CN102038504B - 背部支撑减重波浪方式平衡评定训练方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种背部支撑减重状态下，患者主动移动身体重心，使双下肢用力中心沿波浪轨迹运动时维持站立平衡能力的评估及训练方法。该方法通过一套背部支撑减重波浪方式平衡评定训练系统实现，系统硬件包括训练床、控制箱、主控计算机、患者用显示装置和主显示屏；训练床的倾斜角度可以调节，训练床的一端设有左右脚踏板组件，左右脚踏板组件上分别设有足底压力传感装置。本发明的训练方法软件包括测试评估和功能训练两部分，通过患者双下肢用力，人体重心沿波浪轨迹运动，维持站立平衡的能力进行测试评估，获取数据，有针对性地对患者进行波浪方式的站立平衡训练，较普通站立平衡，增加了训练的趣味性，同时也提高了训练的难度。

Description

背部支撑减重波浪方式平衡评定训练方法

技术领域

本发明涉及一种左右平衡功能障碍患者的康复训练方法，尤其涉及一种背部支撑减重下使双下肢用力中心沿波浪轨迹运动的平衡评定和平衡训练方法。

背景技术

脑血管病、帕金森病、颅脑外伤、脊髓损伤年发病率高，而且由于老龄化、自然灾害频发和意外事故增加的缘故，发病率在逐年增加。这些疾病和损伤会造成平衡功能障碍，乃至残疾。据统计，目前存活的320～400万脑血管病重残患者为例，平衡功能障碍是主要致残因素之一。多个循证医学证据表明，平衡功能练习是改善功能的重要方式，尤其对左右用力不平衡的患者来说，双下肢用力平衡单项训练能改善患者双下肢的平衡状况，使其保持良好的肢体位置，加强患侧的神经刺激，有利于健侧肢体的活动；同时能进行双下肢关节的运动功能锻炼，防止肌肉废用性萎缩，而对其左右平衡功能进行功能评定则是训练的前提和总结疗效的必要措施。

目前的站立平衡训练及评估，大多采用患者静止不动，判断身体重心能否控制在一定范围内的测试训练方法，这种方法缺乏患者主动移动身体重心时的控制平衡能力测试和训练，长期单调的静止方式站立，无法激发患者训练的兴趣，容易造成懒惰，影响康复进程，导致康复效果不理想。

国外发展重心稳定平衡评定及训练系统多年，较先进的产品有ultracare和Biodex平衡测试训练系统等，国内平衡评定和训练的数字化设备发展则相对滞后，专利多局限为简单的训练设备，基础评定。据调查，针对缺乏独立站立平衡能力的患者，可调节减重程度的训练方式将能大大提高训练效果，但目前使用的减重训练方式主要是使用悬吊设备，需束缚患者躯干部，操作较繁琐，且易带来患者不适。因此，如何进行早期康复平衡训练是迫切需要解决的问题，

发明内容

本发明的目的，就是为了解决上述问题，提供一种背部支撑减重波浪方式平衡评定训练方法。

为了达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：通过一套背部支撑减重波浪方式平衡评定训练系统进行，该背部支撑减重波浪方式平衡评定训练系统硬件包括训练床、控制箱、主控计算机、患者用显示装置和主显示屏；训练床的倾斜角度可以自动调节，训练床的一端设有左右脚踏板组件，左右脚踏板组件上分别设有足底压力传感装置；主控计算机内设有波浪方式的平衡测试评估模块和功能训练模块软件。

所述的背部支撑减重波浪方式平衡评定训练方法包括以下步骤：

a、让患者倾斜躺在训练床上，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；

b、根据患者的实际情况确定所需的减重重量，并通过调节训练床的倾斜角度以实现该减重重量，角度越小，减重程度越大；

c、让计算机进入波浪方式平衡评定训练系统的测试评估模块，让患者进行10秒钟的波浪方式平衡初始测试，以适应这种测试方式；

d、对患者做波浪方式平衡测试，以得到各项静态姿势图参数的测试评估结果，所述静态姿势图参数包括额状面摆动频率、额状面最大摆幅、额状面平均摆幅、额状面侧方摆速、平均重心、重心移动轨迹总长度和重心移动轨迹总面积；

e、让计算机进入波浪方式平衡评定训练系统的功能训练模块，根据测试评估结果，选择合适的训练周期和减重角度，对患者做波浪方式平衡训练，训练成绩以双下肢用力中心落在离波浪中心线±5％、±5％～±10％、±10％～±20％、±20％～±30％或±30％～±50％区域内的时间比表示。

所述的波浪方式包括规则小波浪、规则中波浪、规则大波浪和不规则波浪，其中，规则波浪的路线为正弦波曲线，不规则波浪的路线为随机路线；规则小波浪的幅度值对应的双脚压力偏差为9千克，规则中波浪的幅度值对应的压力偏差为18千克，规则大波浪的幅度值对应的压力偏差为27千克。针对患者用显示装置上出现的波浪，患者通过调整双下肢用力，尽可能将双下肢用力中心控制在波浪区范围内，最好是控制在波浪中心线上，以达到平衡功能训练的目的。

