CN102028599A - 数字化多态平衡训练装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种数字化多态平衡训练装置，它包括床座、床架和床板，床板分为背部滑动板和下肢固定板，背部滑动板与床架滑动相连可沿床架前后移动，在背部滑动板下方装有位移传感装置，在床架的前端连接有左下肢支架和右下肢支架，在左下肢支架和右下肢支架与床架之间分别连接有左下肢支架移动机构和右下肢支架移动机构，在床架与床座之间设有床板角度调节机构。本发明是一种集成了对患者进行静态平衡、下蹲站起主动、他动态平衡功能进行康复评定和训练的装置，能在任意倾斜角度背部支撑减重状态下进行，能通过患者用显示装置和计算机实现视觉反馈进行训练及评估。

Description

数字化多态平衡训练装置

技术领域

本发明涉及一种康复医疗器械，尤其涉及一种数字化多态平衡训练装置。

背景技术

据统计，我国脑血管病、帕金森病、颅脑外伤、脊髓损伤年发病率各为219/10万、100/10万、55.4/10万和6/10万。而且由于老龄化、自然灾害频发和意外事故增加的缘故，发病率还在逐年增加。这些疾病和损伤会造成患者的平衡功能、蹲下站起功能障碍，乃至残疾。以目前存活的320～400万脑血管病重残患者为例，平衡功能、蹲下站起功能障碍是主要致残因素。多个循证医学证据表明，包括站立平衡功能、蹲下站起以及被动训练功能在内的练习是改善功能的重要方式，而进行相应的功能评定则是训练的前提和总结疗效的必要措施。

静态平衡是基本平衡方式，即人体在静止的支撑面上维持姿势稳定的能力。动态平衡是较高级的平衡方式，即人体在活动的支撑面上或移动中维持姿势稳定的能力。国内平衡评定和训练的数字化设备发展相对滞后，专利多局限为基础评定/训练设备。发展集成化、数字化多态平衡训练装置是康复工程的趋势。

坐下和站起是为保持功能独立性而每日多次进行的功能性活动，在评价残疾的各种ADL量表(如Barthel量表)中，转移、如厕均与此直接有关，而且通常占评分较大比例。有资料表明，卒中患者的跌倒较多发生在蹲下站起过程中。因此，有效地改善蹲下站起功能是康复的重要举措。临床上一般通过肉眼观察或使用简单的计时工具观察患者的蹲下站起功能，更复杂的运动学和动力学评定需通过高速摄像机及动作分析系统进行。蹲下站起功能训练上，一般为治疗师针对造成蹲下站起功能障碍的具体问题，如肌力、平衡、痉挛等，进行对应的具体练习及整合练习。目前尚缺乏针对蹲下站起功能进行整体化训练的数字化设备。

双腿同步屈伸与交替屈伸是人体下肢运动重要方式之一，被动的同步屈伸类似被动的下蹲站起，被动的交替屈伸类似被动的踏步动作。可进行他动态下肢平衡功能测试训练的疾病和损伤有卒中、脑外伤、帕金森病、脊髓损伤等；用于有昏迷、植物状态和微弱意识状态的意识障碍的患者等。目前被动的双腿屈伸与交替屈伸多由训练师进行手动操作，不但费时，费力，治疗成本高，而在减重功能方面，大多数采用悬吊设备进行减重训练，悬吊设备使用悬吊带向上牵引患者体重，需束缚患者躯干部，易带来患者不适，操作较繁琐。

目前的被动训练的产品还存在缺乏个性化训练的特点，对于有身材高矮的患者采用统一下肢训练产品，造成部分患者训练过程达不到效果，或训练强度过大，对患者造成了一定的损伤。

此外，以往的功能训练产品往往缺乏游戏化训练和视觉反馈，这样患者和仪器就不能进行互动，使训练激发不起病人的兴趣，病人对训练缺乏信心。这种长期而乏味的训练，会影响患者的康复进程，导致康复效果不理想。

