CN101954169B

CN101954169B - 一种肌力训练与测评装置及其方法

Info

Publication number: CN101954169B
Application number: CN 200910304327
Authority: CN
Inventors: 樊金成; 徐林森; 胡永善; 孙健; 张志华; 缪琴; 时张杰; 吴毅; 申林; 唐东青
Original assignee: CHANGZHOU MACHINERY ELECTRONIC ENGINEERING INSTITUTE; CHANGZHOU QIANJING REHABILITATION EQUIPMENT Co Ltd
Current assignee: CHANGZHOU QIANJING REHABILITATION CO., LTD.; Institute of Advanced Manufacturing Technology
Priority date: 2009-07-14
Filing date: 2009-07-14
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2029-07-14
Also published as: CN101954169A

Abstract

本发明涉及一种肌力训练与测评装置及其方法，具有底座，所述底座上设有可上下调节的升降支撑杆，升降支撑杆上端转动连接支架，支架上转动连接动力输出组件，所述动力输出组件的转动轴线与支架的转动轴线垂直，动力输出组件的输出轴后端设有传感器，前端固定连接传动杆，动力输出组件上还可调设有限制传动杆转动角度的限位块；通过对电机的控制来实现等长、等张、等速、被动等不同模式的训练；并可进行训练效果测试，通过力矩传感器、角度传感器分别采集被测人员的关节力、关节运动速度等信号，通过下位机的A/D转换模块转换后传递到上位机，经过计算、分析后实时显示，通过表格、图形等方法科学地显示康复医疗的效果，操作灵活方便，安全可靠。

Description

一种肌力训练与测评装置及其方法

技术领域

本发明涉及康复设备领域，特别涉及一种肌力训练与测评装置及其方法。

背景技术

肌肉功能检查和评价是康复医学中最基本，最重要的内容之一。对肌肉功能的检查有助于了解患者肌肉和神经的损害程度，训练前后的定期检查可以作为评定康复治疗效果的指标。

在临床中，当患者肌力在34级时，应进行抗阻运动，使肌肉在运动中承受较大的阻力以增加肌纤维募集率，从而促进肌力较快地增长。在骨科创伤与疾病中，如无严重神经损害，肌力多在3级以上，因此，阻抗训练应用十分广泛。

根据肌肉收缩方式的不同，可以把康复医学中应用的阻抗训练分为以下几种：

1、等张训练，又称动力性训练，即利用肌肉等张收缩进行的阻抗训练。所谓等张收缩是指收缩时，肌肉张力大于阻力，肌肉可自由缩短引起响应的关节运动，因此又称为动力性收缩。等张训练的典型的方法是直接或通过滑轮举起重物的训练，如举哑铃、沙袋、或拉力器训练。其特点是所用器械产生的运动负荷不变。肌肉产生的最大力矩不同，所能克服的负荷也不同，为了完成全幅度的运动，负荷不能太大，加上运动加速与减速时受惯性的影响，阻力矩不能经常与肌肉的最大力矩相称，使运动中一大部分时间阻力矩低于肌肉最大力矩，影响锻炼的效果。用等张训练增进肌力的关键在于用较大阻力以求重复较少次数的运动就能引起肌肉疲劳，即大负荷少重复的原则。

2、等长训练，即利用肌肉等长收缩进行的肌力训练，由于不引起明显的关节运动，因此，又称为静力训练。所谓等长收缩是指在肌肉收缩的张力与阻力相称时，肌肉没有明显的缩短或延长，同时不产生明显的关节运动，因此等长收缩又称为静力收缩。等长训练操作简便，可在肢体被固定、关节活动度明显受限制或存在关节损伤包括软骨软化症或关节炎等情况下进行，以及时预防肌肉萎缩或促进肌力恢复，在骨科康复中应用广泛。其缺点是被认为主要增强静态肌力。而且有显著的角度特异性，即只对增强训练角度附近约20度范围内的肌力有效。