患者在做波浪方式平衡运动过程中的双下肢用力中心即重心的变化是各项静态姿势图参数评估的基础，在下面所述的七个参数的计算中都要用到。一般人体重心(center of gratitude，COG)在第二骶骨前。双下肢用力中心指的是人体重心在两个脚踏板范围内的投影，又由于人体处于波浪方式站立平衡过程中侧向力很小，因此人体双下肢用力中心位置就可以表示为：

x＝(F_A+F_B-F_C-F_D)·L/G

y＝(F_B+F_D-F_A-F_C)·M/G

式中，L为四个足底压力传感装置的中心点在X轴上到传感装置的距离，M为四个足底压力传感装置的中心点在Y轴上到传感装置的距离，G为减重后的患者人体的重量，F_A、F_B、F_C、F_D分别为四个足底压力传感装置的读数；四个足底压力传感装置的中心点即为人体正常重心投影零位。

在背部支撑减重波浪方式平衡评定训练中，要评估额状面摆动频率变化，评估额状面摆动频率反映患者在波浪方式维持站立平衡过程中，在一定时间内，双下肢用力中心在额状面即水平方向左右变化的频率，在算法中仅表示双下肢用力中心沿X轴方向变化的快慢，该参数值越大，即变化的频率越高，反映患者抖动越严重，重心控制越不稳，如帕金森病患者。

额状面摆动频率的定义为患者双下肢用力中心从左侧区域移动到右侧区域以及从右侧区域移动到左侧区域的次数与时间之比，即：

$\mathrm{\η}=\frac{N}{T}$

式中，N为双下肢用力中心从左侧区域到右侧区域以及从右侧区域到左侧区域摆动的次数，T为选择的测试时间。

在背部支撑减重波浪方式平衡评定训练中，要评估平均重心。平均重心反映波浪方式维持站立平衡过程中，双下肢用力情况，绝对值越小，表示平衡程度越好，正值越大，表明右脚比左脚更有力，负值越大，则相反。临床资料表明，平均重心值越大，身体对称性越差，如卒中偏瘫者。其定义为患者双下肢用力中心偏移距离之和与采集次数之比，根据以下公式算出：

$\stackrel{\‾}{G}=\frac{\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\left|G_i\right|}{N}$

式中，Gi为每次采集的双下肢用力中心偏移的距离；i＝1、2、3、4……N(i、N为整数)，N为选择的测试时间内采集的点数。

在背部支撑减重波浪方式平衡评定训练中，要评估额状面最大摆幅，额状面最大摆幅反映患者双下肢在X轴方向上用力偏移程度的最大值。该值还与身体对称性有关，该差值越大表明对称性差，稳定性弱。相关疾病如截肢患者、偏瘫患者。

额状面最大摆幅的定义为患者双下肢用力中心偏移波浪中心点的最大距离，根据以下公式算出：

Smax＝Max|Si|

式中，Si为每次采集的双下肢用力中心偏移波浪中心点的长度，i＝1、2、3、4……N(i、N为整数)；

在背部支撑减重波浪方式平衡评定训练中，要评估额状面平均摆幅，额状面平均摆幅反映患者在减负状态下，波浪方式平衡动作过程中抖动的剧烈程度及快慢，值越大表明患者平衡能力越差。如锥体外系疾病患者，其算法为：

$\stackrel{\‾}{S}=\frac{\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\left|\mathrm{Si}\right|}{N}$

式中，Si为每次采集的双下肢用力中心偏移波浪中心点的长度，i＝1、2、3、4……N(i、N为整数)，N为选择的测试时间内采集的点数。

在背部支撑减重波浪方式平衡评定训练中，要评估重心移动轨迹总长度，重心移动轨迹总长度反映了患者在减重状态下，波浪方式平衡运动时双下肢用力中心移动轨迹总长度，其值越大表明双下肢用力中心偏移距离总和越长，患者平衡能力越差。重心轨迹分为中心型、前后型、左右型、多中心型和弥散型，正常为多中心型，利用重心轨迹总长度参数可以协助判断重心轨迹类型，从而进一步诊断病情。

重心移动轨迹总长度的计算方法为：

式中，X_i，Y_i为每次采集的双下肢用力中心偏移位置的坐标。i＝0、1、2、3、4……N(i、N为整数)。

在背部支撑减重波浪方式平衡评定训练中，要评估单位时间内重心移动轨迹总面积，单位时间内重心移动轨迹总面积反映了单位时间内身体控制重心的稳定性及平衡程度。数值越大，反映稳定性及平衡越差，如帕金森病患者、小脑共济失调患者等。单位时间内重心移动轨迹总面积的计算公式为：

$A=\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{\π}(x_i^2+y_i^2)}{\mathrm{NTc}}$

式中，x_i、y_i为每次采集的双下肢用力中心在两个脚踏板范围内的投影偏移的位置的坐标。i＝0、1、2、3、4……N(i、N为整数)；Tc为每次采集的时间。

在背部支撑减重波浪方式平衡评定训练中，要评估单位时间内额状面侧方摆速，单位时间内额状面侧方摆速反映在X轴方向上最大摆幅时双下肢用力中心的移动速度，其值越大，表示重心控制越差。如扭转痉挛患者、舞蹈病患者等。其计算公式为：

