吳斌,陶慶,楊濤,趙子瑞,王迪,方婧瑤

(新疆大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院,烏魯木齊 830017)

上肢偏癱是中風(fēng)引起的最常見(jiàn)的運(yùn)動(dòng)障礙,60%以上的患者運(yùn)動(dòng)功能受限,影響了他們的生活質(zhì)量[1]。在臨床上,患者在用藥物治療的同時(shí),常常結(jié)合運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練進(jìn)行康復(fù)治療。為了評(píng)估患者的康復(fù)效果,傳統(tǒng)的臨床評(píng)估方法,如Fugl-Meyer評(píng)價(jià)法、Bobath評(píng)價(jià)法和上田敏評(píng)價(jià)法等,評(píng)定方法雖然有用,但是主要以康復(fù)治療師的主觀經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行評(píng)定,難以察覺(jué)到非常小的變化。因此,使用客觀測(cè)量手段進(jìn)行康復(fù)評(píng)價(jià)變得極為重要。

近年來(lái),利用客觀手段對(duì)患者康復(fù)效果進(jìn)行定量化評(píng)估已成為國(guó)內(nèi)外研究的一大熱點(diǎn)。Koeppel等[2]研究分析了機(jī)器人測(cè)量的典型運(yùn)動(dòng)變量在健康受試者和腦卒中患者中評(píng)估的可靠性。通過(guò)使用類內(nèi)相關(guān)系數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量誤差和最小檢測(cè)差值對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)間、平均速度、最大速度、平滑誤差、速度峰值等9個(gè)運(yùn)動(dòng)學(xué)變量進(jìn)行評(píng)價(jià),運(yùn)動(dòng)學(xué)變量都表現(xiàn)出良好的可靠性,標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量誤差處在可接受的范圍之內(nèi)。Pila等[3]通過(guò)研究患者的訓(xùn)練方式發(fā)現(xiàn):結(jié)合機(jī)器人輔助肩肘訓(xùn)練的評(píng)估方式比常規(guī)職業(yè)的評(píng)估方式具有更強(qiáng)的敏感性,對(duì)于患者的康復(fù)具有積極的作用,并且,所測(cè)量的運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)與患者病情的恢復(fù)程度具有較高的相關(guān)性。Liu等[4]設(shè)計(jì)了一種基于上肢基本運(yùn)動(dòng)模式的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)伸展和畫圓運(yùn)動(dòng)的擬人化康復(fù)機(jī)器人。從運(yùn)動(dòng)范圍、運(yùn)動(dòng)精度、輸出力特性等7個(gè)方面分析患者運(yùn)動(dòng)特性。此外,還提出了一種基于多元擬合方法的定量評(píng)價(jià)方法,該評(píng)價(jià)方法具有定量化和及時(shí)性的特點(diǎn)。李娜等[5]基于團(tuán)隊(duì)研發(fā)的康復(fù)機(jī)器人進(jìn)行研究。為了能在臨床研究中更具有優(yōu)勢(shì),建立了一種上肢運(yùn)動(dòng)功能評(píng)價(jià)系統(tǒng)。受試者在不同方向進(jìn)行畫圓和直線運(yùn)動(dòng)獲得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),通過(guò)分析實(shí)驗(yàn)者的平均速度、偏移量、運(yùn)動(dòng)時(shí)間等7種相關(guān)評(píng)估指標(biāo),證實(shí)了評(píng)估指標(biāo)對(duì)于運(yùn)動(dòng)功能量化的有效性。