因此，开发一套集成站立平衡功能，蹲下站起平衡功能，以及被动训练平衡功能装置对平衡功能障碍患者意义重大。

发明内容

本发明的目的，就是为了解决上述问题，提供一种数字化多态平衡训练装置。

为了达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种数字化多态平衡训练装置，包括床座、床架和床板，床架安装在床座上并与床座可转动相连，床板分为背部滑动板和下肢固定板，下肢固定板固定在床架上作为支撑下肢用，背部滑动板作为背部支撑减重用，背部滑动板与床架间装有滑动装置，背部滑动板可沿床架前后移动，在背部滑动板下方装有位移传感装置，在床架的前端连接有左下肢支架和右下肢支架，在左下肢支架和右下肢支架与床架之间分别连接有左下肢支架移动机构和右下肢支架移动机构，在床架与床座之间设有床板角度调节机构，上述各机构都包含一台直线步进电机；在床座上安装有控制箱，控制箱内设有传感器接口电路、电机驱动模块和电源模块，电源模块分别为传感器接口电路和电机驱动模块提供电源；电机驱动模块分别与床板角度调节机构、左下肢支架移动机构和右下肢支架移动机构中的直线步进电机电信号相连。

所述的左下肢支架和右下肢支架结构对称相同，各包括脚踏板支架、下肢伸缩机构、脚前端缓冲器、脚后跟导向轴和脚踏板；脚踏板支架与相应的下肢支架移动机构传动相连；脚前端缓冲器和脚后跟导向轴分别连接在脚踏板与脚踏板支架之间；组成下肢支架的下肢伸缩机构的一端与脚踏板支架可转动相连，另一端与床架可转动相连；床架的前端连接的左、右脚踏板组件上分别设有足底压力传感器，传感器与控制箱内的传感器接口电路电信号相连；所述的左下肢支架移动机构和右下肢支架移动机构分别与相应的脚踏板支架传动相连。

所述的下肢伸缩机构包括大腿伸缩杆、小腿伸缩杆、大腿支架和小腿支架，大腿伸缩杆的一端与床架可转动相连，另一端与小腿伸缩杆可转动相连，小腿伸缩杆的另一端与脚踏板支架可转动相连，大腿支架安装在大腿伸缩杆上，小腿支架安装在小腿伸缩杆上，在大腿伸缩杆、小腿伸缩杆、大腿支架和小腿支架上分别设有调节锁紧手柄。

所述的足底压力传感器由贴有四根应变片的悬臂梁组成，贴有四根应变片的悬臂梁插装在由脚踏板、脚踏板支架、脚前端缓冲器和脚后跟导向轴组成的脚底受力部件内。

所述的训练床的床座上安装有多个万向调节脚轮，并相应设有多个用于调节脚轮上下伸缩的调节机构。

还包括床板角度显示器，该床板角度显示器安装在床架上随床架一起移动。

本发明的数字化多态平衡训练装置由于采用了以上技术方案，配合计算机程序和显示装置使用，使其与现有技术相比，具有以下的优点和特点：

一、可完成背部支撑减重形式下(或不减重)的静态平衡和静态姿势图；

二、可完成背部支撑减重形式下(或不减重)的他动态(髋膝被动同步/交替屈伸)平衡及他动态姿势图；

三、可完成背部支撑减重形式下(或不减重)的模拟蹲下站起活动的动力学分析；

四、可进行有视觉反馈的静态平衡、下蹲站起、他动态平衡测试和平衡训练。训练方式个体化、数字化、趣味化。

五、多态平衡评估参数包括：额状面摆动频率；平均重心；额状面最大摆幅；额状面平均摆幅；重心移动轨迹总长度；重心移动轨迹总面积；额状面侧方摆速、左右下肢每次做功量和左右下肢每次做功功率等。下肢被动屈伸任意设置周期/时间。蹲下站起任意设置时间。

附图说明

图1是数字化多态平衡训练床的正视结构示意图；

图2是数字化多态平衡训练床的俯视结构示意图；

图3是足底压力传感器放置位置示意图。

具体实施方式

参见图1、图2，本发数字化多态平衡训练装置1，包括床座11、床架12和床板13，床板13分为背部滑动板131和下肢固定板132，床架12安装在床座11上并与床座11通过转轴6可转动相连，背部滑动板131与床架12通过连接滑块7滑动相连可沿床架前后移动，下肢固定板132与床架12固定相连。背部滑动板13与床架12之间还装有滑动锁定手柄9，当滑动锁定手柄9锁定时，背部滑动板13固定不动，当滑动锁定手柄9松开时，背部滑动板131才能沿床架前后移动。在床架12的前端连接有左下肢支架和右下肢支架14，在左下肢支架和右下肢支架14与床架12之间分别连接有左下肢支架移动机构和右下肢支架移动机构15，在床架12与床座11之间设有床板角度调节机构16，上述各机构都包含一台直线步进电机。在训练床的床座11上安装有多个万向调节脚轮111，并相应设有多个用于调节脚轮上下伸缩的调节机构112。在床架12上还安装有床板角度显示器8，床板角度显示器8随床架12一起移动用于显示床架12及床板13倾斜的角度。

