CN103371802A - 非治疗目的坐姿站起功能评估方法 - Google Patents

Abstract

一种非治疗目的坐姿站起功能评估方法，通过一套坐姿站起功能评估装置实施，该装置包括上位机，脚踏板，坐垫和显示屏。上位机内设有坐姿站起功能评估软件，脚踏板内设有足底压力传感器，坐垫内设有臀部压力传感器。本发明借助于坐姿站起功能评估装置，通过一次坐姿站起动作，即可在显示屏上实时显示坐姿时左右臀前部最大压力，站起时左右足底最大压力、左右足底平均压力等坐姿站起功能评估参数；并通过标记时间得到坐姿站起过程中伸展前期和伸展期时间、左右臀前部最大压力变化值和左右臀前部平均压力变化值，可精确评估受试者的坐姿站起功能，方法方便易行。

Description

非治疗目的坐姿站起功能评估方法

技术领域

本发明涉及一种人体功能评估方法，尤其涉及一种非治疗目的坐姿站起功能评估方法。

背景技术

在日常生活中，从坐位上站起即坐姿站起动作，正常人平均每天需要完成(60±22)次，从事室内工作的人群次数还要更高，因此坐下和站起已经成为保持功能独立性而每日多次进行的主要功能性活动。

脑卒中是中老年人常见病、多发病，在我国年新发病约为200万人，幸存患者中致残率为80％。常表现为肢体肌力低下、承重能力差、平衡能力差和运动能力差等功能障碍，进而影响患者的日常生活能力。对于脑卒中患者来说，坐姿站起能力是评判康复水平的一个重要指标，因为在从坐姿到站起的过程中，身体快速地从一个稳定的坐位姿势变为一个拥有更小支撑点及更高重心的站立位置，在这个过程中有很高的跌倒的风险。有报道称，约有40％的跌倒发生在从轮椅上站起及从床边站起的过程中。跌倒不仅会造成损伤，且易造成对此项功能性活动的恐惧，反过来影响ADL(activies ofdaily living，日常生活能力)的自理。由于SitTS(sit to stand，坐位站起)和StandTS(stand to sit，站立坐下)对日常活动影响重大，因此在评价残疾的各种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。

如何客观评价并有效地改善偏瘫患者坐位站起功能已成为脑卒中康复的研究热点。目前，临床上传统的坐位站起评价方法是通过肉眼观察或使用简单的计时工具评价受试者的坐位站起功能；另一种繁杂的评价方法是通过多个摄像机联合建立动作分析系统；在功能训练上，一般方法为治疗师针对造成坐姿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。目前尚缺乏针对坐姿站起过程各个阶段的智能化评估和训练方法。

发明内容

本发明的目的，就是为了解决上述问题，提供一种非治疗目的坐姿站起功能评估方法。

为了达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种非治疗目的坐姿站起功能评估方法，通过一套坐姿站起功能评估装置实施，所述坐姿站起功能评估装置包括：

上位机，上位机内设有坐姿站起功能评估软件；

脚踏板，脚踏板内设有左足底压力传感器和右足底压力传感器以及电源模块、CPU和蓝牙模块，两足底压力传感器分别与CPU电信号相连，蓝牙模块与CPU双向通讯相连并与上位机双向无线通讯相连；

坐垫，坐垫内分别设有左臀前部压力传感器、右臀前部压力传感器、左臀后部压力传感器和右臀后部压力传感器，各压力传感器通过电缆与脚踏板中的CPU电信号相连；

显示屏，与上位机电信号相连显示各项坐姿站起功能评估参数；

所述的坐姿站起功能评估方法如下：

a、将坐垫放在无靠背的凳子上，让受试者坐在坐垫上，双脚放在脚踏板上，

上位机启用坐姿站起功能评估软件，点击“开始”后，受试者做站起动作，站起后保持静止一段时间；

b、显示屏实时显示左臀前部、右臀前部、左臀后部、右臀后部、左脚、右脚压力曲线，点击“停止”，压力曲线停止显示，点击“测试结果”，上位机按照算法自动计算下列各项坐姿站起功能评估参数：左足底最大压力、右足底最大压力、左足底平均压力、右足底平均压力、左臀前部最大压力、右臀前部最大压力、左臀平均压力和右臀平均压力；点击“报告”，可生成报告，点击“回放”，可查看波形回放；

c、点击“标记时间”按钮，用鼠标左键点击压力曲线，画出贯穿足底压力曲线区域及臀部压力曲线区域的竖线，用来标记伸展前期开始时间、伸展前期结束时间即伸展期开始时间以及伸展期结束时间；具体做法是：用鼠标左键选定左右臀前部压力开始上升同时左右臀后部压力开始下降的点第一次点击作为伸展前期开始时间；用鼠标左键选定左右臀前部压力值为零的点第二次点击作为伸展前期结束时间即伸展期开始时间；用鼠标左键选定左右足底的压力曲线开始稳定的点第三次点击作为伸展期结束时间；

d、点击“计算参数”按钮，上位机自动显示伸展前期时间、伸展期时间、左臀前部最大压力变化值和右臀前部最大压力变化值、左臀前部平均压力变化值和右臀前部平均压力变化值。