3、等速训练，即利用肌肉的等速收缩进行的阻抗训练。所谓等速运动，是指在运动中，运动速度恒定而阻力可变，运动中的速度预先在等速仪器上设定，一旦设定速度，不管受试者用多大的力量，肢体运动的速度都不会超过预先设定的速度，受试者的主观用力只能使肌肉张力提升，力矩输出增加，而不能产生加速度的一种运动。等速运动时，肌纤维长度可缩短或拉长，引起明显的关节运动，是一种动力性收缩。类似于肌肉等张收缩。但运动中，等速仪器提供的是一种顺应性阻力，阻力大小髓肌肉收缩张力的大小而变化，类似肌肉等长收缩。因此，等速肌肉收缩兼有等张收缩和等长收缩的某些特点或优点，是一种特殊的肌肉收缩形式。

另外，当患者肌力不足以进行阻抗训练时，需要医护人员或者康复设备对患者施力，进行被动训练。

目前，国内对患者上、下肢肌力的等速、等长及被动训练大部分由医护人员借助简单的设备如哑铃、沙袋等简单的康复器材完成，而且对训练的结果没有一个科学的数据进行比较和诊断。而进行等速测试或训练，需要有专门的等速仪器。在国内，肌力康复技术的研究刚刚起步，到目前为止还没有进行康复仪器的开发和研制。所有使用的设备全部依靠进口，因此，所进行研究都围绕着昂贵的进口设备进行，需要花费大量的资金，这极大的限制了我国在这一领域的发展。由于设备昂贵，在康复和临床医学工作中肌力康复的研究也很少，从而反过来又限制了肌力康复设备的发展。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够实时测量和显示等速、等长、等张肌力的方法，并能够进行等速、等长、等张等多种阻抗训练和被动训练的肌力训练与测评装置及其方法。

实现本发明目的的技术方案是：一种肌力训练与测评装置，具有底座，所述底座上设有可上下调节的升降支撑杆，升降支撑杆上端转动连接支架，支架上转动连接动力输出组件，所述动力输出组件的转动轴线与支架的转动轴线垂直，动力输出组件的输出轴后端设有传感器，前端固定连接传动杆，动力输出组件上还可调设有限制传动杆转动角度的限位块。

上述一种肌力训练与测评装置的动力输出组件具有壳体、端盖以及设置在壳体内的驱动电机。

上述一种肌力训练与测评装置的设置在动力输出组件输出轴后端的传感器为检测输出轴转动角度的角度传感器和检测输出轴扭矩的力传感器。

上述一种肌力训练与测评装置的支架为“U”形支架，其底部与升降支撑杆连接，上部设置在动力输出组件的壳体两侧，与动力输出组件转动连接，动力输出组件的转动角度通过紧固件固定。

上述一种肌力训练与测评装置的装置还具有上位机系统和下位机系统，上位机系统包括用于接收、处理、显示、存储所采集到的数据的主机、显示器和软件处理模块，下位机系统包括PLC、电机控制模块、信息采集模块、A/D转换模块，主要作用是控制电机提供阻力的方式、采集被测者的肌力信号、转换成数字信号后传递给上位机。

一种肌力训练与测评方法，利用上述肌力训练与测评装置提供各种阻抗训练的阻力和被动训练的驱动力，通过对电机的控制来实现等长、等张、等速、被动等不同模式的训练；并可进行训练效果测试，通过力矩传感器、角度传感器分别采集被测人员的关节力、关节运动速度等信号，通过下位机的A/D转换模块转换后传递到上位机，经过计算、分析后实时显示，通过表格、图形等方法科学地显示康复医疗的效果。

与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：(1)本发明可根据被训练对象先通过上位机界面选择测试和训练的模式，通过调整动力输出组件的高度、转角，使其基本与被测者运动关节相匹配；再通过测试被测者最大运动角度，用机械块进行运动范围的限位，操作灵活方便，安全可靠；(2)本发明方法可以实时、高精度地显示被测者关节的肌力，充分显示康复训练的效果，所测数据可以作为医生针对病情进行进一步诊断的依据；(3)本发明可以对膝、肩、肘、腕、踝、髋等关节进行外展/内收测评，测评模式有等速、等长、等张测试和被动训练。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中

图1为本发明的结构示意图；

图2为动力输出组件内部结构图；

图3为本发明的控制系统结构框图。

具体实施方式

(实施例1)