配合参见图2，本发明中的左下肢支架和右下肢支架结构14对称相同，各包括脚踏板支架141、下肢伸缩机构142、脚前端缓冲器143、脚后跟导向轴144和脚踏板145。脚踏板支架141与相应的下肢支架移动机构15传动相连；脚前端缓冲器143和脚后跟导向轴144分别连接在脚踏板145与脚踏板支架141之间。下肢伸缩机构142的一端与脚踏板支架141可转动相连，另一端与床架12可转动相连。在脚踏板145周围设有足底压力传感器，其安装位置如图3所示，该足底压力传感器由贴有四根应变片的悬臂梁组成，贴有四根应变片的悬臂梁插装在由脚踏板、脚踏板支架、脚前端缓冲器和脚后跟导向轴组成的脚底受力部件内，并分别与控制箱2内的传感器接口电路电信号相连。在下肢伸缩机构143上设有角度传感器(未图示出来)，角度传感器与控制箱内的传感器接口电路电信号相连。左下肢支架移动机构和右下肢支架移动机构15分别与相应的脚踏板支架141传动相连。

配合参见图2，本发明中的下肢伸缩机构142包括大腿伸缩杆1421、小腿伸缩杆1422、大腿支架1423和小腿支架1424，大腿伸缩杆1421的一端与床架12可转动相连，另一端与小腿伸缩杆1422可转动相连，小腿伸缩杆1422的另一端与脚踏板支架141可转动相连，大腿支架1423安装在大腿伸缩杆1421上，小腿支架1424安装在小腿伸缩杆1422上，在大腿伸缩杆、小腿伸缩杆、大腿支架和小腿支架上分别设有调节锁紧手柄1425。

在床座11上安装有控制箱2，控制箱内设有传感器接口电路、电机驱动模块和电源模块(未图示出来)，电源模块分别为传感器接口电路和电机驱动模块提供电源；电机驱动模块分别与床板角度调节机构、左下肢支架移动机构和右下肢支架移动机构中的直线步进电机电信号相连。

本发明配合主控计算机和两个显示屏(主显示屏和患者用显示屏)使用，通过主控计算机实现中心控制，由两个显示屏进行显示。其中主显示屏放置在操作台上，供医护人员使用。主显示屏能显示包含病人信息、测试报告、功能训练、游戏训练、生成报告、系统设置等所有内容，同时能控制患者用显示屏的内容。患者用显示屏位于患者训练时的前方，便于患者观察训练过程中力量大小的变化，实时主动调节平衡，患者用显示屏能显示训练过程、游戏的参与过程以及训练的结果等内容，供患者掌握。

本发明中数据的采集和处理，由压力传感器组采集足底压力数据、由位移传感器组采集蹲下站起过程位移数据，传输到控制箱内的传感器接口电路，由多路传感变送集成卡(经过信号放大、滤波、采样保持)、进入数据采集卡，然后输出到主控计算机对信号进行处理，使左右足部用力大小以直观的柱状图，数字大小的形式显示出来，从而使病人可以直观的了解到通过一段时间的训练，自己取得了多大的进步，有利于帮助病人建立康复的信心，激发他们的训练欲望。同时能通过采集的各种信号，进行额状面摆动频率、平均重心、额状面最大摆幅、额状面平均摆幅、重心移动轨迹总长度、重心移动轨迹总面积、额状面侧方摆速、左右下肢每次做功量和左右下肢每次做功功率等参数的计算及显示。

在主控计算机内设有运动控制模块，主控计算机通过运动控制模块驱动各运动机构，即床板角度调节机构、左下肢支架移动机构和右下肢支架移动机构中的直线步进电机。通过同步控制步进电机使其正、反转来实现床板的转动，以此来达到床板0～90度任意倾斜的效果。这样患者就可以实现平躺、斜躺甚至站立进行训练，实现了各种角度减重状态下的评估与训练。左下肢支架移动机构和右下肢支架移动机构中的直线步进电机分别推动左右脚踏板支架的运动，实现下肢被动双侧同步屈伸或被动双侧交替屈伸或左右单腿屈伸，电机的运行速度控制运动的快慢，实现各种状态他动态的训练与评估。