綜上所述,國(guó)內(nèi)外研究學(xué)者對(duì)上肢康復(fù)訓(xùn)練評(píng)估已經(jīng)有較深入的研究,但大多都側(cè)重于對(duì)患者的運(yùn)動(dòng)學(xué)指標(biāo)單一分析,由于人體上肢運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的復(fù)雜性和多樣性,在評(píng)估患者的康復(fù)效果時(shí)除了對(duì)運(yùn)動(dòng)學(xué)指標(biāo)進(jìn)行分析,還要考慮到肌肉特性、力學(xué)特性等方面的指標(biāo)。同時(shí)對(duì)運(yùn)動(dòng)學(xué)和生物學(xué)指標(biāo)進(jìn)行分析,而且為了能夠全面地評(píng)價(jià)患者的運(yùn)動(dòng)質(zhì)量,提出了層次分析法與熵值法的綜合評(píng)價(jià)方法。通過(guò)調(diào)研當(dāng)?shù)蒯t(yī)院,設(shè)計(jì)合理的實(shí)驗(yàn)方案。采用動(dòng)作捕捉系統(tǒng)Vicon采集運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)據(jù),運(yùn)用肌骨建模軟件AnyBody進(jìn)行運(yùn)動(dòng)模擬獲得生物學(xué)數(shù)據(jù)。通過(guò)分析受試者進(jìn)行康復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)的難度指標(biāo)、執(zhí)行度指標(biāo)、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性、時(shí)間指標(biāo)以及生物學(xué)指標(biāo)之間的規(guī)律,建立綜合評(píng)價(jià)模型,定量的評(píng)估患者的康復(fù)狀況。提出的評(píng)估方法將評(píng)估過(guò)程與康復(fù)訓(xùn)練過(guò)程相結(jié)合,為腦卒中患者的康復(fù)治療提供依據(jù)。

1 人體動(dòng)作捕捉實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)對(duì)象和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

選取6名在校健康大學(xué)生和2名腦卒中患者進(jìn)行實(shí)驗(yàn),健康受試者上肢無(wú)損傷,沒(méi)有其他上肢疾病,腦卒中患者癥狀較輕。實(shí)驗(yàn)開始前,簽訂知情同意書,測(cè)量每個(gè)受試者的身高和體重,受試者的身高體重特征如表1所示。其中,5名健康受試者A～E用于評(píng)價(jià)模型的研究,1名健康受試者F和2名腦卒中患者G、H用于驗(yàn)證評(píng)價(jià)模型的正確性和合理性。

表1 主要人體尺寸

通過(guò)調(diào)研當(dāng)?shù)蒯t(yī)院,選用腦卒中患者的三項(xiàng)康復(fù)訓(xùn)練任務(wù)進(jìn)行研究。在第一項(xiàng)任務(wù)中,受試者坐在椅子上,按照要求利用上肢康復(fù)治療儀完成相應(yīng)康復(fù)動(dòng)作;在第二項(xiàng)任務(wù)中,受試者手持不同重量的啞鈴進(jìn)行手臂主動(dòng)訓(xùn)練;在第三項(xiàng)任務(wù)中,在距離人體水平位置40 cm處懸掛小球,受試者呈站立姿勢(shì),上身保持直立,右手快速精準(zhǔn)的抓取正前方懸掛的小球,通過(guò)改變小球的懸掛高度,對(duì)手臂伸展運(yùn)動(dòng)進(jìn)行分析。每項(xiàng)任務(wù)重復(fù)10次,為避免疲勞,三項(xiàng)任務(wù)之間休息時(shí)間至少30 min以上。

1.2 數(shù)據(jù)采集

本次實(shí)驗(yàn)在西安交通大學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成,使用英國(guó)的光學(xué)動(dòng)作捕捉系統(tǒng)Vicon進(jìn)行運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)采集。為了避免數(shù)據(jù)采集時(shí)外界光線的干擾,窗戶用遮光布進(jìn)行遮擋。將12臺(tái)高速紅外攝像機(jī)以不同的角度分布在受試者的周圍,使得所采集的數(shù)據(jù)更加精確。實(shí)驗(yàn)開始前,共設(shè)計(jì)了39個(gè)標(biāo)記點(diǎn),根據(jù)貼點(diǎn)要求將標(biāo)記點(diǎn)粘貼到皮膚上,并對(duì)各點(diǎn)位置名稱進(jìn)行解釋。數(shù)據(jù)記錄軟件采用的是1.4.116版Vicon Nexus,能夠?qū)崟r(shí)記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和查看關(guān)節(jié)一些運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)據(jù),如運(yùn)動(dòng)位移、速度以及加速度等數(shù)據(jù)。檢查各標(biāo)記點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡無(wú)誤后,將運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)據(jù)保存為所需的C3D格式。實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景如圖1所示。