$V=\frac{S_{\max }-S_{\max }^{\′}}{T}$

式中，S′_max为额状面最大摆幅的前一个采样值，T为采样时间。

在背部支撑减重波浪方式平衡评定训练中，要计算双下肢用力中心偏离波浪中心线±5％、±5％～±10％、±10％～±20％、±20％～±30％或±30％～±50％区域范围内的时间比，以知道训练效果。该时间比由以下公式算出：

${\mathrm{\η}}_1=\frac{n_1}{N}$

式中，n₁为双下肢用力中心在离波浪中心线±5％、±5％～±10％、±10％～±20％、±20％～±30％或±30％～±50％区域范围内摆动的次数，N为选择的测试时间内采集的点数。

本发明由主控计算机发出各种大、中、小规则波浪或不规则波浪，通过患者用显示装置显示，主控计算机同时对左右平衡过程中各种参数的测试和评估。患者在背部支撑减重(或不减重)形式下，控制双下肢的用力，使其用力中心沿波浪轨迹运动，同时维持站立平衡。较普通站立平衡来说，增加了训练的趣味性，同时也提高了训练的难度，有利于真实反映患者控制用力中心运动时左右平衡的能力，非常适合站立平衡能力有提高的患者，能加快患者的康复。

附图说明

图1是本发明中所采用的背部支撑减重波浪方式平衡评定训练系统的整体结构示意图；

图2是下肢压力传感装置的放置位置示意图；

图3是床身倾斜模块程序流程图；

图4是测试开始模块程序流程图；

图5是测试准备模块程序流程图；

图6是测试停止模块程序流程图；

图7是测试结果模块程序流程图；

图8是录入报告模块程序流程图；

图9是训练开始模块程序流程图；

图10是停止训练模块程序流程图；

图11是查看结果模块程序流程图；

图12是病人信息界面；

图13是测试评估-波浪方式平衡选择界面；

图14是中波浪方式平衡测试界面；

图15是不规则波浪方式平衡测试界面；

图16是功能训练-波浪方式平衡选择界面；

图17是小波浪方式平衡训练界面；

图18是大波浪方式平衡训练界面。

具体实施方式

参见图1，本发明背部支撑减重波浪方式平衡评定训练方法所采用的背部支撑减重波浪方式平衡评定训练系统，硬件包括训练床1、控制箱2、主控计算机3、患者用显示装置4和主显示屏5。控制箱2安装在训练床的床座11上，主控计算机3设置在操作台(操作台未图示出来)上，患者用显示装置4活动设置在训练床的旁边并与主控计算机电信号相连，主显示屏5设置在操作台上并与主控计算机电信号相连。

训练床1包括床座11、床架12和床板13，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，并通过两顶杆9(分别设置在两侧)支撑在床座11上方。床板13固定在床架12上，在床架12的前端连接有左、右脚踏板组件14，在床架12与床座11之间设有床板角度调节机构15，该床板角度调节机构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。

左、右脚踏板组件14结构对称相同，各包括脚踏板支架141、脚前端缓冲器142、脚后跟导向轴143和脚踏板144。脚踏板支架141与床架12固定相连；脚前端缓冲器142和脚后跟导向轴143分别连接在脚踏板144与脚踏板支架141之间。在脚踏板144周围设有足底压力传感装置，该足底压力传感装置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内的传感装置接口电路电信号相连，使左右脚对脚踏板的压力大小，由装在脚踏板上的压力传感装置导入计算机。足底压力传感装置的安装位置如图2所示，F_A、F_B、F_C、F_D分别表示四个足底压力传感装置在安装位置的受力，O为四个足底压力传感装置的中心点，将正常人静止不动时重心投影作为传感装置的中心位置O，然后放置相应的四个足底压力传感装置(正常重心投影零位与四个足底压力传感装置的中心点重合)。L为四个足底压力传感装置的中心点在X轴上到传感装置的距离，M为四个足底压力传感装置的中心点在Y轴上到传感装置的距离。

控制箱2安装在训练床的床座11上，控制箱内设有传感装置接口电路、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装置接口电路和电机驱动模块提供电源；电机驱动模块与床板角度调节机构中的直线步进电机电信号相连。

主控计算机3设置在操作台(操作台未图示出来)上，主控计算机内设有数据采集模块、运动控制模块(未图示出来)、测试评估模块和功能训练模块。数据采集模块与控制箱中的传感装置接口电路电信号相连，运动控制模块与控制箱中的电机驱动模块电信号相连，测试评估模块和功能训练模块与主显示屏5电信号相连。

患者用显示装置4活动设置在训练床1的旁边并与主控计算机3电信号相连，该患者用显示装置4包括移动小车41、安装在移动小车上的支架42和安装在支架上的显示屏43，显示屏与支架活动连接，显示屏的高度和角度可以调节。

主显示屏5设置在操作台上并与主控计算机3电信号相连。

本发明的背部支撑减重波浪方式平衡评定训练方法，通过上述背部支撑减重波浪方式平衡评定训练系统进行，上述硬件实现了自动减重功能，同时通过传感装置以及数据采集装置采集相关压力等数据，由主控计算机进行数据处理与文件保存。

