计算机康复模拟训练及评价系统

冯超，马早

（咸阳国际机场，陕西 咸阳 712035）

0 引言

我国正在进入老年人化，在老年人群中，脑血管疾病，神经系统疾病发病率较高，这些患者大多数伴有偏瘫症状；我国又是中风病的高发区之一，每年大约有100万患者，在幸存者中70-80%的病人存在不同程度的残疾[1-3]。对于这类患者来说，及早进行科学的、适度的、有规律的康复训练可以减少其肢体功能残疾的概率。

计算机康复模拟训练及评价系统是借助计算机和网络技术及相应的辅助器件，患者通过计算机网络完成各种游戏达到训练的目的。在训练中，通过辅助的工具检测患者的生理信息和运动信息，这些信息按照评价规则进行分析处理，给出患者训练评价报告，为进一步制定训练方案提供依据。本系统分为三个模块：步态分析评价模块；肢体训练模块和平衡训练模块。

1 步态分析模块

步态分析模块是通过生物力学和运动手段，分析研究人类步态的异常特征和影响因数，进而指导临床诊断、康复训练和评估。

1.1 步态分析内容

（1）步态分析参数。一般来说，步态分析的主要内容为描述步态特征，测量步态参数，确定步态异常位置，分析步态异常原因。常见的参数为步频、步幅、步宽，足偏角等[4]。

（2）步态分析要求。通过分析，要求给出关节曲伸、内收外展、旋内旋外数据完整报告；上下肢运动学的完整报告，包括：倾斜，旋转侧倾，内收外展，倾斜度等。

（3）步态分析的硬件要求。①压力垫。测量运动时足底与地面之间的作用力。通过这个作用力来计算步行时的步频、步幅、步宽、支撑期、摆动期等参数，分析内翻、外翻等。②表面肌电检测系统。测量运动时肌肉的肌电信号，通过这些信号进行肌力分析。③三轴加速度传感器。检测各关节空间坐标和速度，计算关节位移，活动度速度、关节屈曲/伸展、内旋/外旋、内收/外展等。

1.2 肢体模拟训练

肢体综合训练：以游戏、动画为中心，通过患者完成游戏来达到训练的目的。在训练时运用传感器采集肢体运动时生理和运动信息，通过不断的语音提示，指导患者完成游戏动作，同时对完成的动作给出评价，鼓励。

（1）本模块完成的训练要求。上肢远端主动抗阻训练：上、下肢远端面受力测试；下肢远端，关节活动度测试，主动关节活动范围训练；等张捏力、握力测试及训练[5-7]；具有数据采集及分析，评价报告形成功能；指导训练功能。

（2）训练所需的基本游戏：随机运动游戏（运动控制、肌力游戏训练）：放球、弹砖块训练、迷宫、抓球、撞砖、找位置、翻筋斗；摘苹果、拔河。

末端活动游戏（改善关节活动度）：击墙训练、日食、加载船、平衡、打乒乓、踢足球、打羽毛球。

（3）所需硬件。三轴加速度传感器，握力传感器，张力传感器及装置。这些传感器均以无线（WIFI）方式传输数据。

2 平衡训练

平衡是指人在不同的环境下维持身体处于直立状态的能力[8]。平衡训练是在分析患者平衡障碍关键因数的基础上，采用适当的方法对患者进行训练，提高患者坐、站和运动时平衡能力。

2.1 坐姿平衡训练

利用传感器检测患者在座时的姿态信息，在屏幕上以图形、数据、语音的形式给出患者姿态，同时按照正常要求告诉患者进行坐姿修正。

2.2 站立平衡训练

利用传感器检测患者在站立时的姿态信息，在屏幕上以图形、数据、语音的形式给出患者姿态，同时按照正常要求指导患者进行站立平衡修正；配合游戏进行平衡动态训练。

2.3 动平衡训练

让患者站在振动平台上或第三方加力，调节振动幅度、频率训练患者平衡恢复能力。

3 系统设计

本模拟康复训练及评估项目采用ASP.NET技术开发，该技术其功能强大、稳定、安全、高效、跨平台等多方面的优点，使用其优秀的.NET FromWork模型来实现，如图1：WEB标准架构+DB。

图1 WEB标准架构+DB

3.1 用户接口

系统架构采用数据采集服务系统和Web系统两部分。采集系统使用C#，Web系统使用.Net语言。数据采集服务系统，主要完成将传感器数据通过WiFi传入的数据接收后解析，存入数据库。Web系统主要完成后台信息、数据管理、数据库中的增删改查，权限管理。客户端主要完成数据的显示及提交。

3.2 界面设计

本系统界面有13个操作界面，患者通过在这些界面进行操作，完成其康复训练，由于篇幅限制，这里仅展示步态参数测试界面，如图2所示。

图2 位步态参数测试界面

4 结论

本文是基于计算机网络技术构建的一个远程康复训练系统[9]，患者通过登录网站，就可以在家在系统的支持下进行康复训练，这样方便了患者，减轻了家庭的负担。所以该系统有着很好的应用前景和价值。

[1]王广志,任宇鹏,季林红,等.机器人辅助运动神经康复的研究现状[J].机器人技术与应用,2004,(04):9-14.

[2]张晓超.下肢康复训练机器人关键技术研究[D].哈尔滨工程大学,2009.

[3]胡宇川,季林红.一种偏瘫上肢复合运动的康复训练机器人[J].机械设计与制造,2004,(06):47-49.

[4]吕瓦利.肢残康复训练的体会[A].中国康复医学会、中山医科大学.中国康复医学会第二届全国康复治疗学术会议论文汇编[C].中国康复医学会、中山医科大学,1999:1.

[5]刘昆.制动与运动、康复评价与康复训练的研究进展[J].中国临床康复,2002,(02):174-176.

[6]鱼小敏,雷会荣.康复训练对脑瘫患儿日常生活能力的影响[J].护理实践与研究,2010,7(05):42-44.

[7]蔡昌新.TI MSP43016位超低功耗单片机系列实验仪设计[J].中国现代教育装备,2009,(03):30-32.

[8]沈宝利.用超低功耗MSP430单片机设计数据采集系统[J].电子产品世界,2002,(18):57-58.

[9]周凌宏,丁海曙,王广志,等.正常成人步态与偏瘫步态的比较与分析[J].生物医学工程学杂志,1995,(04):315-320.