CN102989124B - 一种便携式肢体运动康复训练装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种便携式肢体运动康复训练装置，包括硬件部分和软件部分，硬件部分包括：拉线传感器、数据采集卡和计算机；其特征在于，软件部分包括：康复游戏算法模块、康复游戏动作显示模块、康复游戏背景显示模块、康复游戏内容显示模块和得分评估模块。该康复训练系统整体结构简洁，易操作。接受训练的肢体可以在三维空间的运动，不必局限于平面，训练内容丰富，人机交互性强。本发明中装置具有体积小，重量轻等特点，便于携带，适用于普通家庭等环境。本发明不仅使用于上肢康复训练，也适用于下肢康复训练。有益于丰富康复训练手段，提高康复训练效率。

Description

一种便携式肢体运动康复训练装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及医疗器械领域，具体涉及一种肢体运动康复训练装置及其使用方法。

背景技术

对需要肢体康复的使用者进行肢体康复训练可以有效地辅助使用者重获肢体的运动功能，对使用者具有重要意义。传统的肢体运动康复训练是由治疗师人力协助使用者进行。为了弥补传统的肢体运动康复训练效率低、内容枯燥、评价指标不够精确等缺点，目前医疗界广泛应用康复工程设备辅助治疗。康复工程设备是用于肢体运动功能恢复的医疗器械，可以使肌肉按一定顺序运动，除直接锻炼肌力外，还可以协调和支配肢体的功能状态，使其恢复动态平衡；同时多次重复的运动可以向大脑反馈信息，使其尽快地最大限度地实现功能重建。因此，采用康复工程设备不仅可以弥补传统运动康复训练效率低、内容枯燥、评价指标不够精确等缺点，而且可以辅助分析患肢的各项运动参数，以促进康复训练模式的改进，为康复医学提供了全新的治疗手段。

经过对现有技术的检索发现，存在一种训练平面可调式上肢偏瘫康复机器人装置，该装置可以满足偏瘫康复训练中对于医疗机器人提出的空间训练的要求，包括座椅、训练平面、训练平面调节装置，安装在训练平面上的机械臂、腕部固定托架和肘部托架。训练平面调节装置可以调节训练平面相对于地面的高度，以及训练平面与水平面的夹角，以适应不同使用者在多平面内完成多种康复训练动作的需要。

虽然这种训练平面可调式上肢偏瘫康复机器人装置可以调整训练平面，但使用者使用该装置的训练过程中只能在某一平面上进行康复动作训练，这限制了康复使用者肌肉练习动作的多样性；此外，该装置体积较大，重量较重，不便于携带；并且仅适用于上肢康复训练，而不适用于下肢的康复训练。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种肢体运动康复训练装置，可以在多个平面内进行康复动作训练，便于携带，并且适用于下肢的康复训练。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明提出了一种便携式肢体运动康复训练装置。本发明使用虚拟现实技术，使接受训练的肢体可以在三维空间任意运动而不必局限于平面，可以在简易环境下，辅助使用者进行多种方式训练，有益于丰富康复训练手段，提高康复训练效率。

为实现上述目的，本发明提供了一种便携式肢体运动康复训练装置，包括硬件部分和软件部分。其中硬件部分包括：拉线传感器、数据采集卡和计算机；软件部分包括：康复游戏算法模块、康复游戏动作显示模块、康复游戏背景显示模块、康复游戏内容显示模块和得分评估模块。其中拉线传感器的输出端与数据采集卡的输入端相连，数据采集卡的输出端连接到计算机。拉线传感器为使用者与本装置的人机交互接口，使用者肢体末端与拉线传感器拉线端相连，使用者通过肢体运动改变拉线的长度，拉线长度变化量即为拉线传感器的输入，拉线传感器将拉线物理长度变化值转化成为模拟电压值，并输入数据采集卡；数据采集卡将该模拟电压值转化成数字电压值，并输入计算机；计算机将该数字电压值还原成为物理长度变化值，并将还原得到的物理长度变化值输送给康复游戏算法模块。康复游戏算法模块对该物理长度变化值计算并输出游戏动作数据，并将该游戏动作数据输出至康复游戏动作显示模块和得分评估模块，一方面游戏动作数据经过康复游戏动作显示模块的处理后，与康复游戏背景显示模块的数据进行融合，融合后的数据输入至康复游戏内容显示模块并显示出来；另一方面，游戏动作数据通过得分评估模块分析使用者得分与病情。使用者在康复过程中可以通过康复游戏内容显示模块的输出得到视觉反馈与听觉反馈，从而实现了人与系统的互动。