圖1 實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景圖

1.3 數(shù)據(jù)處理

為了獲取更全面的評(píng)價(jià)指標(biāo),首先利用MATLAB對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)的計(jì)算,其次利用AnyBody仿真軟件對(duì)三種任務(wù)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)模擬,在第一項(xiàng)訓(xùn)練任務(wù)中,采用AnyBody人-機(jī)耦合的方式進(jìn)行仿真模擬,選取受試者在實(shí)驗(yàn)中獲取的上肢關(guān)節(jié)角度作為驅(qū)動(dòng)信息,完成人-機(jī)耦合模型運(yùn)動(dòng)模擬;在第二、三項(xiàng)任務(wù)中,將Vicon采集的原始數(shù)據(jù)以C3D的格式導(dǎo)入AnyBody,然后進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化運(yùn)算,使C3D文件的點(diǎn)與模型中的點(diǎn)擬合,驅(qū)動(dòng)人體模型進(jìn)行模擬運(yùn)動(dòng)。如圖2所示為三種任務(wù)所建的不同模型,模型仿真結(jié)果可以輸出肌肉和關(guān)節(jié)相關(guān)的參數(shù),如肌肉激活度、肌肉長(zhǎng)度、關(guān)節(jié)力、關(guān)節(jié)力矩等參數(shù),可以更詳細(xì)地了解人體內(nèi)部參數(shù)的變化情況。

圖2 3種任務(wù)運(yùn)動(dòng)模型

2 上肢運(yùn)動(dòng)質(zhì)量評(píng)價(jià)方法

2.1 運(yùn)動(dòng)學(xué)指標(biāo)

通過(guò)MATLAB處理原始數(shù)據(jù)獲得運(yùn)動(dòng)學(xué)指標(biāo)。

2.1.1 難度指標(biāo)和執(zhí)行度指標(biāo)

在一次康復(fù)運(yùn)動(dòng)周期中,評(píng)估受試者的運(yùn)動(dòng)難度和執(zhí)行能力至關(guān)重要。楊年峰等[6]在二維極坐標(biāo)下定義了難度指標(biāo)和執(zhí)行度指標(biāo),如圖3所示。難度指標(biāo)主要描述訓(xùn)練任務(wù)的難易程度,執(zhí)行度指標(biāo)主要描述受試者執(zhí)行能力的高低。

ρA、θA為上肢從起始位置到目標(biāo)物體的運(yùn)動(dòng)幅度和角度;ρw、θw為上肢接觸目標(biāo)物體時(shí)的運(yùn)動(dòng)幅度和角度的變化范圍

(1)

(2)

(3)

(4)

2.1.2 平順性指標(biāo)

平均速度和最大速度主要描述受試者一段時(shí)間內(nèi)的運(yùn)動(dòng)情況,是運(yùn)動(dòng)質(zhì)量評(píng)價(jià)中常用的指標(biāo)[7]。通過(guò)運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)據(jù)計(jì)算瞬時(shí)速度,公式為

(5)

式(5)中:Δt為時(shí)間間隔;P(t)為坐標(biāo)點(diǎn)。在一個(gè)運(yùn)動(dòng)周期中,平均速度定義為各時(shí)刻速度的平均值,最大速度定義為各時(shí)刻速度的最大值,計(jì)算平均速度和最大速度描述平均和最大移動(dòng)能力,公式為

(6)

vmax=max(vi)

(7)

(8)

平順性指標(biāo)數(shù)值越大,表明受試者運(yùn)動(dòng)過(guò)程越穩(wěn)定,控制能力也越好。

2.1.3 時(shí)間指標(biāo)

描述完成一項(xiàng)任務(wù)所用的時(shí)間T。

2.2 生物學(xué)指標(biāo)

通過(guò)AnyBody仿真軟件獲得生理學(xué)相關(guān)參數(shù),進(jìn)一步計(jì)算獲得關(guān)節(jié)力與肌肉收縮指標(biāo)。