背部支撑减重波浪方式平衡评定训练方法的具体操作步骤如下：

a、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。

b、根据患者的实际情况由医生输入床的倾斜角度，来实现不同程度的减重，安装在床架上的床板角度显示器随床架一起移动显示倾斜角度，角度越小，减重程度越大。

c、进入如图12所示的病人信息界面，新建、修改或读取病人信息，如训练日期、病人编号、姓名、性别、年龄和体重，以及患者刚入院时的病征——左瘫还是右瘫信息；注意：必须选中需要测试或训练的患者，否则测试评估及功能训练等模块将无法执行，同时，系统将会提示选中需要测试或训练的患者。

d、从计算机中调出测试评估-波浪方式平衡选择界面，如图13所示，该界面上自动显示已经选定的编号和姓名，软件中设定白色底版编辑框的内容自动生成不可更改，根据患者的实际情况由医生选定所需测试时间。

测试时间分为30秒钟、60秒钟、90秒钟和自选时间，自选时间由医生根据患者的状况指定输入；再在减重角度黄色底版编辑框里输入减重角度，软件中设定黄色底版编辑框的内容需要医生输入，若输入错误可以更改，点击“进入测试”按钮训练床自动调整到所设减重角度，以帮助患者自动减掉人体的一部分重量，同时，进入波浪方式平衡测试界面如图14、15所示。

e、波浪方式平衡测试界面左半部分显示绿、蓝色波浪线及黄色波浪中心线画面并实时显示双下肢用力中心轨迹图。右上角自动显示已经选定的测试时间和减重角度，波浪方式选择分为规则小波浪、规则中波浪和规则大波浪和不规则波浪；右半部分中部为各项静态姿势图参数显示区；右下角设有“测试准备”、“测试开始”、“测试停止”、“测试结果”、“录入报告”和“返回”六个按钮以及测试时间滑动条，滑动条实时显示测试时间进度。

f、如需对初次患者进行测试准备，点击“测试准备”按钮，医生让患者进行10秒钟时间初始测试准备，让初次测试的患者适应这种测试后就再开始进行正式测试。

对患者要求根据患者显示屏上波浪曲线图，主动调节双下肢用力，使双下肢用力中心轨迹沿波浪中心曲线移动，

g、如不需测试准备，则直接点击“测试开始”按钮，选择波浪方式，图14是测试时间为30秒、减重角度为30度的规则中波浪方式平衡测试界面，图15是测试时间为300秒、减重角度为30度的不规则波浪方式平衡测试界面。患者调整双下肢用力，实时将双下肢用力中心控制在波浪区内，通过双下肢用力中心轨迹图，患者能清楚看到自己双下肢用力中心偏离黄色波浪中心线的情况，医生可以清楚地了解患者身体平衡状况，以方便地为患者选择合适的训练项目。

h、当所选定的测试时间到后，点击“测试停止”按钮，或者，当患者可能由于身体突然不适或者其他一些突发性情况时也可以点击该按钮，测试停止后，测试数据可显示并保存。

i、点击“测试结果”按钮，波浪方式平衡界面上自动显示各项静态姿势图参数的测试及评估结果。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和额状面侧方摆速。以上各项参数的测试结果让医生从定量的数据上更清楚地了解到患者的目前状况，从而进一步为患者准确选定合适的功能训练方案。

j、点击“录入报告”按钮，存储病人信息和测试结果数据；此时，如果进入报告模块，可以看到生成的报告，如果需要还可以以word格式打印报告。

k、点击“返回”按钮，离开波浪方式平衡测试界面，在取得测试评估的各项数据后，可以结束工作，也可直接进入功能训练。

l、波浪方式平衡功能训练的方法是：首先从计算机中调出功能训练-波浪方式平衡选择界面，如图16所示，根据所得测试评估结果，输入减重角度，点击“进入训练”按钮进入波浪方式平衡功能训练界面。

m、功能训练-波浪方式平衡功能训练界面左半部分显示绿、蓝色波浪线及黄色波浪中心线画面，右上角自动显示已经选定的测试时间和减重角度，界面右上角自动显示减重角度，并进行训练时间选择，训练时间分为半分钟、1分钟和自选时间；波浪方式选择分为规则小波浪、规则中波浪和规则大波浪和不规则波浪；右半部分中部为双下肢用力中心偏离波浪中心线各范围时间比显示区；界面右下角设有“训练开始”、“停止训练”、“查看结果”、“录入报告”和“返回”五个按钮以及滑动条，训练进度滑动条实时显示训练时间进度。

