專利名稱：背部支撐減重趣味訓(xùn)練方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種平衡功能障礙患者的康復(fù)訓(xùn)練方法，尤其涉及一種背部支撐減重 趣味訓(xùn)練方法。
背景技術(shù)：
長期的反復(fù)平衡訓(xùn)練，可以不斷的刺激人體的大腦皮層，提高大腦皮層的興奮性， 從而有助于大腦供血量的充沛，解決大腦由于供血不足而引起的大腦缺氧。這樣有助于大 腦中樞神經(jīng)的修復(fù)，從而激發(fā)起患者的殘余功能的回復(fù)。但是長期的反復(fù)平衡訓(xùn)練非常枯 燥，給患者帶來抵觸情緒。一般的功能訓(xùn)練產(chǎn)品往往缺乏趣味化訓(xùn)練視覺、聽覺反饋效果，患者和儀器不能 進行互動，也不能判斷通過一段時間的康復(fù)訓(xùn)練，自己恢復(fù)的情況如何，無法激發(fā)患者訓(xùn)練 的興趣，使患者對訓(xùn)練缺乏信心，影響患者的康復(fù)進程，導(dǎo)致康復(fù)效果不理想。目前的減重康復(fù)訓(xùn)練產(chǎn)品的缺點是，所采用的減重方式主要是使用懸吊設(shè)備進行 減重訓(xùn)練。懸吊設(shè)備使用吊帶向上牽引患者體重，需束縛患者軀干部，操作較繁瑣，易帶來 患者不適，而且采用這種方式控制人體的重心位置和移動方向進行平衡訓(xùn)練，尤其困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的，就是為了解決上述問題，提供一種背部支撐減重趣味訓(xùn)練方法。為了達到上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案一種背部支撐減重趣味訓(xùn)練方 法，通過一套背部支撐減重靜態(tài)平衡評定訓(xùn)練系統(tǒng)進行，該系統(tǒng)包括訓(xùn)練床、控制箱、主控 計算機、患者用顯示裝置和主顯示屏；訓(xùn)練床包括床座、床架和床板，床架安裝在床座上并 與床座可轉(zhuǎn)動相連，在床架的前端連接有左、右腳踏板組件，在左右腳踏板組件上分別設(shè)有 左右足底壓力傳感裝置，在床架與床座之間設(shè)有床板角度調(diào)節(jié)機構(gòu)；控制箱內(nèi)設(shè)有傳感裝 置接口電路和電機驅(qū)動模塊；傳感裝置接口電路與左右足底壓力傳感裝置電信號相連，電 機驅(qū)動模塊與床板角度調(diào)節(jié)機構(gòu)中的直線步進電機電信號相連。所述的主控計算機內(nèi)設(shè)有數(shù)據(jù)采集模塊、運動控制模塊和功能訓(xùn)練模塊；數(shù)據(jù)采 集模塊與控制箱內(nèi)的傳感裝置接口電路電信號相連，通過左右足底壓力傳感裝置實時采集 下肢用力數(shù)據(jù)，患者根據(jù)游戲軟件中顯示的重心位置和移動方向的變化，主動調(diào)節(jié)雙下肢 的用力，參與趣味游戲訓(xùn)練。運動控制模塊與控制箱內(nèi)的電機驅(qū)動模塊電信號相連，通過同 步控制步進電機使其正、反轉(zhuǎn)來實現(xiàn)床板0 90度任意傾斜，使患者實現(xiàn)平躺、斜躺甚至站 立訓(xùn)練。功能訓(xùn)練模塊包含散步游戲軟件和接水果游戲軟件。本發(fā)明采用主控計算機實現(xiàn)中心控制，由兩個顯示屏進行顯示，其中主顯示屏放 置在操作臺上，供醫(yī)護人員使用，患者用顯示屏位于患者訓(xùn)練時的前方，便于患者觀察趣味 訓(xùn)練圖像和訓(xùn)練過程。背部支撐減重趣味訓(xùn)練方法包括以下步驟a、讓患者傾斜躺在訓(xùn)練床上，并讓其左右腳分別踩在左右腳踏板上，使左右腳踏板處于同一水平面上；b、根據(jù)患者的實際情況確定所需的減重重量，并通過調(diào)節(jié)訓(xùn)練床的傾斜角度以實 現(xiàn)該減重重量；C、讓計算機進入功能訓(xùn)練模塊的散步游戲軟件，并設(shè)定游戲難度、訓(xùn)練方式和游 戲時間，讓患者根據(jù)患者用顯示裝置上顯示的人體重心的位置，實時調(diào)節(jié)雙下肢的用力，盡 量使人體重心在變化著的道路中間移動，虛擬真實環(huán)境中的散步進行趣味游戲訓(xùn)練；d、讓計算機進入功能訓(xùn)練模塊的接水果游戲軟件，并設(shè)定游戲難度和游戲時間， 讓患者根據(jù)患者用顯示裝置上顯示的人體重心即接水果筐的位置，實時調(diào)節(jié)雙下肢用力中 心的位置和移動方向，努力使水果落在水果筐內(nèi)，進行趣味游戲訓(xùn)練?；颊咴谟螒蜻^程中的重心投影的獲取方法是一般人體重心(center of gratitude, COG)在第二骶骨前，人體重心在腳踏板上的投影即為重心投影，又由于人體處 于站立平衡游戲過程中側(cè)向力很小，因此人體重心投影位置可由下式確定F\-F2G=-χ LcmFI + F2式中，F(xiàn)l為左腳壓力的大小；F2為右腳壓力的大??；L為左右腳踏板中心之間的距 離，一般設(shè)為33cm;散步游戲的訓(xùn)練形成a、在主控計算機中重心投影設(shè)定為一個圖象顯示活動點，活動點的初始位置定在 圖像畫面的中心，根據(jù)實時采集的下肢用力數(shù)據(jù)，計算活動點坐標位置(左右方向)。