本发明数字化多态平衡训练装置的使用方法如下：

1、根据患者的实际情况自动调节床的倾斜角度，来实现不同程度的减重，安装在床架上的床板角度显示器显示床的旋转角度，角度越小，减重程度越大。

2、当手柄锁定时，背部滑动板固定不动，实现静态平衡和被动下肢康复测试和训练：患者倾斜躺在床上紧靠床板，并让其左右脚分别踩在左右脚踏板上，使左右脚踏板处于同一水平面上。

3、进行静态平衡和被动下肢康复功能测试，以得到各项静态姿势图、动态姿势图的测试评估参数，所述参数包括额状面摆动频率、平均重心、额状面最大摆幅、额状面平均摆幅、重心移动轨迹总长度、重心移动轨迹总面积、额状面侧方摆速。

4、当手柄松开时，背部滑动板跟随患者做下蹲站起动作，同时背部滑动板跟随患者上下滑动，实现主动下蹲站起测试和训练：患者倾斜躺在床上紧靠背部滑动板，并让其左右脚分别踩在左右脚踏板上，使左右脚踏板处于同一水平面上。

5、进行蹲下站起功能测试，以得到各项动力学参数的测试评估结果，所述动力学参数包括额状面摆动频率、平均重心、额状面最大摆幅、额状面平均摆幅、重心移动轨迹总长度、重心移动轨迹总面积、额状面侧方摆速、左右下肢每次做功量和左右下肢每次做功功率。

Claims (6)

1.一种数字化多态平衡训练装置，其特征在于：包括床座、床架和床板，床架安装在床座上并与床座可转动相连，床板分为背部滑动板和下肢固定板，下肢固定板固定在床架上，背部滑动板与床架滑动相连可沿床架前后移动，在背部滑动板下方装有位移传感装置，在床架的前端连接有左下肢支架和右下肢支架，在左下肢支架和右下肢支架与床架之间分别连接有左下肢支架移动机构和右下肢支架移动机构，在床架与床座之间设有床板角度调节机构，上述各机构都由一台直线步进电机驱动；在床座上安装有控制箱，控制箱内设有传感器接口电路、电机驱动模块和电源模块，电源模块分别为传感器接口电路和电机驱动模块提供电源；电机驱动模块分别与床板角度调节机构、左下肢支架移动机构和右下肢支架移动机构中的直线步进电机电信号相连。

2.如权利要求1所述的数字化多态平衡训练装置，其特征在于：所述的左下肢支架和右下肢支架结构对称相同，各包括脚踏板支架、下肢伸缩机构、脚前端缓冲器、脚后跟导向轴和脚踏板；脚踏板支架与相应的下肢支架移动机构传动相连；脚前端缓冲器和脚后跟导向轴分别连接在脚踏板与脚踏板支架之间；下肢伸缩机构的一端与脚踏板支架可转动相连，另一端与床架可转动相连；在脚踏板周围设有足底压力传感器，足底压力传感器与控制箱内的传感器接口电路电信号相连；在下肢伸缩机构上设有角度传感器，角度传感器与控制箱内的传感器接口电路电信号相连；所述的左下肢支架移动机构和右下肢支架移动机构分别与相应的脚踏板支架传动相连。

3.如权利要求1所述的数字化多态平衡训练装置，其特征在于：所述的下肢伸缩机构包括大腿伸缩杆、小腿伸缩杆、大腿支架和小腿支架，大腿伸缩杆的一端与床架可转动相连，另一端与小腿伸缩杆可转动相连，小腿伸缩杆的另一端与脚踏板支架可转动相连，大腿支架安装在大腿伸缩杆上，小腿支架安装在小腿伸缩杆上，在大腿伸缩杆、小腿伸缩杆、大腿支架和小腿支架上分别设有调节锁紧手柄。

4.如权利要求1所述的数字化多态平衡训练装置，其特征在于：所述的足底压力传感器由贴有四根应变片的悬臂梁组成，贴有四根应变片的悬臂梁插装在由脚踏板、脚踏板支架、脚前端缓冲器和脚后跟导向轴组成的脚底受力部件内。

5.如权利要求1所述的数字化多态平衡训练装置，其特征在于：所述的训练床的床座上安装有多个万向调节脚轮，并相应设有多个用于调节脚轮上下伸缩的调节机构。

6.如权利要求1所述的数字化多态平衡训练装置，其特征在于：还包括床板角度显示器，该床板角度显示器安装在床架上随床架一起移动。

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