图17是训练时间为1分钟、减重角度为30度的规则小波浪方式训练界面，图18是训练时间为1分钟、减重角度为30度的规则大波浪方式训练界面。患者调整双下肢用力，实时将双下肢用力中心控制在波浪区内，通过双下肢用力中心轨迹图，在患者显示屏上观察双下肢用力中心轨迹曲线是否在波浪区内及自己的重心偏离正常重心投影零位的情况，从而进一步努力调整，达到平衡功能训练的目的。

n、当所选定的训练时间到后，点击“训练停止”按钮，或者当患者可能由于身体突然不适或者其他一些突发性情况时也可以点击该按钮，训练结束后，训练数据可显示并保存。

n、点击“查看结果”按钮，界面上显示训练结果。

该结果包括双下肢用力中心偏离波浪中心线±5％、±5％至±10％、±10％至±20％和±20％至±30％、±30％至±50％区域范围内的时间比，方便医生既精确又全面地观察。一般，患者双下肢用力中心落在离波浪中心线越近的时间比越高，患者波浪方式运动平衡能力越好；采用不规则波浪训练的患者比规则大波浪的患者好，采用规则大波浪的患者比规则中波浪好，采用规则中波浪比规则小波浪的患者好。

o、点击“录入报告”按钮，保存患者的训练结果；

p、点击“返回”按钮，离开波浪方式平衡训练界面，结束训练或继续进行下一轮功能训练。

主控计算机中的波浪方式平衡评定训练系统软件实现流程如下：

首先读取病人信息：病人编号、姓名等；设置评估周期和减重角度；再进行硬件测试(测试各下肢压力传感装置和位移传感装置是否正常工作，如不能正常工作则退出系统)；然后按“床身倾斜模块”程序流程图、“测试开始模块”程序流程图、“测试准备模块”程序流程图、“测试停止模块”程序流程图、“测试结果模块”程序流程图、“录入报告模块”程序流程图、“训练开始模块”程序流程图、“训练停止模块”程序流程图、“查看结果模块”程序流程图顺序测试。

床身倾斜模块程序流程图如图3所示。本系统采用一个运动控制装置，控制装置的其中一轴(Z轴)对应控制床身倾斜的电机，床身的升降是通过电机的正反转实现向上运动和向下运动。点击“进入测试”或“进入训练”按钮，就进入床身倾斜程序流程，打开运动控制装置，设置电机运动速度。医生根据病人的实际情况输入减重角度。判断当前床身角度与输入角度是否一致：如果医生输入的减重角度大于当前床身角度，计算床身需要上升的角度，把该角度转换为相应的脉冲数，控制装置发出脉冲，电机正转一定脉冲数对应的角度，床身上升一定角度；若等于当前床身角度，电机不转，床身不动；小于当前床身角度，计算床身需要下降的角度，控制装置发出脉冲，电机反转向下运动一定脉冲数对应的角度，床身下降一定角度。检查运动控制装置中轴的状态，若忙，表示电机还没旋转到位，继续检查；若闲，说明电机已经旋转完毕，停止电机的运动，关闭运动控制装置。

测试开始模块程序流程如图4所示，其主要功能为数据采集及数据存储，它基于数据采集装置设计，采集装置提供库函数，根据库函数开发采集装置类库，管理采集装置的所有动作。顺序方法如下；

启动训练评估过程软件，首先执行图4测试评估数据采集并保存到文件模块流程，点击“测试开始”按钮，激活“停止测试”按钮，锁定“测试准备”、“测试停止”、“测试结果”、“录入报告”和“返回”按钮；设置数据采样周期，设置波浪方式平衡训练数据采集时间，得到当前时间，并生成以当前时间命名的数据文件，以确保文件名不重复；判断患者文件目录是否存在，若不存在就创建患者文件目录；若存在，就直接改变目录到患者文件目录，以确保在患者文件目录下保存数据文件，并生成扩展名为.dat的文件，形成患者数据文件完整名称并置文件保存标志，标志为真可以保存数据文件，标志为假不可以保存数据文件(如“图5测试准备”)。根据医生设定测试评估时间确定采样总数据，申请缓冲区，判断缓冲区是否申请成功，若不成功就提示设备有问题并返回，若成功，设定实际采样数据计数变量，并进行变量初始化。传递患者数据文件名和文件保存标志给采集装置类库，打开数据采集装置，设置电压采样范围，配置采样通道个数：4个为左、右下肢压力传感装置组，设置采样数据保存地址，以写方式打开患者数据.dat文件；记录波浪方式平衡训练开始时间点，记录测试当前时间点并设定采样时钟，读取所有采样通道数据；分离采样通道数据，前0，1通道为左下肢压力传感装置数据，后2，3通道为右下肢压力传感装置数据；实时累加实际采样数据个数；将左、右下肢压力传感装置组数据计算后在屏幕上分别以左、右下肢压力差值轨迹曲线方式刷新显示；再次记录当前时间点并显示，实时显示波浪方式平衡训练已经测试的时间；若未超时，就循环读采样通道数据；若超时就调用测试停止流程。

测试准备模块程序流程如图5所示，若点击“测试准备”按钮，锁定其他按钮，设置数据采样周期；置文件保存标志为假，即不可以保存数据文件；传递文件保存标志给采集装置类库，打开数据采集装置，设置电压采样范围，配置采样通道个数：4个为左、右下肢压力传感装置组，设置采样数据保存地址；记录测试当前时间点并设定采样时钟；读取所有采样通道数据；分离采样通道数据，前0，1通道为左下肢压力传感装置数据，后2，3通道为右下肢压力传感装置数据；将左、右下肢压力传感装置数据以左、右下肢压力差值轨迹曲线方式刷新显示。再次记录当前时间点并显示，判断准备时间是否到10秒，若不到10秒，实时更新滚动条，继续读采样通道数据；若到10秒；关闭采样时钟，关闭数据采集装置。