b、設(shè)定散步游戲難度，游戲難度分為難、中和易三種，游戲的難易程度由畫面道 路的彎曲程度決定，共設(shè)三種彎曲程度，大彎、中彎和小彎，彎曲程度越大游戲難度越大；C、設(shè)定訓(xùn)練方式，訓(xùn)練方式包括左側(cè)訓(xùn)練、右側(cè)訓(xùn)練和正常訓(xùn)練。左側(cè)訓(xùn)練將道路 設(shè)定在畫面的左側(cè)位置，用于加強患者左側(cè)下肢功能的恢復(fù)，右側(cè)訓(xùn)練將道路設(shè)定在畫面 的右側(cè)位置，用于加強患者右側(cè)下肢功能的恢復(fù)；道路在中間時為正常訓(xùn)練，正常訓(xùn)練針對 雙側(cè)均需要訓(xùn)練的患者。d、設(shè)定訓(xùn)練速度，對應(yīng)于不同的訓(xùn)練難度，通過設(shè)定訓(xùn)練圖像不同的下落速度實 現(xiàn)。e、對應(yīng)程序中的訓(xùn)練位圖，選定一種游戲難度、訓(xùn)練方式和游戲時間后，對應(yīng)的位 圖就按一定的速度往下落，同時填充上部畫面，形成一個不斷循環(huán)的完整的運動畫面。游 戲開始后，患者調(diào)節(jié)雙下肢用力，實時變化活動點的位置，盡可能保持活動點在道路中間移 動，虛擬真實環(huán)境中的散步，游戲結(jié)束后，計算機自動統(tǒng)計游戲成績即活動點在道路區(qū)域的 百分比。f、在游戲過程中，伴有舒緩有趣的音樂效果，增加聽覺反饋。接水果游戲的訓(xùn)練形成a、在主控計算機中重心投影設(shè)定為一個活動點，活動點在畫面中以水果筐的形式 顯示，模擬患者在向前推動水果筐，水果筐設(shè)有向左、向右兩種運動方向，水果筐初始位置 在圖像底部的中心。b、接水果游戲的游戲難度由水果生成的速度和下落的速度兩項參數(shù)決定，背景畫 面不變。同一種水果預(yù)先設(shè)定好三種不同的下落速度，分別為高速、中速和低速，速度越快難度越大。不同的水果設(shè)置了不同的高、中、低速度，共有九種下落速度供選擇。C、設(shè)定水果生成速度，生成速度越快，游戲難度越大。預(yù)先設(shè)定低、中和高三種生 成速度，水果初始位置隨機生成。d、設(shè)定游戲難度，難度包括低級、中級和高級。設(shè)定游戲時間；選定一種游戲難度 和游戲時間后，對應(yīng)的水果在畫面中按一定的生成速度出現(xiàn)，接著再按一定的速度下落，形 成一個完整的運動畫面?；颊吒鶕?jù)水果的方位和下落速度，調(diào)節(jié)雙下肢用力中心的位置和 移動方向，努力使水果落在水果筐內(nèi)，進行游戲。游戲結(jié)束，計算機自動統(tǒng)計所接到的水果 的個數(shù)、種類和訓(xùn)練總分。e、在游戲過程中，伴有有趣的背景音樂，同時在接到水果時，又疊加有清脆的伴音 效果，增加聽覺反饋。本發(fā)明將康復(fù)訓(xùn)練與趣味游戲相結(jié)合，在背部支撐減重輔助下，提供游戲、視覺、 聽覺反饋互動訓(xùn)練平臺，使患者在康復(fù)訓(xùn)練的同時輕輕松松玩游戲，有利于分散患者注意 力，減少患者的訓(xùn)練枯燥感，接受長期的訓(xùn)練，達到促進患者康復(fù)的目的。


圖1是本發(fā)明中所采用的背部支撐減重靜態(tài)平衡評定訓(xùn)練系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)示意 圖；圖2是床身傾斜模塊程序流程圖；圖3a、圖3b、圖3c和圖3d是散步游戲開始模塊程序流程圖；圖4是散步停止游戲模塊程序流程圖；圖5是散步游戲成績模塊程序流程圖；圖6a、圖6b、圖6c、圖6d是接水果游戲開始模塊程序流程圖；圖7是接水果停止游戲模塊程序流程圖；圖8是散步/接水果游戲錄入成績模塊程序流程圖；圖9是散步/接水果游戲測試查看模塊程序流程圖；圖10是病人信息界面；圖11是功能訓(xùn)練-趣味游戲項目選擇界面；圖12是散步游戲訓(xùn)練界面；圖13是散步游戲測試查看結(jié)果界面；圖14功能訓(xùn)練-趣味游戲項目選擇界面；圖15是接水果游戲訓(xùn)練界面；圖16是接水果游戲測試查看結(jié)果界面。
具體實施例方式參見圖1，本發(fā)明背部支撐減重趣味訓(xùn)練方法所采用的背部支撐減重靜態(tài)平衡評 定訓(xùn)練系統(tǒng)，包括訓(xùn)練床1、控制箱2、主控計算機3、患者用顯示裝置4和主顯示屏5?？刂?箱2安裝在訓(xùn)練床的床座11上，主控計算機3設(shè)置在操作臺(操作臺未圖示出來)上，患 者用顯示裝置4活動設(shè)置在訓(xùn)練床的旁邊并與主控計算機電信號相連，主顯示屏5設(shè)置在 操作臺上并與主控計算機電信號相連。
