強對肌力較弱的肌肉進行訓(xùn)練；支持坐位訓(xùn)練模式，坐位訓(xùn)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(xùn)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(xùn)練技巧和平衡狀態(tài)；可動態(tài)回放訓(xùn)練軌跡，幫助康復(fù)師分析訓(xùn)練效果和調(diào)整訓(xùn)練方案。以全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)（TKA）患者為例，患者因膝關(guān)節(jié)重復(fù)性損傷進行全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)，于江蘇省連云港市長壽醫(yī)院進行運動康復(fù)治療，康復(fù)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(fù)評估與訓(xùn)練?；颊唠p足動態(tài)平衡測試在訓(xùn)練康復(fù)后由11分增加到32分，康復(fù)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(fù)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(yīng)用

Walker view數(shù)字化跑臺是集步行量化訓(xùn)練、步行測試和姿勢評估于一體的康復(fù)輔助設(shè)備，實現(xiàn)步行量化訓(xùn)練、實時姿勢監(jiān)控、步態(tài)量化記錄和康復(fù)訓(xùn)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(guān)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?fù)訓(xùn)練中，可評估受試者關(guān)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(fù)評估提供客觀依據(jù)。通過設(shè)定不同的訓(xùn)練參數(shù)（如速度、坡度、阻力等），為患者提供定制化的步行訓(xùn)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(guān)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(guān)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(xùn)練。跑臺前端設(shè)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(guān)節(jié)置換術(shù)（TKA）患者為例，在康復(fù)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(fù)后，軀干側(cè)彎偏離曲度是-3。～2。，在康復(fù)后軀干左右兩側(cè)側(cè)彎基本對稱。在康復(fù)前，脊柱旋轉(zhuǎn)角度是-1?！?0。；在康復(fù)后，脊柱旋轉(zhuǎn)角度是-3?！?。，在康復(fù)后柱旋轉(zhuǎn)角基本對稱。（見表1）

3.3 D-WALL數(shù)字墻的應(yīng)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(xùn)練。首先，實時監(jiān)測全身大關(guān)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(guān)節(jié)活動，實時反饋運動數(shù)據(jù)，方便關(guān)節(jié)運動評估及姿勢糾正訓(xùn)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(dǎo)致的眩暈、跌倒等問題進行訓(xùn)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(xùn)練。再次，坐位平衡功能評估與訓(xùn)練。分析坐位時軀干及骨盆的控制功能，提供運動康復(fù)處方，實現(xiàn)漸進性訓(xùn)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(jié)果制定個性化方案，實現(xiàn)關(guān)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(fù)訓(xùn)練前后的結(jié)果對比，提高評估治療有效性[7]。TKA患者在運動康復(fù)后，患側(cè)膝關(guān)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%。可見在康復(fù)訓(xùn)練后患側(cè)膝關(guān)節(jié)的屈曲活動角度增大，關(guān)節(jié)活動度和靈活性增強；患側(cè)膝關(guān)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(fù)評估與訓(xùn)練的重要性

4.1 數(shù)據(jù)驅(qū)動的個性化運動康復(fù)

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

4.2基于數(shù)字智能的精細化康復(fù)評估

互聯(lián)網(wǎng)、云數(shù)據(jù)、生物傳感器技術(shù)的發(fā)展將使康復(fù)訓(xùn)練更加精細化。利用智能穿戴設(shè)備、傳感器、醫(yī)療檢測設(shè)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(fù)狀況。基于數(shù)字智能的精細化康復(fù)評估能夠?qū)崟r、準確地監(jiān)測患者的康復(fù)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(xùn)練過程中的實時反饋和動態(tài)調(diào)整，確保了訓(xùn)練方案的科學(xué)性和有效性。

4.3實時生物反饋訓(xùn)練

實時生物反饋訓(xùn)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(xùn)練計劃，確?？祻?fù)過程的安全有效。采用客觀指標來明確反映康復(fù)治療進展尤為重要，通過量化康復(fù)的改善比例，借助客觀數(shù)據(jù)康復(fù)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(fù)進程感知，從而實現(xiàn)更好的醫(yī)患溝通和治療效果。

5結(jié)語

隨著技術(shù)不斷進步和跨學(xué)科融合的加深，個性化、精準化、高效化的運動康復(fù)解決方案的出現(xiàn)，為康復(fù)者帶來更好的治療體驗和康復(fù)效果。數(shù)字化運動康復(fù)評估與訓(xùn)練不僅提高了康復(fù)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(fù)訓(xùn)練方案。未來，隨著技術(shù)的不斷進步和應(yīng)用的深入，數(shù)字化運動康復(fù)將在康復(fù)醫(yī)學(xué)領(lǐng)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(guān)注數(shù)據(jù)安全、隱私保護等問題，確保數(shù)字化康復(fù)技術(shù)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(yīng)用研究進展[J].中國運動醫(yī)學(xué)雜志，2023，42（11）：925-928.

[2]李婷婷.數(shù)字化康復(fù)醫(yī)療的實際應(yīng)用[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)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(fù)評估方法研究與應(yīng)用[J].中國數(shù)字醫(yī)學(xué)，2023，18（05）：110-116.

[4]李巍.德國數(shù)字化康復(fù)平臺的發(fā)展和應(yīng)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(yù)防與康復(fù)區(qū)域平臺的設(shè)計與應(yīng)用[J].中國醫(yī)療設(shè)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(fù)訓(xùn)練個案分析[J].中國聽力語言康復(fù)科學(xué)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(fù)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(xué)，2022.