在测试过程中，要是患者感觉不舒服或者不想再进行此次测试就可以点击“测试停止”按钮结果此次测试。点击“测试停止”按钮时，就执行图6模块流程，激活“测试结果”、“测试准备”、“测试开始”和“返回”按钮，锁定“测试停止”和“录入报告”按钮。关闭采样时钟；传送实际数据总量和缓冲区指针，计算测试时间，关闭数据采集装置；将采集的数据写入患者数据文件，将文件保存在硬盘上。关闭文件，释放缓冲区，清零实际采样数据个数变量；清零波浪方式平衡训练当前时间变量，回到初始状态。

测试结果模块程序流程如图7所示。点击“测试结果”按钮，执行测试结果模块程序流程，锁定“停止测试”和“测试结果”按钮，激活其它按钮，判断患者数据文件名是否存在，若不存在表明不能给出测试结果，就返回，若存在，就以只读方式打开该文件，获取文件长度，计算数据个数，建立一个以文件数据个数为长度的缓冲区用于记录数据，建立一个以文件数据个数的四分之一为长度的缓冲区用于记录左、右下肢压力差值，使用循环方法将文件的数据写入文件数据缓冲区，按照保存顺序循环读取四个通道数据，把四个通道的数据代入重心算法计算左、右下肢压力差值，并将左、右下肢压力差值放入压力差数据缓冲区，直到读完文件，关闭文件。然后调用数据处理动态链接库中的平均重心、额状面最大摆幅、额状面平均摆幅和重心轨迹总长度的相应算法，根据压力差数据缓冲区各压力差值计算静态姿势图参数，同时调用数据处理动态链接库中的单位时间内额状面侧方摆速、波浪方式平衡运动时单位时间内重心移动轨迹总面积和额状面摆动频率的相应算法，结合采样速率计算运动时间，根据压力差数据缓冲区压力差值计算三个参数，该数据表值给出并显示上述共七个参数的评估结果，释放所有缓冲区。

录入报告模块程序流程如图8所示。点击“录入报告”按钮，锁定“停止测试”、“查看结果”、“录入报告”按钮，激活其他按钮。判断报告文件名是否存在，不存在，就重新生成报告文件名并保存报告文件名，添加病人姓名和编号到报告内容开始位置，再准备报告内容；存在，就直接准备报告内容，报告内容是左、右下肢压力差值在波浪区域的百分比和评估结果。判断报告文件是否存在，不存在，就创建报告文件，写入病人姓名和编号及上述准备报告内容；存在，以只写方式打开文件，文件指针移到末尾，添加上述准备的报告内容，然后关闭报告文件；录入报告模块结束返回。

上述程序实现了将患者当天多次评估结果保存在同一文件中的功能，该文件可以使用Word等多种软件进行查看。

训练开始模块程序流程如图9所示。点击“训练开始”按钮，训练开始，激活“停止训练”和“返回”按钮；锁定“训练开始”、“查看结果”和“录入报告”按钮。设置数据采样周期。得到当前时间，并生成以当前时间命名的数据文件(以确保文件名不重复)。判断患者文件目录是否存在，不存在则创建患者文件目录；存在就直接改变目录到患者文件目录，以保证转到患者文件目录下保存数据文件，生成扩展名为.dat的文件，形成患者数据文件完整名称并置文件保存标志为真，标志为真可以保存数据文件，标志为假不可以保存数据文件。医生设定训练时间。根据采样总数据，申请缓存区，判断缓存区是否申请成功，若不成功就返回，并提示设备有问题；若成功，设定实际采样数据计数变量，并进行变量初始化。传递患者数据文件名和文件保存标志给采集装置类库，打开数据采集装置，设置电压采样范围，配置4个采样通道，分别对应左、右下肢压力传感装置组，设置采样数据保存地址，以写方式打开患者数据.dat文件。初始化滚动条，记录波浪方式平衡训练开始时间点，设定采样时钟，读取所有采样通道数据，分离采样通道数据，前0，1通道为左下肢压力传感装置数据，后2，3通道为右下肢压力传感装置数据；实时累加实际采样数据个数；根据左、右下肢压力传感装置组数据计算左、右下肢压力差值并在屏幕上实时显示左、右下肢压力差值轨迹曲线。统计左、右下肢压力差值在波浪区域的点和落在偏离正常用力中心线(波浪中心线)±5％、±10％，±20％，±30％和±50％内的点。再次记录当前时间点；判断训练时间是否到，若训练时间未到，实时更新滚动条，继续读采样通道数据；若训练时间到，关闭采样时钟。传送实际数据总量和缓存区指针，计算训练时间，关闭数据采集装置；将采集的数据写入患者数据文件，将文件保存在硬盘上，关闭文件。释放缓存区，实际采样数据个数变量清零，记录波浪方式平衡训练开始时间点变量清零，回到初始状态。