本发明根据不同的康复训练方案，可以设计不同的使用所述便携式肢体运动康复训练装置的方法。所述便携式肢体运动康复训练装置的一种使用方法为将拉线传感器的主体固定，拉线传感器的拉线与使用者的上肢或者下肢相连，使用者按照对角线路径上提与拉线传感器的拉线相连的上肢或者下肢，进行训练。

所述便携式肢体运动康复训练装置的一种使用方法为将拉线传感器的主体固定，拉线传感器的拉线与使用者的上肢或下肢相连，使用者按照对角线路径下拉与拉线传感器的拉线相连的上肢或者下肢，进行训练。

所述便携式肢体运动康复训练装置的一种使用方法为将拉线传感器的主体固定，将拉线传感器的拉线与使用者的上肢或下肢相连，使用者通过单独活动与拉线传感器的拉线相连的上肢或者下肢的关节，进行训练。

本发明提供的便携式肢体运动康复训练装置包括：硬件部分和软件部分。其中硬件部分包括：拉线传感器、数据采集卡和计算机；软件部分包括：康复游戏算法模块、康复游戏动作显示模块、康复游戏背景显示模块、得分评估模块和康复游戏内容显示模块。其中，拉线传感器的输出连接到数据采集卡的输入，数据采集卡的输出连接到计算机。拉线传感器为使用者与本装置的人机交互接口，使用者肢体末端与拉线传感器拉线端相连，使用者通过肢体运动改变拉线的长度，拉线长度变化量即为拉线传感器的输入，通过操作拉线传感器来进行康复训练；使用者在康复过程中可以通过软件部分的康复游戏内容显示模块的输出得到视觉反馈与听觉反馈，从而实现了人与系统的互动。

本发明提供的便携式肢体运动康复训练装置，相比现有技术具有以下优点：康复训练装置整体结构简洁，体积小，重量轻，便于携带，适用于普通家庭等环境，且易于操作；接受训练的肢体可以在三维空间的运动，而不必局限于平面，并且训练内容丰富，人机交互性强；通过设计不同的训练方案，本发明不仅使用于上肢康复训练，也适用于下肢康复训练。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本发明的一个具体实施例的示意图。

具体实施方式

如图1所示，在本实施例中，便携式肢体运动康复训练装置包括：拉线传感器1、数据采集卡2、计算机3、康复游戏算法模块4、康复游戏动作显示模块5、康复游戏背景显示模块6、得分评估模块7和康复游戏内容显示模块8。

在本实施例中，采用便携式肢体运动康复训练装置对使用者进行肢体康复训练时，康复使用者坐于椅子的合适位置，将无线鼠标固定在食指，将拉线传感器1末端固定在手部，即可进行运动训练。传统鼠标只能在某一平面内测量二维位置坐标，而本实施例中的装置采用拉线传感器来测量空间任意方向的三维运动数据，使得使用者的康复运动不仅仅局限于某一平面，从而扩展了康复运动空间范围。无线鼠标的按钮作为康复游戏中的触碰开关，实现人与游戏的互动。本系统的软件部分将拉线传感器1的拉线长度变化与康复游戏联系在一起。

康复使用者操作拉线传感器1，使得拉线传感器1的拉线长度产生变化。拉线传感器1将拉线物理长度变化值转化成为模拟电压值，输入数据采集卡1，转化过程中，拉线的长度变化值与模拟电压值成线性比例关系。数据采集卡2通过USB(Universal Serial Bus)接口与计算机3相连接，并将模拟电压值转化成数字电压值，输入计算机3。计算机3将数字电压值，还原成为物理长度变化值，并输送给软件部分的康复游戏算法模块4。经过康复游戏算法模块4计算，拉线的物理长度变化值转化为游戏动作数据，一方面输入康复游戏动作显示模块5，另一方面输入得分评估模块7。游戏动作数据经过康复游戏动作显示模块5的处理后，与康复游戏背景显示模块6的数据进行融合。康复游戏背景显示模块6是将游戏背景内容以静态画面的形式展示给使用者，增加康复的观赏性与趣味性；康复游戏动作显示模块5是将使用者的动作信息以动态画面的形式展示出来，游戏动作数据经过康复游戏动作显示模块5的处理后，与康复游戏背景显示模块6的数据进行融合，融合后的数据输入至康复游戏内容显示模块8并显示出来，从而为使用者提供视觉反馈与听觉反馈。使用者根据系统的要求完成相应的训练动作，以游戏互动的方式进行康复训练，有助于提高使用者的积极性，减小使用者在康复治疗过程中的心理负担。