2.2.1 關(guān)節(jié)力指標(biāo)

通過(guò)研究最大關(guān)節(jié)力指標(biāo),可以定性的分析整個(gè)周期內(nèi)關(guān)節(jié)發(fā)力的情況,精確評(píng)估患者發(fā)力的薄弱環(huán)節(jié),為進(jìn)一步治療提供依據(jù)[8]。由于康復(fù)訓(xùn)練過(guò)程主要是在肩關(guān)節(jié)與肘關(guān)節(jié)的協(xié)同下進(jìn)行的,故本文選取最大肩關(guān)節(jié)力(maximum shoulder joint force,MSF)和最大肘關(guān)節(jié)力(maximum elbow joint force,MEF)作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。

2.2.2 肌肉收縮指標(biāo)

根據(jù)文獻(xiàn)[4,9]計(jì)算肌肉收縮系數(shù)(co-contraction coefficient,CC)來(lái)評(píng)價(jià)運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)性。表達(dá)式為

(9)

MAagoni和MAantag分別為主動(dòng)肌和拮抗肌的肌肉激活度(muscle activation,MA)。t1和t2為一項(xiàng)任務(wù)中主動(dòng)肌和拮抗肌肌肉激活度重疊的開始和結(jié)束時(shí)間;t為完成一項(xiàng)任務(wù)所用的時(shí)間。肩關(guān)節(jié)前屈/后伸運(yùn)動(dòng)的主要主動(dòng)肌和拮抗肌分別為斜方肌和背闊肌。為了評(píng)估運(yùn)動(dòng)過(guò)程肌肉的協(xié)同收縮情況,將整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中肌肉收縮系數(shù)的平均值作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。

3 指標(biāo)的計(jì)算與分析

本節(jié)僅對(duì)第三項(xiàng)任務(wù)精準(zhǔn)抓球進(jìn)行研究分析。根據(jù)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量評(píng)定指標(biāo),從不同的角度研究分析受試者運(yùn)動(dòng),如表2所示,四名受試者精準(zhǔn)抓球時(shí)的各評(píng)價(jià)指標(biāo)。圖4所示為四名受試者執(zhí)行度指標(biāo)的柱狀圖。從表2及圖4中可以看出受試者D的運(yùn)動(dòng)時(shí)間最短,執(zhí)行度指標(biāo)最高,同時(shí)肌肉協(xié)調(diào)性也最好。因此,在四名受試者中,B的執(zhí)行能力最差,D的執(zhí)行能力最好。在運(yùn)動(dòng)中,肩關(guān)節(jié)和肘關(guān)節(jié)是影響執(zhí)行度指標(biāo)的主要關(guān)節(jié),執(zhí)行能力的高低能夠反映關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)是否存在異常,可以為治療師康復(fù)計(jì)劃的制定提供依據(jù)。對(duì)于平順性而言,C的平順性最好,表明受試者C對(duì)于運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性的控制最好,對(duì)于一些精準(zhǔn)運(yùn)動(dòng),會(huì)表現(xiàn)出較強(qiáng)的運(yùn)動(dòng)能力。

圖4 不同受試者的執(zhí)行度指標(biāo)

表2 不同受試者的評(píng)價(jià)指標(biāo)

同一受試者在不同高度下進(jìn)行抓球任務(wù)的各評(píng)價(jià)指標(biāo)如表3所示,圖5為執(zhí)行度指標(biāo)柱狀圖。隨著高度逐漸降低,受試者的執(zhí)行能力和運(yùn)動(dòng)時(shí)間并不是簡(jiǎn)單的增加或降低,而是在中間位置處執(zhí)行度指標(biāo)(4.926 9±0.271 3)最大,執(zhí)行能力最高,且運(yùn)動(dòng)時(shí)間最短。這表明人體的生理因素也會(huì)影響運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行能力。由于肢體結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜,每個(gè)人肢體關(guān)節(jié)存在最佳的活動(dòng)范圍。在這個(gè)范圍內(nèi),人體運(yùn)動(dòng)最為熟練,范圍之外,肢體運(yùn)動(dòng)靈活性降低,執(zhí)行能力下降。對(duì)于抓球任務(wù),小球位置的高低對(duì)于受試者來(lái)說(shuō)同樣存在最合理的范圍。在此范圍內(nèi),運(yùn)動(dòng)最為靈活,執(zhí)行能力較強(qiáng)。同樣詢問(wèn)受試者在實(shí)驗(yàn)中的感受時(shí)也會(huì)發(fā)現(xiàn),此種情況與受試者的感受是一致的。當(dāng)小球位置過(guò)高或者過(guò)低時(shí),受試者在運(yùn)動(dòng)過(guò)程體驗(yàn)較差,感到不適。因此當(dāng)目標(biāo)在中間位置時(shí),執(zhí)行能力要高于低位和高位。