见图1至图4，本发明具有底座1，底座1上设有可上下调节的升降支撑杆2，升降支撑杆2上端转动连接支架3，支架3上转动连接动力输出组件4，动力输出组件4具有壳体41、端盖42以及设置在壳体41内的驱动电机43；支架3为“U”形支架，其底部与升降支撑杆2连接，上部设置在动力输出组件4的壳体41两侧，与动力输出组件4转动连接，动力输出组件4的转动角度通过紧固件31固定；动力输出组件4的转动轴线a与支架3的转动轴线b垂直，动力输出组件4的输出轴后端设有传感器，传感器为检测输出轴转动角度的角度传感器和检测输出轴扭矩的力传感器；动力输出组件4的输出轴前端固定连接传动杆5，动力输出组件4上还可调设有限制传动杆5转动角度的限位块6。装置还具有上位机系统和下位机系统，上位机系统包括用于接收、处理、显示、存储所采集到的数据的主机、显示器和软件处理模块，下位机系统包括PLC、电机控制模块、信息采集模块、A/D转换模块，主要作用是控制电机提供阻力的方式、采集被测者的肌力信号、转换成数字信号后传递给上位机。

种肌力训练与测评方法是利用上述肌力训练与测评装置提供各种阻抗训练的阻力和被动训练的驱动力，通过对电机的控制来实现等长、等张、等速、被动等不同模式的训练；并可进行训练效果测试，通过力矩传感器、角度传感器分别采集被测人员的关节力、关节运动速度等信号，通过下位机的A/D转换模块转换后传递到上位机，经过计算、分析后实时显示，通过表格、图形等方法科学地显示康复医疗的效果。

在训练的过程中，先通过上位机界面选择测试和训练的模式，通过升降支撑杆2调整动力输出组件4的高度、转角，使其基本与被测者运动关节相匹配；再通过支架3将传动杆5调整到其轴线与被测者运动关节轴线共线的位置；接着测试被测者最大运动角度，用限位块6进行运动范围的限位，驱动电机43通过传动杆5输出相对于被测者运动方向的阻力，来实现等长、等张、等速、被动等不同模式的训练，被测者的关节力由力传感器测得，经过A/D转换后由下位机系统传递给上位机系统，最终实时显示在显示器上，关节转动的角速度由编码器采集后，经由驱动器、下位机传递给上位机，实时显示在显示器上。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举，而这些属于本发明的精神所引出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims

1.一种肌力训练与测评装置，具有底座(1)；其特征在于：所述底座(1)上设有可上下调节的升降支撑杆(2)，升降支撑杆(2)上端转动连接支架(3)，支架(3)上转动连接动力输出组件(4)，所述动力输出组件(4)的转动轴线(a)与支架(3)的转动轴线(b)垂直，动力输出组件(4)的输出轴后端设有传感器，前端固定连接传动杆(5)，动力输出组件(4)上还可调设有限制传动杆(5)转动角度的限位块(6)；所述装置还具有上位机系统和下位机系统，上位机系统包括用于接收、处理、显示、存储所采集到的数据的主机、显示器和软件处理模块，下位机系统包括PLC、电机控制模块、信息采集模块、A/D转换模块，主要作用是控制电机提供阻力的方式、采集被测者的肌力信号、转换成数字信号后传递给上位机系统。

2.根据权利要求1所述的一种肌力训练与测评装置，其特征在于：所述动力输出组件(4)具有壳体(41)、端盖(42)以及设置在壳体(41)内的驱动电机(43)。

3.根据权利要求2所述的一种肌力训练与测评装置，其特征在于：所述设置在动力输出组件(4)输出轴后端的传感器为检测输出轴转动角度的角度传感器和检测输出轴扭矩的力传感器。

4.根据权利要求1所述的一种肌力训练与测评装置，其特征在于：所述支架(3)为“U”形支架，其底部与升降支撑杆(2)连接，上部设置在动力输出组件(4)的壳体(41)两侧，与动力输出组件(4)转动连接，动力输出组件(4)的转动角度通过紧固件(31)固定。

5.一种如权利要求1所述的肌力训练与测评装置的肌力训练与测评方法，其特征在于：利用上述肌力训练与测评装置提供各种阻抗训练的阻力和被动训练的驱动力，通过对电机的控制来实现等长、等张、等速、被动四种不同模式的训练；并进行训练效果测试，通过力传感器、角度传感器分别采集被测人员的关节力、关节运动速度信号，通过下位机系统的A/D转换模块转换后传递到上位机系统，经过计算、分析后实时显示，通过表格、图形方法科学地显示康复医疗的效果。