訓(xùn)練床1包括床座11、床架12和床板13，床架12安裝在床座11上并與床座11通 過轉(zhuǎn)軸6可轉(zhuǎn)動相連，并通過兩頂桿9 (分別設(shè)置在兩側(cè))支撐在床座11上方。床板13固 定在床架12上，在床架12的前端連接有左、右腳踏板組件14，在床架12與床座11之間設(shè) 有床板角度調(diào)節(jié)機構(gòu)15，該床板角度調(diào)節(jié)機構(gòu)包含一臺直線步進電機。在訓(xùn)練床的床座11 上安裝有多個萬向調(diào)節(jié)腳輪111，并相應(yīng)設(shè)有多個用于調(diào)節(jié)腳輪上下伸縮的調(diào)節(jié)機構(gòu)112。 在床架12上還安裝有床板角度顯示器8，床板角度顯示器8隨床架12 —起移動用于顯示床 架12及床板13傾斜的角度。左、右腳踏板組件14結(jié)構(gòu)對稱相同，各包括腳踏板支架141、腳前端緩沖器142、腳 后跟導(dǎo)向軸143和腳踏板144。腳踏板支架141與床架12固定相連；腳前端緩沖器142和 腳后跟導(dǎo)向軸143分別連接在腳踏板144與腳踏板支架141之間。在腳踏板144周圍設(shè)有 足底壓力傳感裝置(未圖示出來)，該足底壓力傳感裝置由貼有四根應(yīng)變片的懸臂梁組成， 貼有四根應(yīng)變片的懸臂梁插裝在由腳踏板、腳踏板支架、腳前端緩沖器和腳后跟導(dǎo)向軸組 成的腳底受力部件內(nèi)，并分別與控制箱2內(nèi)的傳感裝置接口電路電信號相連。控制箱2安裝在訓(xùn)練床的床座11上，控制箱內(nèi)設(shè)有傳感裝置接口電路、電機驅(qū)動 模塊和電源模塊(未圖示出來)，電源模塊分別為傳感裝置接口電路和電機驅(qū)動模塊提供 電源；電機驅(qū)動模塊與床板角度調(diào)節(jié)機構(gòu)中的直線步進電機電信號相連。主控計算機3設(shè)置在操作臺(操作臺未圖示出來)上，主控計算機內(nèi)設(shè)有數(shù)據(jù)采 集模塊、運動控制模塊和功能訓(xùn)練模塊；數(shù)據(jù)采集模塊與控制箱內(nèi)的傳感裝置接口電路電 信號相連，通過左右足底壓力傳感裝置實時采集下肢用力數(shù)據(jù)，以利患者根據(jù)在游戲軟件 中顯示的重心位置和移動方向的變化，主動調(diào)節(jié)雙下肢的用力，參與趣味游戲訓(xùn)練。運動控 制模塊與控制箱內(nèi)的電機驅(qū)動模塊電信號相連，通過同步控制步進電機使其正、反轉(zhuǎn)來實 現(xiàn)床板的轉(zhuǎn)動，以此來達到床板0 90度任意傾斜，使患者實現(xiàn)平躺、斜躺甚至站立訓(xùn)練。 功能訓(xùn)練模塊包含散步游戲軟件和接水果游戲軟件。本發(fā)明采用主控計算機實現(xiàn)中心控制，由兩個顯示屏進行顯示。其中主顯示屏放 置在操作臺上，供醫(yī)護人員使用?；颊哂蔑@示裝置4位于患者訓(xùn)練時的前方并與主控計算機3電信號相連，便于患 者觀察訓(xùn)練過程中重心位置和移動方向的變化，實時主動調(diào)節(jié)平衡?；颊哂蔑@示裝置能顯 示訓(xùn)練過程、游戲的參與過程以及訓(xùn)練的結(jié)果等內(nèi)容，供患者掌握。該患者用顯示裝置4包 括移動小車41、安裝在移動小車上的支架42和安裝在支架上的顯示屏43，顯示屏與支架活 動連接，顯示屏的高度和角度可以調(diào)節(jié)。主顯示屏5設(shè)置在操作臺上并與主控計算機3電信號相連。本發(fā)明的背部支撐減重趣味訓(xùn)練方法，通過做游戲達到康復(fù)訓(xùn)練的目的，可減少 患者的訓(xùn)練枯燥感，大大提高患者對康復(fù)訓(xùn)練的興趣和積極性，有利于加快患者的康復(fù)。具 體使用方法是a、讓患者傾斜躺在訓(xùn)練床上緊靠床板，并讓其左右腳分別踩在左右腳踏板上，使 左右腳踏板處于同一水平面上。b、根據(jù)患者的實際情況調(diào)節(jié)訓(xùn)練床的傾斜角度，來實現(xiàn)不同程度的減重，安裝在 床架上的床板角度顯示器隨床架一起移動實時顯示傾斜角度，角度越小，減重程度越大。訓(xùn) 練床的傾斜角度可在0-90度的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，減重角度即為訓(xùn)練床的傾斜角度。
C、進入病人信息界面，如圖10所示，新建、修改或讀取病人信息，如訓(xùn)練日期、病 人編號、姓名、性別、年齡和體重，以及患者剛?cè)朐簳r的病征——左癱還是右癱信息；使用中 須注意必須選中需要訓(xùn)練的患者，否則功能訓(xùn)練模塊將無法執(zhí)行，同時，系統(tǒng)將會提示選 中需要訓(xùn)練的患者。d、從計算機中調(diào)出功能訓(xùn)練-趣味游戲選擇界面，圖11是減重角度為75度的散 步游戲訓(xùn)練選擇界面。該界面上自動顯示編號和姓名，白色底版編輯框的內(nèi)容自動生成不 可更改。點擊“開始訓(xùn)練”按鈕，計算機自動將訓(xùn)練床調(diào)整到所設(shè)減重角度，同時進入散步 游戲訓(xùn)練界面。e、散步游戲訓(xùn)練界面如圖12所示，界面左側(cè)設(shè)有散步游戲畫面，畫面上設(shè)有彎 道，畫面中心為人體正常重心點，畫面上帶十字的圓圈實時顯示患者的真實重心投影，界面 右側(cè)順序設(shè)有“游戲難度”、“游戲時間”、“方式選擇”和“游戲成績”欄目和滑動條；右下角 設(shè)有“游戲開始”、“停止游戲”、“游戲成績”、“錄入成績”、“測試查看”和“返回”按鈕?！坝?戲難度”分為易、中、難三個級別，“方式選擇”包括左側(cè)訓(xùn)練、右側(cè)訓(xùn)練和正常訓(xùn)練，左側(cè)訓(xùn) 練方式用于左癱患者，右側(cè)訓(xùn)練方式用于右癱患者，正常訓(xùn)練方式用于正?