圖5 不同高度的執(zhí)行度指標(biāo)

表3 同一受試者不同高度的評(píng)價(jià)指標(biāo)

隨著受試者多次進(jìn)行抓球任務(wù),執(zhí)行能力將發(fā)生改變。將受試者前三次訓(xùn)練定義為“不熟練”,第四到六次定義為“較熟練”,第八到十次定義為“很熟練”。如表4所示,為同一受試者在不同熟練程度下各指標(biāo)的變化情況。圖6為同一受試者不同熟練程度下執(zhí)行度指標(biāo)的柱狀圖。隨著熟練程度的增加,受試者運(yùn)動(dòng)時(shí)間不斷減小,執(zhí)行度指標(biāo)相應(yīng)增加,在“很熟練”階段執(zhí)行度指標(biāo)(5.550 3±0.069 2)最大,執(zhí)行能力最高。而且對(duì)于平順性指標(biāo)和肌肉收縮指標(biāo)而言,兩項(xiàng)指標(biāo)均隨熟練程度的增加而提高,表明受試者對(duì)運(yùn)動(dòng)的控制能力不斷增強(qiáng),肌肉的協(xié)調(diào)能力不斷提高。這表明受試者對(duì)于運(yùn)動(dòng)任務(wù)的熟練程度也會(huì)影響運(yùn)動(dòng)的質(zhì)量,運(yùn)動(dòng)越熟練,人體對(duì)于運(yùn)動(dòng)任務(wù)的掌控能力越高,肢體也會(huì)越來(lái)越“習(xí)慣”該運(yùn)動(dòng)。

圖6 不同熟練程度的執(zhí)行度指標(biāo)

表4 同一受試者,不同熟練程度的評(píng)價(jià)指標(biāo)

人體上肢是一個(gè)較為復(fù)雜的系統(tǒng),每項(xiàng)運(yùn)動(dòng)任務(wù)是由中樞神經(jīng)系統(tǒng)控制肌肉模塊實(shí)現(xiàn)的,雖然運(yùn)動(dòng)障礙受損模塊會(huì)得到其他模塊的補(bǔ)償,但在運(yùn)動(dòng)任務(wù)的執(zhí)行上或多或少會(huì)表現(xiàn)出運(yùn)動(dòng)的異常,故所提出的各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)可以反映肢體的運(yùn)動(dòng)質(zhì)量,但各項(xiàng)指標(biāo)均單一存在,將其作為全面評(píng)價(jià)患者運(yùn)動(dòng)質(zhì)量的手段上還有所欠缺。因此,提出了一種將主觀評(píng)價(jià)方法層次分析法和客觀評(píng)價(jià)方法熵值法相結(jié)合的綜合評(píng)價(jià)方法,定量刻畫肢體的運(yùn)動(dòng)情況。

4 綜合評(píng)價(jià)模型的構(gòu)建

4.1 指標(biāo)主觀賦權(quán)分析

層次分析法[10-11]是一種將定性與定量分析相結(jié)合的評(píng)價(jià)方法。其基本原理是將一個(gè)多參數(shù)復(fù)雜問(wèn)題轉(zhuǎn)化為若干簡(jiǎn)單問(wèn)題,將各個(gè)簡(jiǎn)單問(wèn)題按樹狀結(jié)構(gòu)進(jìn)行排列,相互比較各個(gè)問(wèn)題的重要程度,結(jié)合其他信息對(duì)目標(biāo)問(wèn)題進(jìn)行賦值。相對(duì)于其他評(píng)價(jià)方法,有效地避免了主觀評(píng)價(jià)法的絕對(duì)性以及客觀評(píng)價(jià)法的不確定性。計(jì)算步驟如下。

