馮超，馬早

（咸陽國際機場，陜西 咸陽 712035）

0 引言

我國正在進入老年人化，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；我國又是中風(fēng)病的高發(fā)區(qū)之一，每年大約有100萬患者，在幸存者中70-80%的病人存在不同程度的殘疾[1-3]。對于這類患者來說，及早進行科學(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。

計算機康復(fù)模擬訓(xùn)練及評價系統(tǒng)是借助計算機和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及相應(yīng)的輔助器件，患者通過計算機網(wǎng)絡(luò)完成各種游戲達到訓(xùn)練的目的。在訓(xùn)練中，通過輔助的工具檢測患者的生理信息和運動信息，這些信息按照評價規(guī)則進行分析處理，給出患者訓(xùn)練評價報告，為進一步制定訓(xùn)練方案提供依據(jù)。本系統(tǒng)分為三個模塊：步態(tài)分析評價模塊；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)分析模塊是通過生物力學(xué)和運動手段，分析研究人類步態(tài)的異常特征和影響因數(shù)，進而指導(dǎo)臨床診斷、康復(fù)訓(xùn)練和評估。

1.1 步態(tài)分析內(nèi)容

（1）步態(tài)分析參數(shù)。一般來說，步態(tài)分析的主要內(nèi)容為描述步態(tài)特征，測量步態(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)完整報告；上下肢運動學(xué)的完整報告，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。測量運動時足底與地面之間的作用力。通過這個作用力來計算步行時的步頻、步幅、步寬、支撐期、擺動期等參數(shù)，分析內(nèi)翻、外翻等。②表面肌電檢測系統(tǒng)。測量運動時肌肉的肌電信號，通過這些信號進行肌力分析。③三軸加速度傳感器。檢測各關(guān)節(jié)空間坐標(biāo)和速度，計算關(guān)節(jié)位移，活動度速度、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、動畫為中心，通過患者完成游戲來達到訓(xùn)練的目的。在訓(xùn)練時運用傳感器采集肢體運動時生理和運動信息，通過不斷的語音提示，指導(dǎo)患者完成游戲動作，同時對完成的動作給出評價，鼓勵。

（1）本模塊完成的訓(xùn)練要求。上肢遠端主動抗阻訓(xùn)練：上、下肢遠端面受力測試；下肢遠端，關(guān)節(jié)活動度測試，主動關(guān)節(jié)活動范圍訓(xùn)練；等張捏力、握力測試及訓(xùn)練[5-7]；具有數(shù)據(jù)采集及分析，評價報告形成功能；指導(dǎo)訓(xùn)練功能。

（2）訓(xùn)練所需的基本游戲：隨機運動游戲（運動控制、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；摘蘋果、拔河。

末端活動游戲（改善關(guān)節(jié)活動度）：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▽颊哌M行訓(xùn)練，提高患者坐、站和運動時平衡能力。

2.1 坐姿平衡訓(xùn)練

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

2.2 站立平衡訓(xùn)練

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

2.3 動平衡訓(xùn)練

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

3 系統(tǒng)設(shè)計

本模擬康復(fù)訓(xùn)練及評估項目采用ASP.NET技術(shù)開發(fā)，該技術(shù)其功能強大、穩(wěn)定、安全、高效、跨平臺等多方面的優(yōu)點，使用其優(yōu)秀的.NET FromWork模型來實現(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WiFi傳入的數(shù)據(jù)接收后解析，存入數(shù)據(jù)庫。Web系統(tǒng)主要完成后臺信息、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)庫中的增刪改查，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

本系統(tǒng)界面有13個操作界面，患者通過在這些界面進行操作，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)測試界面，如圖2所示。

圖2 位步態(tài)參數(shù)測試界面

4 結(jié)論

本文是基于計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)構(gòu)建的一個遠程康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)[9]，患者通過登錄網(wǎng)站，就可以在家在系統(tǒng)的支持下進行康復(fù)訓(xùn)練，這樣方便了患者，減輕了家庭的負擔(dān)。所以該系統(tǒng)有著很好的應(yīng)用前景和價值。

[1]王廣志,任宇鵬,季林紅,等.機器人輔助運動神經(jīng)康復(fù)的研究現(xiàn)狀[J].機器人技術(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)合運動的康復(fù)訓(xùn)練機器人[J].機械設(shè)計與制造,2004,(06):47-49.

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

[5]劉昆.制動與運動、康復(fù)評價與康復(fù)訓(xùn)練的研究進展[J].中國臨床康復(fù),2002,(02):174-176.

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[7]蔡昌新.TI MSP43016位超低功耗單片機系列實驗儀設(shè)計[J].中國現(xiàn)代教育裝備,2009,(03):30-32.

[8]沈?qū)毨?用超低功耗MSP430單片機設(shè)計數(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.