；颊摺Ｔ谟螒蜷_始前，先根據(jù)患者的實際情況選擇游戲難度，訓(xùn)練方式，輸入游戲訓(xùn)練時 間。圖12是游戲難度為易，游戲時間為2分鐘，患側(cè)為左側(cè)的散步游戲訓(xùn)練界面，點擊“游 戲開始”按鈕，散步游戲訓(xùn)練界面上的畫面開始往下移動，患者根據(jù)畫面中道路的走向來控 制雙腳重心投影的位置和移動方向，在模擬環(huán)境中從下至上散步，滑動條實時顯示游戲進 度。f、游戲結(jié)束后，或游戲過程中若由于某種原因暫停游戲，點擊“游戲成績”按鈕，界 面上將顯示相應(yīng)的游戲成績分值。g、在游戲結(jié)束時，可以點擊“錄入成績”按鈕，存儲病人信息和訓(xùn)練結(jié)果數(shù)據(jù)；此 時，如果進入報告模塊，可以看到生成的報告，如果需要還可以以word格式打印報告。h、在游戲結(jié)束時，點擊“測試查看”按鈕可以進入散步游戲測試結(jié)果界面，如圖13 所示，該界面專供醫(yī)生查看和分析在散步游戲過程中左右腳對左右腳踏板的壓力平均值和 各項靜態(tài)姿勢圖參數(shù)。左半部分設(shè)有顯示散步游戲時間內(nèi)左右下肢平均壓力平均值的柱形 圖，每個柱形圖的總高度對應(yīng)90千克壓力，并以每1千克進行了定標，可以比較準確地讀出 左右下肢壓力。右上角選定參數(shù)自動顯示已經(jīng)選定的減重角度和游戲時間；右半部分中部 顯示各項靜態(tài)姿勢圖參數(shù)，包括額狀面擺動頻率、平均重心、額狀面最大擺幅、額狀面平均 擺幅、重心移動軌跡總長度、重心移動軌跡總面積和額狀面?zhèn)确綌[速；點擊右下角“錄入報 告”按鈕可以根據(jù)醫(yī)生需要將散步游戲的測試結(jié)果保存，點擊“返回”按鈕離開散步游戲測 試結(jié)果界面，回到散步游戲界面。i、在散步游戲界面里點擊“返回”按鈕，退出本輪游戲，結(jié)束本輪趣味訓(xùn)練或進入 下一輪趣味訓(xùn)練；j、若需選擇“接水果”游戲項目進行趣味訓(xùn)練，則在功能訓(xùn)練-趣味游戲項目選擇 界面上選擇“接水果”游戲，圖14所示是減重角度為75度的接水果游戲訓(xùn)練選擇界面。點 擊“開始訓(xùn)練”按鈕，計算機自動將訓(xùn)練床調(diào)整到所設(shè)的減重角度，同時進入接水果游戲訓(xùn) 練界面。k、接水果游戲訓(xùn)練界面如圖15所示，界面左側(cè)設(shè)有接水果游戲畫面，畫面底部設(shè)有實時顯示患者重心投影位置的水果筐，蘋果、檸檬和葡萄三種水果從畫面頂部下落，界面 右側(cè)順序設(shè)有“游戲難度”、“游戲時間”、“游戲說明，，和“游戲成績”欄目以及滑動條；右下 角設(shè)有“游戲開始”、“停止游戲”、“錄入成績”、“測試查看”和“返回”按鈕；游戲難度分為低 級、中級和高級三個級別；在同一個難度級別里，蘋果下落速度最慢，檸檬其次，葡萄最快， 接住一個蘋果10分，接住一個檸檬20分，接住一串葡萄30分。在游戲開始前，先根據(jù)患者的實際情況選擇游戲難度，輸入游戲訓(xùn)練時間，圖15 是游戲難度為高級，游戲時間為2分鐘的接水果游戲訓(xùn)練界面，點擊“游戲開始”按鈕開始 游戲，患者根據(jù)水果的方位和下落速度來控制雙腳重心投影的位置和移動方向，以使自己 能接到更多下落的水果。1、游戲結(jié)束后，點擊“游戲成績”按鈕，界面上顯示出游戲成績，包括接到蘋果數(shù) 量、接到檸檬數(shù)量和接到葡萄數(shù)量，并顯示出訓(xùn)練得分總計。m、游戲結(jié)束后，點擊“測試查看”按鈕可以進入接水果游戲測試結(jié)果界面，如圖16 所示，該界面專供醫(yī)生查看和分析在接水果游戲過程中左右腳對左右腳踏板的壓力平均值 和各項靜態(tài)姿勢圖參數(shù)。左半部分設(shè)有顯示接水果游戲時間內(nèi)左右下肢平均壓力平均值的 柱形圖，右上角選定參數(shù)自動顯示已經(jīng)選定的減重角度和游戲時間；右半部分中部顯示各 項靜態(tài)姿勢圖參數(shù)；點擊右下角“錄入報告”按鈕可以根據(jù)醫(yī)生需要將接水果游戲的測試結(jié) 果保存，點擊“返回”按鈕離開接水果游戲測試結(jié)果界面，回到接水果游戲界面。η、在接水果游戲界面里點擊“返回”按鈕，退出本輪游戲，結(jié)束本輪趣味訓(xùn)練或進 入下輪趣味訓(xùn)練。上述二種游戲可根據(jù)患者特點，采取循序漸進的方式逐漸加大難度，實現(xiàn)患者逐 漸康復(fù)訓(xùn)練的要求。游戲訓(xùn)練軟件的實現(xiàn)流程如下首先讀取病人信息病人編號、姓名、大腿長度、小腿長度和體重等；設(shè)置減重角 度；再進行硬件檢查(檢查壓力傳感裝置是否正常工作，如不能正常工作則退出系統(tǒng))。數(shù) 據(jù)采集及數(shù)據(jù)存儲模塊是基于數(shù)據(jù)采集裝置設(shè)計的，采集裝置提供庫函數(shù)，根據(jù)庫函數(shù)開 發(fā)采集裝置類，管理采集裝置的所有動作。1、散步游戲軟件的實現(xiàn)流程散步游戲訓(xùn)練之前，首先輸入減重角度并點擊“開始 訓(xùn)練”按鈕后，計算機自動執(zhí)行床身傾斜模塊程序流程，將訓(xùn)練床調(diào)整到所設(shè)傾斜角度，然 后按開始游戲模塊程序流程圖、停止游戲模塊程序流程圖、游戲成績模塊程序流程圖、錄入 成績模塊程序流程圖、測試查看模塊程序流程圖的順序執(zhí)行散步游戲訓(xùn)練。