(1)評(píng)價(jià)體系的建立。通過(guò)對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)的分析,建立評(píng)價(jià)體系,如圖7所示。

圖7 評(píng)價(jià)體系

(2)構(gòu)造判斷矩陣A為

A=(aij)n×n

(10)

判斷矩陣賦值采用1～9比例標(biāo)度法進(jìn)行賦值。

(3)權(quán)重向量計(jì)算。采用特征向量法,利用判斷矩陣A求解特征向量,然后進(jìn)行歸一化處理,便可得到權(quán)重向量W。

(4)一致性檢驗(yàn)。通過(guò)一致性檢驗(yàn)判斷權(quán)重向量是否合理。利用矩陣A的最大特征值λmax與影響因素個(gè)數(shù)計(jì)算一致性指標(biāo)CI為

(11)

和平均隨機(jī)一致性指標(biāo)RI由表5可得,則一致性比例CR為

表5 平均隨機(jī)一致性指標(biāo)

(12)

一般認(rèn)為CR<0.1時(shí),權(quán)重向量合理,否則需要作出調(diào)整。

4.2 指標(biāo)客觀賦權(quán)分析

熵值法是一種可以有效反映數(shù)據(jù)信息的評(píng)估方法。評(píng)價(jià)指標(biāo)的熵值代表一組數(shù)據(jù)的有序程度,熵值越小,獲取的有效信息越多,相對(duì)應(yīng)的權(quán)重就越大。由于熵值是通過(guò)數(shù)據(jù)進(jìn)行獲取,相對(duì)于傳統(tǒng)的主觀評(píng)測(cè)方法具有較高的客觀性,可以科學(xué)的作出評(píng)價(jià)。計(jì)算步驟如下。

(1)計(jì)算j項(xiàng)指標(biāo)在i樣本中的比重,即

(13)

(2)計(jì)算第j項(xiàng)指標(biāo)的熵值,即

(14)

(3)計(jì)算j項(xiàng)指標(biāo)權(quán)重,即

(15)

4.3 主客觀綜合評(píng)價(jià)模型

4.3.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)的歸一化處理

由于綜合評(píng)價(jià)模型是由多種評(píng)價(jià)參數(shù)聯(lián)合建立,為了降低評(píng)價(jià)參數(shù)量綱不同的情況所帶來(lái)的影響,對(duì)評(píng)價(jià)參數(shù)進(jìn)行歸一化處理,使各評(píng)價(jià)參數(shù)量綱變?yōu)?～1,其公式為

(16)

式(16)中:x為原始指標(biāo);maxx與minx為原始指標(biāo)的最大值與最小值。

4.3.2 綜合評(píng)價(jià)模型的計(jì)算

根據(jù)層次分析法的計(jì)算步驟,通過(guò)建立評(píng)價(jià)體系,邀請(qǐng)有關(guān)專家分別針對(duì)上肢康復(fù)訓(xùn)練過(guò)程肩、肘關(guān)節(jié)有關(guān)指標(biāo)在康復(fù)效果方面的影響填寫判斷矩陣,然后通過(guò)計(jì)算得到權(quán)重向量W,如表6所示。

表6 主觀指標(biāo)權(quán)重

通過(guò)對(duì)客觀評(píng)價(jià)模型熵值法原理的分析,根據(jù)熵值法的計(jì)算步驟,計(jì)算客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重向量η,如表7所示。