屏幕上显示大、中、小和不规则波浪的波浪图形的方法是：规则波浪的实现方法为正弦波曲线函数生成，不规则波浪采用随机路线。规则小波浪的幅度值对应的双脚压力偏差为可达9千克，规则中波浪的幅度值对应的压力偏差为18千克，规则大波浪的幅度值对应的压力偏差可达压力可达27千克。

不规则波浪的生成过程如下：开设长度为屏幕高度两倍的缓存区，随机生成10个点，X坐标为小于屏幕宽度减去评估宽度的随机数，Y坐标为

(i＝1，2，3，4，5，6，7，8，9，10)。

按顺序依次连接这10个点，形成一条不规则曲线。计算曲线上每个点的坐标值并保存该值到缓存区。根据缓存区的点横坐标减去评估宽度，画一条颜色和曲线不同的曲线，在每次时钟响应函数中，两条曲线下降一个像素并刷新显示。

训练停止模块程序流程图如图10所示。在训练过程中，要是患者感觉不舒服或者不想再进行此次训练就可以点击“停止训练”按钮结果此次训练。

点击“停止训练”按钮，激活“查看结果”、“训练开始”和“返回”按钮，锁定“停止训练”和“录入报告”按钮。关闭采样时钟。传送实际数据总量和缓冲区指针，计算训练时间，关闭数据采集装置。将采集的数据写入患者数据文件，将文件保存在硬盘上，关闭文件。释放缓存区，实际采样数据个数变量清零，记录波浪方式平衡训练开始时间点变量清零，回到初始状态。

查看结果模块程序流程如图11所示。可以点击“查看结果”按钮，锁定“停止训练”和“查看结果”按钮，激活“录入报告”、“训练开始”和“返回”按钮。计算并显示重心偏离波浪中心线各范围时间比。

上述测试评估和功能训练中所涉及的各项参数由计算机自动按照所设定的测试时间开设缓冲区，每隔一定时间刷新一次，缓冲空间最大可以存放一定采集时间的数据，当测试停止时，数据以文件格式自动保存在硬盘上，以便其他模块计算和调用，再利用预先放置在程序中的公式，由计算机后台运行得出各种波浪方式平衡静态姿势图参数。程序中的公式均通过动态链接库编程实现，便于今后升级和内容扩充。

Claims (9)

1.一种背部支撑减重波浪方式平衡评定训练方法，其特征在于：通过一套背部支撑减重波浪方式平衡评定训练系统进行，该背部支撑减重波浪方式平衡评定训练系统包括训练床、控制箱、主控计算机、患者用显示装置和主显示屏；训练床包括床座、床架和床板，床架安装在床座上并与床座可转动相连，在床架的前端连接有左、右脚踏板组件，在左右脚踏板组件上分别设有左右足底压力传感装置，在床架与床座之间设有床板角度调节机构；

其特征在于，所述的主控计算机内设有波浪方式平衡评定训练系统软件，该软件包含测试评估模块和功能训练模块；所述的波浪方式平衡评定训练方法包括以下步骤：

a、让患者倾斜躺在训练床上，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；

b、根据患者的实际情况确定所需的减重重量，并通过调节训练床的倾斜角度以实现该减重重量；

c、让计算机进入波浪方式平衡评定训练系统的测试评估模块，让患者进行10秒钟的波浪方式平衡初始测试，以适应这种测试方式；

d、对患者做波浪方式平衡测试，以得到各项静态姿势图参数的测试评估结果，所述静态姿势图参数包括额状面摆动频率、额状面最大摆幅、额状面平均摆幅、额状面侧方摆速、平均重心、重心移动轨迹总长度和重心移动轨迹总面积；

e、让计算机进入波浪方式平衡评定训练系统的功能训练模块，根据测试评估结果，选择合适的训练周期和减重角度，对患者做波浪方式平衡训练，训练成绩以双下肢用力中心落在离波浪中心线±5％、±5％～±10％、±10％～±20％、±20％～±30％或±30％～±50％区域内的时间比表示。

2.如权利要求1所述的背部支撑减重波浪方式平衡评定训练方法，其特征在于：所述的波浪方式包括规则小波浪、规则中波浪、规则大波浪和不规则波浪，其中，规则波浪的路线为正弦波曲线，不规则波浪的路线为随机路线；规则小波浪的幅度值对应的双脚压力偏差为9千克，规则中波浪的幅度值对应的压力偏差为18千克，规则大波浪的幅度值对应的压力偏差为27千克。

3.如权利要求1所述的背部支撑减重波浪方式平衡评定训练方法，其特征在于：所述的测试评估模块包括床身倾斜模块、测试开始模块、测试准备模块、测试停止模块、测试结果模块和录入报告模块；所述的功能训练模块包括床身倾斜模块、训练开始模块、训练停止模块、查看结果模块和录入报告模块。

4.如权利要求1所述的背部支撑减重波浪方式平衡评定训练方法，其特征在于：所述的各项静态姿势图参数的测试评估以患者在背部支撑减重波浪方式平衡测试过程中双下肢用力中心的变化为基础进行评估，所述的双下肢用力中心指的是人体重心在两个脚踏板范围内的投影，由下面的公式确定：

x＝(F_A+F_B-F_C-F_D)·L/G

y＝(F_B+F_D-F_A-F_C)·M/G

式中，L为四个足底压力传感装置的中心点在X轴上到传感装置的距离，M为四个足底压力传感装置的中心点在Y轴上到传感装置的距离，G为减重后的患者人体的重量，F_A、F_B、F_C、F_D分别为四个足底压力传感装置的读数；四个足底压力传感装置的中心点即为人体正常重心投影零位。