床身傾斜模塊程序流程圖如圖2所示。本系統(tǒng)采用一個運動控制裝置，控制裝置的其中一軸(Ζ軸)對應(yīng)控制床身傾斜的 電機，床身的升降是通過電機的正反轉(zhuǎn)實現(xiàn)向上運動和向下運動。點擊“進入測試”或“進 入訓(xùn)練”按鈕，就進入床身傾斜程序流程，打開運動控制裝置，設(shè)置電機運動速度。醫(yī)生根 據(jù)病人的實際情況輸入減重角度。判斷當前床身角度與輸入角度是否一致如果醫(yī)生輸入 的減重角度大于當前床身角度，計算床身需要上升的角度，把該角度轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的脈沖數(shù)， 控制裝置發(fā)出脈沖，電機正轉(zhuǎn)一定脈沖數(shù)對應(yīng)的角度，床身上升一定角度；若等于當前床身 角度，電機不轉(zhuǎn)，床身不動；小于當前床身角度，計算床身需要下降的角度，控制裝置發(fā)出脈 沖，電機反轉(zhuǎn)向下運動一定脈沖數(shù)對應(yīng)的角度，床身下降一定角度。檢查運動控制裝置中軸的狀態(tài)，若忙，表示電機還沒旋轉(zhuǎn)到位，繼續(xù)檢查；若閑，說明電機已經(jīng)旋轉(zhuǎn)完畢，停止電機 的運動，關(guān)閉運動控制裝置。開始游戲模塊程序流程圖如圖3a、圖3b、圖3c、圖3d所示。圖3a為數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)存儲程序流程圖。點擊“游戲開始”按鈕，激活“停止游 戲”和“返回，，按鈕，鎖定“游戲開始”、“游戲成績”、“錄入成績，，和“測試查看”。獲得畫面 矩形的長度和寬度；初始化活動點為畫面中心，開始播放散步音樂。調(diào)用圖北所示流程圖 加載位圖，判斷位圖加載標志是否為真，為真表示以前已經(jīng)有加載的位圖，必須先釋放原來 的位圖，加載新位圖，為假就說明不存在以前加載的位圖，可以直接加載新位圖，新位圖根 據(jù)界面上選擇的散步方式和難易程度，加載相應(yīng)的新散步圖片，獲得圖片的高度和寬度，新 位圖加載后，使加載位圖標志重新設(shè)為真。設(shè)置數(shù)據(jù)采樣周期50ms，獲得由醫(yī)生在散步游 戲界面上輸入的游戲時間，判斷游戲時間是否已經(jīng)設(shè)定，若沒有設(shè)定時間，則提示“請輸入 游戲時間！”，并退出游戲；若時間已設(shè)定，就初始化滾動條，根據(jù)游戲時間和采樣周期計算 采樣總數(shù)據(jù)，申請一個以采樣總數(shù)據(jù)為長度的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。判斷緩沖區(qū)是否開設(shè)成功，不成 功，提示設(shè)備出錯信息，并退出游戲；成功，置文件保存標志為真，標志為真可以保存數(shù)據(jù)文 件，標志為假不可以保存數(shù)據(jù)文件。實際采樣數(shù)據(jù)計數(shù)變量附初值，得到當前時間，并生成 以當前時間命名的數(shù)據(jù)文件，這樣可以確保文件名不重復(fù)。判斷患者文件目錄是否存在，不 存在則創(chuàng)建患者文件目錄；存在就直接改變目錄到患者文件目錄，以保證轉(zhuǎn)到患者文件目 錄下保存數(shù)據(jù)文件，生成患者數(shù)據(jù)文件完整名。傳遞患者數(shù)據(jù)文件名和文件保存標志給采 集裝置類庫，打開數(shù)據(jù)采集裝置，設(shè)置電壓采樣范圍，配置2個采樣通道，分別對應(yīng)左、右下 肢壓力傳感裝置，設(shè)置采樣數(shù)據(jù)保存地址，以寫方式打開患者數(shù)據(jù).dat文件。記錄活動點 總的移動位置數(shù)變量附初值，記錄活動點在道路區(qū)域內(nèi)的點數(shù)變量附初值。記錄游戲開始 時間點，設(shè)定50ms采樣時鐘。讀取所有采樣通道數(shù)據(jù)，分離采樣通道數(shù)據(jù)，0通道為左下肢 壓力傳感裝置數(shù)據(jù)，1通道為右下肢壓力傳感裝置數(shù)據(jù)，保存2個通道的數(shù)據(jù)到前面建立的 數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，實際采樣數(shù)據(jù)個數(shù)加2。調(diào)用圖3c流程圖移動活動位置，判斷左右下肢壓力大 小，左下肢壓力大，活動點向左移動四個像素，右下肢壓力大，活動點向右移動四個像素。當 活動點超出畫面的最左邊時，仍使活動點在畫面的最左邊，右邊也一樣，使活動點不超出畫 面，再次記錄當前時間點；判斷游戲時間是否到，若游戲時間未到，實時更新滾動條，實時顯 示散步游戲界面。調(diào)用圖3d程序流程實現(xiàn)畫布的實時更新，散步游戲界面實時顯示方法為 創(chuàng)建一個兼容內(nèi)存設(shè)備對象，將前面加載好了的位圖選入兼容內(nèi)存設(shè)備對象中，將內(nèi)存設(shè) 備中的位圖在畫面上顯示，創(chuàng)建一個顏色為紅色的畫筆，繪制活動點圖標。