表7 客觀指標(biāo)權(quán)重

基于層次分析法對(duì)權(quán)重進(jìn)行計(jì)算,主要應(yīng)用了評(píng)議專家對(duì)指標(biāo)重要程度的判斷;熵值法計(jì)算權(quán)重,是基于數(shù)據(jù)獲得有效信息,進(jìn)而計(jì)算權(quán)重?？紤]到評(píng)議專家的經(jīng)驗(yàn)判斷,以及熵值法的客觀性,取層次分析法與熵值法權(quán)重的平均值作為評(píng)估指標(biāo)的最終權(quán)重θ。如表8所示為綜合權(quán)重。

表8 綜合指標(biāo)權(quán)重

最終獲得上肢康復(fù)訓(xùn)練評(píng)價(jià)模型為

Score=0.117C1+0.262C2+0.307C3+0.121C4+0.191 5C5

(17)

式(17)中:C1為難度指標(biāo);C2為執(zhí)行度指標(biāo);C3為平順性指標(biāo);C4為關(guān)節(jié)力指標(biāo);C5為肌肉收縮指標(biāo)。

4.4 模型驗(yàn)證

層次分析法與熵值法的綜合評(píng)價(jià)模型需要經(jīng)過(guò)驗(yàn)證方可證明其有效性。如圖8所示,計(jì)算得到1名健康受試者和2名腦卒中患者的平均評(píng)分(Score)數(shù)據(jù)被繪制為主觀訓(xùn)練效果的函數(shù)。隨著熟練程度的增加,3名受試者的Score增加,但健康受試者在3種狀態(tài)下Score增加較快,腦卒中患者Score增加較慢,從較熟練到很熟練階段增加速度小于從不熟練到較熟練階段,這是由于腦卒中所引起的運(yùn)動(dòng)障礙限制了運(yùn)動(dòng)質(zhì)量,后期運(yùn)動(dòng)Score增加減緩,還需要進(jìn)行大量的康復(fù)訓(xùn)練才能提高肢體的運(yùn)動(dòng)質(zhì)量。而且該模型能察覺(jué)到患者細(xì)微的運(yùn)動(dòng)質(zhì)量變化,說(shuō)明該模型是有效的,能夠清楚地量化訓(xùn)練效果。

圖8 主觀感受和Score評(píng)分關(guān)系

通過(guò)輸入評(píng)價(jià)模型各指標(biāo)參數(shù),就能及時(shí)地獲取患者的綜合得分,判斷患者的綜合康復(fù)情況,解決了單一指標(biāo)評(píng)價(jià)不全面,治療師主觀評(píng)價(jià)不夠精確的問(wèn)題。該研究為患者康復(fù)的定量化評(píng)價(jià)提供了可能性,但依然還需進(jìn)一步研究其可靠性。

5 結(jié)論

利用客觀手段評(píng)價(jià)肢體的運(yùn)動(dòng)質(zhì)量對(duì)于腦卒中患者的康復(fù)極為重要。對(duì)運(yùn)動(dòng)學(xué)與生物學(xué)指標(biāo)進(jìn)行了計(jì)算和分析,建立了層次分析法和熵值法的綜合評(píng)價(jià)模型,能夠?qū)δX卒中患者進(jìn)行全面的康復(fù)評(píng)價(jià),得出如下主要結(jié)論。

(1)不同受試者的運(yùn)動(dòng)執(zhí)行能力有顯著差異,對(duì)于高度不同的抓球運(yùn)動(dòng),執(zhí)行能力在中等高度位置處最優(yōu),表明受試者的執(zhí)行能力不但與運(yùn)動(dòng)的難易程度有關(guān),還與受試者的生理結(jié)構(gòu)有關(guān)。

(2)隨著熟練程度的提高,受試者的執(zhí)行能力也顯著提高,同時(shí),肌肉的協(xié)同收縮能力也不斷增強(qiáng)。

(3)提出的層次分析法與熵值法的綜合評(píng)價(jià)模型應(yīng)用于腦卒中患者和健康受試者,通過(guò)計(jì)算綜合評(píng)分驗(yàn)證了評(píng)價(jià)模型的有效性。該模型能較好的量化評(píng)估指標(biāo),可以為康復(fù)治療師提供科學(xué)的結(jié)果,靈活動(dòng)態(tài)的為患者調(diào)整后續(xù)康復(fù)安排。