5.如权利要求1所述的背部支撑减重波浪方式平衡评定训练方法，其特征在于：所述的额状面摆动频率反映患者在波浪方式维持站立平衡过程中，在一定时间内，双下肢用力中心在额状面即水平方向左右变化的频率，在算法中仅表示双下肢用力中心沿X轴方向变化的快慢，该参数值越大，即变化的频率越高，反映患者抖动越严重，重心控制越不稳；

额状面摆动频率的定义为患者双下肢用力中心从左侧区域移动到右侧区域以及从右侧区域移动到左侧区域的次数与时间之比，其计算公式为：

$\mathrm{\η}=\frac{N}{T}$

式中，N为双下肢用力中心从左侧区域到右侧区域以及从右侧区域到左侧区域摆动的次数，T为选择的测试时间；

所述的额状面最大摆幅反映患者双下肢在X轴方向上用力偏移程度的最大差值，该差值与身体对称性有关，差值越大表明对称性越差，稳定性越弱；

额状面最大摆幅的定义为患者双下肢用力中心偏移波浪中心点的最大距离，其计算方法为：

Smax＝Max|Si|

式中，Si为每次采集的双下肢用力中心偏移波浪中心点的长度，i＝1、2、3、4……N(i、N为整数)；

所述的额状面平均摆幅反映患者减重状态下，波浪方式动作过程中抖动的剧烈程度及快慢，其值越大表明患者平衡能力越差，如锥体外系疾病患者；其计算公式为：

$\stackrel{\‾}{S}=\frac{\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\left|\mathrm{Si}\right|}{N}$

式中，Si为每次采集的双下肢用力中心偏移波浪中心点的长度，i＝1、2、3、4……N(i、N为整数)，N为选择的测试时间内采集的点数；

所述的额状面侧方摆速反映在X轴方向上最大摆幅时双下肢用力中心的移动速度，其值越大，表示重心控制越差，如扭转痉挛患者和舞蹈病患者；额状面侧方摆速的计算公式为：

$V=\frac{S_{\max }-S_{\max }^{\′}}{T}$

式中，S′_max为额状面最大摆幅的前一个采样值，T为采样时间。

6.如权利要求1所述的背部支撑减重波浪方式平衡评定训练方法，其特征在于：所述的平均重心反映了在波浪方式维持站立平衡过程中，双下肢用力的平衡情况，绝对值越小，表示平衡程度越好，正值越大，表明右下肢较左下肢更有力；负值越大，表明左下肢较右下肢更有力；平均重心投影值越大，身体对称性越差，如卒中偏瘫患者；平均重心的定义为患者双下肢用力中心偏移距离之和与采集次数之比，计算公式为：

$\stackrel{\‾}{G}=\frac{\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\left|G_i\right|}{N}$

式中，Gi为每次采集的双下肢用力中心相对于波浪中心点的偏移值；i＝1、2、3、4……N(i、N为整数)，N为选择的测试时间内采集的点数。

7.如权利要求1所述的背部支撑减重波浪方式平衡评定训练方法，其特征在于：所述的重心轨迹总长度反映了患者在减重状态下，波浪方式平衡运动时双下肢用力中心的移动轨迹的总长度，其值越大表明双下肢用力中心偏移距离总和越长，患者平衡能力越差；重心轨迹分为中心型、前后型、左右型、多中心型和弥散型，正常为多中心型，利用重心轨迹总长度参数可以协助判断重心轨迹类型，从而进一步诊断病情；

重心轨迹总长度的计算方法为：

式中，X_i、Y_i为每次采集的双下肢用力中心偏移位置的坐标，i＝0、1、2、3、4……N(i、N为整数)。

8.如权利要求1所述的背部支撑减重波浪方式平衡评定训练方法，其特征在于：所述的重心移动轨迹总面积反映了单位时间内身体控制重心的稳定性及平衡程度；数值越大，反映稳定性及平衡越差；单位时间内重心移动轨迹总面积的计算公式为：

$A=\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{\π}(x_i^2+y_i^2)}{\mathrm{NTc}}$

式中，X_i、Y_i为每次采集的双下肢用力中心在两个脚踏板范围内的投影偏移的位置的坐标，i＝0、1、2、3、4……N(i、N为整数)；N为选择的测试时间内采集的点数；Tc为每次采集的时间。

9.如权利要求1所述的背部支撑减重波浪方式平衡评定训练方法，其特征在于：所述的重心落在离波浪中心线±5％、±5％～±10％、±10％～±20％、±20％～±30％或±30％～±50％区域内的时间比由以下公式算出：

${\mathrm{\η}}_1=\frac{n_1}{N}$

式中，n₁为双下肢用力中心在离波浪中心线±5％、±5％～±10％、±10％～±20％、±20％～±30％或±30％～±50％区域范围内摆动的次数，N为选择的测试时间内采集的点数。

Images