統(tǒng)計2個采樣通 道的實際采樣數(shù)據(jù)數(shù)，更新實際采樣數(shù)據(jù)計數(shù)變量，更新活動點在道路區(qū)域內(nèi)的點數(shù)變量， 統(tǒng)計活動點落在道路區(qū)域內(nèi)的點數(shù)，為以后計算游戲成績做準備。如此循環(huán)繼續(xù)讀采樣通 道數(shù)據(jù)，直到游戲時間結(jié)束，關(guān)閉采樣時鐘，停止采樣。散步停止游戲模塊程序流程圖如圖4所示。點擊“停止游戲”按鈕，激活“游戲成 績”、“游戲開始”、“錄入成績”、“測試查看”和“返回”按鈕，鎖定“停止游戲”按鈕。關(guān)閉采 樣時鐘，結(jié)束播放散步音樂。傳遞實際數(shù)據(jù)總量和緩存區(qū)指針。關(guān)閉數(shù)據(jù)采集裝置，將采集 的數(shù)據(jù)寫入患者數(shù)據(jù)文件，將文件保存在硬盤上，關(guān)閉文件。釋放緩存區(qū)，實際采樣數(shù)據(jù)個 數(shù)變量清零，保存標志置為假，記錄游戲開始時間點變量清零。散步游戲成績模塊程序流程圖如圖5所示。游戲結(jié)束后，可以點擊“游戲成績”按鈕，鎖定“停止游戲”和“游戲成績”按鈕，激活“游戲開始”、“錄入成績”、“測試查看”和“返 回”按鈕。游戲成績的評定原理是設(shè)定道路中的RGB值(紅，綠，蘭三基色)與周圍位置 的RGB值不同，根據(jù)活動點位置坐標的RGB值來判斷活動點是否落在所設(shè)定的道路中間。統(tǒng)計散步游戲成績的方法是計算并顯示活動點在道路區(qū)域的百分比。游戲成績 分值的計算公式為游戲成績=(患者重心落在道路上行走的路程+行走總路程)X100。散步錄入成績模塊程序流程圖如圖8所示，散步游戲具有錄入成績功能，點擊“結(jié) 束游戲”按鈕，鎖定“結(jié)束游戲”、“錄入成績”按鈕，激活“開始游戲”、“測試查看”、“返回”按 鈕。判斷成績文件名存在，不存在，重新生成成績文件名并錄入成績文件名，添加病人姓名 和編號到報告內(nèi)容開始位置，再準備成績內(nèi)容；存在，直接準備成績內(nèi)容。再判斷成績文件 是否存在，不存在，就創(chuàng)建成績文件，寫入病人姓名和編號及上述準備成績內(nèi)容；存在，以只 寫方式打開文件，文件指針移到末尾，添加上述準備的成績內(nèi)容，然后關(guān)閉成績文件；錄入 成績模塊結(jié)束。散步測試查看模塊程序流程圖如圖9所示，散步游戲具有下肢平衡康復(fù)訓(xùn)練和 雙下肢平均用力和靜態(tài)姿勢圖測試結(jié)果查看功能，點擊“測試查看”按鈕，進入測試查看界 面，判斷病人數(shù)據(jù)文件名是否存在，若不存在就返回，表明不能給出測試結(jié)果，若存在，就以 只讀方式打開該文件，獲取文件長度，計算數(shù)據(jù)個數(shù)，建立一個以文件數(shù)據(jù)個數(shù)為長度的緩 存區(qū)用于記錄數(shù)據(jù)，建立一個以文件數(shù)據(jù)個數(shù)的二分之一為長度的緩存區(qū)用于記錄重心位 置，使用循環(huán)方法將文件的數(shù)據(jù)寫入文件數(shù)據(jù)緩存區(qū)，按照保存順序循環(huán)讀取兩個通道數(shù) 據(jù)，把兩個通道的數(shù)據(jù)代入重心算法計算重心位置，并將重心值放入重心數(shù)據(jù)緩存區(qū)，直到 讀完文件，關(guān)閉文件。計算游戲時間內(nèi)左右下肢平均壓力，并在柱形圖上顯示，左邊柱形圖 顯示游戲時間內(nèi)左下肢平均壓力，右邊柱形圖顯示右下肢平均壓力。然后調(diào)用數(shù)據(jù)處理動 態(tài)鏈接庫中的平均重心、額狀面最大擺幅、額狀面平均擺幅和重心軌跡總長度的相應(yīng)算法， 根據(jù)重心數(shù)據(jù)緩存區(qū)重心值組計算四個靜態(tài)姿勢圖參數(shù)，再調(diào)用數(shù)據(jù)處理動態(tài)鏈接庫中的 單位時間內(nèi)額狀面?zhèn)确綌[速、運動時單位時間內(nèi)重心移動軌跡總面積和額狀面擺動頻率的 計算算法，結(jié)合采樣速率計算運動時間，根據(jù)重心數(shù)據(jù)緩存區(qū)重心值組計算三個靜態(tài)姿勢 圖參數(shù)，根據(jù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)表值給出上述七個參數(shù)的評估結(jié)果。顯示七個靜態(tài)姿勢圖參數(shù)的計 算結(jié)果及評估結(jié)果，釋放所有緩存區(qū)。2、接水果游戲軟件實現(xiàn)流程接水果游戲訓(xùn)練之前，首先輸入減重角度并點擊“開 始訓(xùn)練”按鈕后，計算機自動執(zhí)行床身傾斜模塊程序流程，床身傾斜模塊程序流程圖如圖2 所示。將訓(xùn)練床調(diào)整到所設(shè)傾斜角度，然后按接水果游戲開始模塊程序流程圖、停止游戲模 塊程序流程圖、錄入成績模塊程序流程圖和測試查看模塊程序流程圖順序執(zhí)行游戲訓(xùn)練。接水果游戲開始模塊程序流程圖如圖6a、圖6b、圖6c、圖6d所示。圖6a為接水果游戲數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)存儲程序流程圖，點擊“游戲開始”按鈕，激活 “停止游戲”和“返回”按鈕，鎖定“游戲開始”、“測試查看”和“游戲成績”按鈕。