以“弹钢琴”康复游戏为例。根据游戏设计，康复游戏背景显示模块6显示一幅钢琴的键盘画面作为游戏背景。使用者可以选择喜欢的演奏曲目。训练开始后，康复游戏背景显示模块6将曲目演奏进行时音符所对应的键盘位置高亮突显，以引导使用者按键弹奏。使用者将无线鼠标固定在手的食指，并将拉线传感器1的拉线端与该手部相连，通过移动手指位置，控制拉线长度。康复游戏动作显示模块5将根据拉线的物理长度变化值，相应移动计算机屏幕上虚拟手指的位置，当使用者按下无线鼠标控制键时，虚拟手指相应按下当前键，钢琴发出相应的音符。得分评估模块7综合分析使用者动作的幅度，速度等信息，从而进行康复游戏得分计算，并分析使用者的病情。使用者运动能力在康复游戏过程中得到提升。

使用者在康复过程中可以通过计算机得到视觉反馈与听觉反馈，实现了人与系统的互动。使用者训练时，可根据病情不同，训练目的的不同，选择不同的训练方式。本发明基于PNF(proprioceptive neuromuscular facilitation)技术，即本体感觉神经肌肉促进技术，为该康复训练装置设计了三种训练方案：(1)基于PNF的单侧上肢对角螺旋运动训练方案，即上提式：使用者可坐在椅子上，将拉线传感器主体固定于地面上，使用者体侧的适当位置。拉线传感器拉线端与手部相连，使用者按照对角线路径上提，进行训练；(2)基于PNF的单侧上肢对角螺旋运动训练方案，即下拉式：使用者可坐在椅子上，将拉线传感器主体固定于使用者头部侧面的适当位置。拉线传感器拉线端与手部相连，使用者按照对角线路径下拉，进行训练；(3)单关节训练方案：使用者可坐在椅子上，将拉线传感器主体固定于空间合适位置，将拉线传感器拉线端与手部相连，使用者通过单独活动肩关节，肘关节或腕关节，来进行训练。

进一步地，将拉线传感器拉线端固定在下肢，并设计适当的训练路径，该系统也适用与下肢康复运动训练。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (1)

1.一种便携式肢体运动康复训练装置，包括硬件部分和软件部分，其特征在于，硬件部分由拉线传感器、数据采集卡和计算机构成；软件部分包括：康复游戏算法模块、康复游戏动作显示模块、康复游戏背景显示模块、康复游戏内容显示模块和得分评估模块，其中所述拉线传感器的输出端与所述数据采集卡的输入端相连，所述数据采集卡的输出端连接到所述计算机；所述拉线传感器为使用者与所述肢体运动康复训练装置的人机交互接口，使用者肢体末端与所述拉线传感器拉线端相连，使用者通过肢体运动改变拉线的长度，所述拉线传感器将拉线的物理长度变化值转化成为模拟电压值，并输入所述数据采集卡；所述数据采集卡将所述模拟电压值转化成数字电压值，并输入所述计算机；所述计算机将所述数字电压值还原成为所述物理长度变化值，并将还原得到的所述物理长度变化值输送给所述康复游戏算法模块；所述康复游戏算法模块对所述物理长度变化值计算并输出游戏动作数据，并将所述游戏动作数据输出至所述康复游戏动作显示模块和所述得分评估模块；

所述游戏动作数据输出至所述康复游戏动作显示模块，所述游戏动作数据经过所述康复游戏动作显示模块的处理后，与所述康复游戏背景显示模块的数据进行融合，融合后的数据输入至所述康复游戏内容显示模块并显示，所述使用者在康复过程中通过所述康复游戏内容显示模块的输出得到视觉反馈与听觉反馈，从而实现了人与系统的互动；

所述游戏动作数据输出至所述得分评估模块，所述游戏动作数据通过所述得分评估模块分析所述使用者得分与病情；

将所述拉线传感器的主体固定，所述拉线传感器的所述拉线与所述使用者的下肢相连，所述肢体动作包括：所述使用者按照对角线路径上提与所述拉线传感器的所述拉线相连的所述下肢，进行训练；所述使用者按照对角线路径下拉与所述拉线传感器的所述拉线相连的所述下肢，进行训练；或，所述使用者通过单独活动与所述拉线传感器的所述拉线相连的所述下肢的关节，进行训练。