獲得游戲 界面上輸入的游戲時間。判斷游戲時間是否為空，為空，提示“請輸入游戲時間！”，并退出 游戲；游戲時間、游戲難度由醫(yī)生在接水果游戲界面上輸入。不為空，根據(jù)游戲時間計算采 樣總數(shù)據(jù)，根據(jù)采樣總數(shù)據(jù)，申請緩存區(qū)，判斷緩存區(qū)是否申請成功，若不成功就返回，并提 示設(shè)備有問題；若成功，置文件保存標志為真，標志為真可以保存數(shù)據(jù)文件，標志為假不可 以保存數(shù)據(jù)文件。設(shè)定實際采樣數(shù)據(jù)計數(shù)變量，并進行變量初始化。判斷病人文件目錄是否存在，不存在則創(chuàng)建病人文件目錄；存在就直接改變目錄到病人文件目錄，以保證轉(zhuǎn)到病 人文件目錄下保存數(shù)據(jù)文件，生成擴展名為.dat的文件，形成病人數(shù)據(jù)文件完整名稱。傳 遞病人數(shù)據(jù)文件名和文件保存標志給采集裝置類庫，打開數(shù)據(jù)采集裝置，設(shè)置電壓采樣范 圍，配置2個采樣通道，分別對應(yīng)左、右下肢壓力傳感裝置，設(shè)置采樣數(shù)據(jù)保存地址，以寫方 式打開病人數(shù)據(jù).dat文件。初始化滾動條，記錄游戲開始時間點。游戲總分和各種水果分 數(shù)變量設(shè)為零，并在界面上顯示。設(shè)50ms采樣時鐘，每隔50ms采樣一次，即50ms采集一次 傳感裝置的數(shù)據(jù)。讀取所有采樣通道數(shù)據(jù)，分離采樣通道數(shù)據(jù)，前兩個通道為左下肢壓力傳 感裝置數(shù)據(jù)，后兩個通道為右下肢壓力傳感裝置數(shù)據(jù)。判斷左右下肢壓力大小，若左下肢壓 力大，水果筐向左轉(zhuǎn)并向左移動六個像素，右下肢壓力大，水果筐向右轉(zhuǎn)并向右移動六個像 素。當活動點超出畫面的最左邊時，仍使活動點在畫面的最左邊，右邊也一樣，使活動點不 超出畫面，再次記錄當前時間點；判斷游戲時間是否到，若到達所設(shè)定的游戲時間，自動調(diào) 用停止游戲程序，游戲停止。為了便于管理接水果游戲，首先初始化一個游戲?qū)ο螅缓髣?chuàng)建兩個兼容內(nèi)存設(shè) 備對象，一個內(nèi)存設(shè)備對象保存一幅所有水果及水果筐的位圖，另一個內(nèi)存設(shè)備對象保存 要調(diào)到前臺來用的圖片。根據(jù)醫(yī)生在界面上選擇的游戲難易程度，設(shè)定不同的采樣時鐘。低級每隔1 出 來一個水果，60ms更新一次游戲；中級每隔IOs出來一個水果，30ms更新一次游戲；高級 每隔6s出來一個水果，IOms更新一次游戲，級別越高難度越大。調(diào)用圖6b創(chuàng)建一個游戲?qū)ο?，以后用此對象調(diào)用相應(yīng)游戲的函數(shù)，完成游戲工作。調(diào)用圖6c生成一個水果對象并保存在一個鏈表中，該鏈表保存了水果對象的所 有信息如新產(chǎn)生的水果類型，什么時間出來一個水果，應(yīng)該出現(xiàn)在畫面什么位置，該水果 的下落標志的真假等。下落標志為真，說明該水果還可以下落；下落標志為假，說明該水果 已經(jīng)下落到底部或者已被水果筐接住。如果水果被接住則發(fā)出接住水果的聲音。調(diào)用圖6d更新顯示畫面，每一小段時間刷新水果的位置和水果筐方向，顯示游戲 的最新情況。接水果停止游戲模塊程序流程圖如圖7所示。點擊“停止游戲”按鈕，激活“游戲 開始”、“錄入成績”、“測試查看”和“返回”按鈕，鎖定“停止游戲”按鈕。系統(tǒng)自動統(tǒng)計接 住的各種水果的個數(shù)，再根據(jù)各種水果的單個分值，計算所接到的各種水果的總分值。統(tǒng)計 “接水果”游戲成績的方法是游戲成績=蘋果分值IOX接到蘋果數(shù)量+檸檬分值20X接 到檸檬數(shù)量+葡萄分值30X接到葡萄數(shù)量。釋放游戲?qū)ο蟆ｊP(guān)閉采樣時鐘，傳送實際數(shù)據(jù) 總量和緩沖區(qū)指針，關(guān)閉數(shù)據(jù)采集裝置；將采集的數(shù)據(jù)寫入病人數(shù)據(jù)文件，將文件保存在硬 盤上，關(guān)閉文件。釋放緩沖區(qū)，實際采樣數(shù)據(jù)個數(shù)變量清零，關(guān)閉采集裝置，記錄游戲開始時 間點變量清零。接水果錄入成績模塊程序流程圖如圖8所示。接水果游戲也具有下肢平衡康復(fù)訓(xùn)練和雙下肢平均用力和靜態(tài)姿勢圖測試結(jié)果 查看功能，測試查看模塊程序流程圖如圖9所示。上述功能訓(xùn)練和測試查看中所涉及的各項參數(shù)由計算機自動按照所設(shè)定的測試 時間開設(shè)緩沖區(qū)，每隔一定時間刷新一次，緩沖空間最大可以存放一定采集時間的數(shù)據(jù)，當訓(xùn)練停止時，數(shù)據(jù)以文件格式自動保存在硬盤上，以便其他模塊計算和調(diào)用，再利用預(yù)先放 置在程序中的公式，由計算機后臺運行得出各種靜態(tài)姿勢圖參數(shù)。程序中的公式均通過動 態(tài)鏈接庫編程實現(xiàn)，便于今后升級和內(nèi)容擴充。
權(quán)利要求
1.一種背部支撐減重趣味訓(xùn)練方法，通過一套背部支撐減重靜態(tài)平衡評定訓(xùn)練系統(tǒng) 進行，該系統(tǒng)包括訓(xùn)練床、控制箱、主控計算機、患者用顯示裝置和主顯示屏；訓(xùn)練床包括床 座、床架和床板，床架安裝在床座上并與床座可轉(zhuǎn)動相連，在床架的前端連接有左、右腳踏 板組件，在左右腳踏板組件上分別設(shè)有左右足底壓力傳感裝置，在床架與床座之間設(shè)有床 板角度調(diào)節(jié)機構(gòu)；控制箱內(nèi)設(shè)有傳感裝置接口電路和電機驅(qū)動模塊；傳感裝置接口電路與 左右足底壓力傳感裝置電信號相連，電機驅(qū)動模塊與床板角度調(diào)節(jié)機構(gòu)中的直線步進電機 電信號相連；其特征在于，所述的主控計算機內(nèi)設(shè)有數(shù)據(jù)采集模塊、運動控制模塊、功能訓(xùn)練模塊和 測試查看模塊；數(shù)據(jù)采集模塊與控制箱內(nèi)的傳感裝置接口電路電信號相連，通過左右足底 壓力傳感裝置實時采集下肢用力數(shù)據(jù)；運動控制模塊與控制箱內(nèi)的電機驅(qū)動模塊電信號相 連，用于驅(qū)動床板角度調(diào)節(jié)機構(gòu)中的直線步進電機以實現(xiàn)床板的角度調(diào)節(jié)；功能訓(xùn)練模塊 包含散步游戲軟件和接水果游戲軟件；測試查看模塊專供醫(yī)生查看和分析在游戲過程中左 右腳對左右腳踏板的壓力平均值和各項靜態(tài)姿勢圖參數(shù)；所述的背部支撐減重趣味訓(xùn)練方法包括以下步驟a、讓患者傾斜躺在訓(xùn)練床上，并讓其左右腳分別踩在左右腳踏板上，使左右腳踏板處 于同一水平面上；b、根據(jù)患者的實際情況確定所需的減重重量，并通過調(diào)節(jié)訓(xùn)練床的傾斜角度以實現(xiàn)該減重重量；C、讓計算機進入功能訓(xùn)練模塊的散步游戲軟件，并設(shè)定游戲難度、訓(xùn)練方式和游戲時 間，讓患者根據(jù)患者用顯示裝置上顯示的人體重心的位置，實時調(diào)節(jié)雙下肢的用力，盡量使 人體重心在變化著的道路中間移動，虛擬真實環(huán)境中的散步進行趣味游戲訓(xùn)練；d、讓計算機進入功能訓(xùn)練模塊的接水果游戲軟件，并設(shè)定游戲難度和游戲時間，讓患 者根據(jù)患者用顯示裝置上顯示的人體重心即接水果筐的位置，實時調(diào)節(jié)雙下肢用力中心的 位置和移動方向，努力使水果落在水果筐內(nèi)，進行趣味游戲訓(xùn)練。
2.如權(quán)利要求1所述的背部支撐減重趣味訓(xùn)練方法，其特征在于所述的散步游戲的 游戲難度包括難、中和易三種，其難易程度由畫面道路的彎曲程度決定，難、中和易三種難 易程度分別對應(yīng)于大彎、中彎和小彎；訓(xùn)練方式包括左側(cè)訓(xùn)練、右側(cè)訓(xùn)練和正常訓(xùn)練，左側(cè) 訓(xùn)練將道路設(shè)定在畫面的左側(cè)，右側(cè)訓(xùn)練將道路設(shè)定在畫面的右側(cè)，正常訓(xùn)練將道路設(shè)定 在畫面的中間。
3.如權(quán)利要求1所述的背部支撐減重趣味訓(xùn)練方法，其特征在于所述的接水果游戲 的游戲難度包括低級、中級和高級，其難易程度由水果的生成速度和下落速度決定，生成速 度和下落速度分別包括高速、中速和低速。
4.如權(quán)利要求1或3所述的背部支撐減重趣味訓(xùn)練方法，其特征在于所述的接水果 游戲中的水果包括蘋果、檸檬和葡萄三種水果，三種水果的下落速度分別設(shè)有三種不同的 高速、中速和低速，共構(gòu)成九種不同的下落速度。
5.如權(quán)利要求1所述的背部支撐減重趣味訓(xùn)練方法，其特征在于所述的散步游戲軟 件和接水果游戲軟件分別設(shè)有背景音樂和伴音效果。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種背部支撐減重趣味訓(xùn)練方法，該方法通過背部支撐減重靜態(tài)平衡評定訓(xùn)練系統(tǒng)進行。該系統(tǒng)硬件包括訓(xùn)練床、控制箱、主控計算機、患者用顯示裝置和主顯示屏；訓(xùn)練床的傾斜角度可以調(diào)節(jié)，訓(xùn)練床的一端設(shè)有左右腳踏板組件，左右腳踏板組件上分別設(shè)有足底壓力傳感裝置。該方法通過雙腳用力控制代替常規(guī)游戲手動控制裝置，進行下肢平衡康復(fù)訓(xùn)練，目的是將趣味游戲應(yīng)用于下肢平衡康復(fù)訓(xùn)練領(lǐng)域。本發(fā)明的軟件系統(tǒng)設(shè)有散步游戲軟件和接水果游戲軟件?；颊呖稍谌我鉁p重程度下，主動控制人體的重心位置和方向，利用視覺、聽覺反饋系統(tǒng)做游戲，提高康復(fù)訓(xùn)練的興趣和積極性，有利于加快患者的康復(fù)。
文檔編號A63F13/00GK102039049SQ20091019735
公開日2011年5月4日 申請日期2009年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月19日
發(fā)明者吳毅, 張峰, 李放, 胡永善, 賈杰 申請人:復(fù)旦大學(xué)附屬華山醫(yī)院