所述的坐姿站起功能评估软件包括零点校正模块、测试开始模块、测试结束模块、录入报告模块、波形回放模块、回放停止模块、测试数据计算模块、数据保存模块和结果显示模块。

左右侧最大压力变化，是受试者在坐姿状态下站起过程中可以达到的最大加速度，对受试者坐姿站起评估是一个很重要的参数。压力变化值越大说明受试者在站起过程中的加速度越大，受试者加速越快，

左臀前部最大压力变化值和右臀前部最大压力变化值的计算公式为：

$k_{\max }=\mathrm{Max}\frac{F_i-F_{i-1}}{t}(i_{\mathrm{start}}<i<i_{\mathrm{stop}})$

左臀前部平均压力变化值和右臀前部平均压力变化值的计算公式为：

$\stackrel{\&OverBar;}{k}=\frac{\underset{i=i_{\mathrm{start}}}{\overset{i=i_{\mathrm{stop}}}{\mathrm{\&Sigma;}}}\frac{F_i-F_{i-1}}{t}}{i_{\mathrm{start}}-i_{\mathrm{stop}}}$

i_start为伸展前期开始时间点，i_stop为伸展前期结束时间点，t为相邻时间点间的时间差，F_i-F_i-1为左臀前部压力曲线或右臀前部压力曲线中伸展前期内的压力差。

伸展前期时间是指受试者在开始进行站起这个动作到臀部离开坐垫为止这段时间。在此期间，人体脊柱和骨盆通过髋关节的屈曲向前旋转，同时踝关节背屈，使上半身水平前移，人因处于坐姿而相对稳定。正常人的伸展前期时间约占总时间的30％，大约为0.48秒，卒中受试者的伸展前期会增长。

伸展前期时间T_b的计算公式为：T_b＝t₀-t_start

伸展期时间是指受试者臀部离开坐垫到受试者完全站起为止这段时间。在此期间，干、髋、膝、踝等多个肌群协同做功，将身体垂直上推。运动按髋、膝、踝的特定伸展顺序展开，伸膝(臀部离开座位时)的发生先于伸髋和伸踝。臀部离开座位时，水平方向的地面反作用力(约占体重10％)推动身体向前运动。正常人的伸展期时间约占总时间的70％，约为1.12秒，卒中受试者的伸展期时间大大增加，可达到2.6秒。

伸展期时间T的计算公式为：T＝t_stop-t₀

t_start是指受试者开始由坐位站起，即受试者身体前倾，臀部前缘压力开始增大，后臀部压力开始减小的时刻，t₀是指受试者臀部离开座位，即臀部前缘压力为0的时刻，t_stop是指受试者完全站起，即受试者的足底压力曲线稳定的时刻。

本发明非治疗目的坐姿站起功能评估方法借助于坐姿站起功能评估装置实施，该装置由于采用蓝牙无线通信，无需信号连接线或电缆线，具有功耗低、体积小，便于携带等优点。本发明借助于坐姿站起功能评估装置，通过一次坐姿站起动作，即可在显示屏上实时显示受试者的左臀前部、右臀前部、左臀后部、右臀后部、左脚、右脚压力曲线，显示坐姿时左臀前部最大压力、右臀前部最大压力，站起时左足底最大压力、右足底最大压力、左足底平均压力、右足底平均压力等坐姿站起功能评估参数；并通过标记时间得到坐姿站起过程中伸展前期和伸展期时间、左臀前部最大压力变化值和右臀前部最大压力变化值，左臀前部平均压力变化值和右臀前部平均压力变化值，可精确评估受试者的坐姿站起功能，方法方便易行。

附图说明

图1是本发明中采用的坐姿站起功能评估装置的整体结构示意图；

图2是坐姿站起功能评估装置中的脚踏板的内部结构示意图；

图3是坐姿站起功能评估装置中的坐垫的内部结构示意图；

图4是本发明中的零点校正模块程序流程图；

图5是本发明中的测试开始模块程序流程图；

图6是本发明中的测试结束模块程序流程图；

图7是本发明中的录入报告模块程序流程图；

图8是本发明中的波形回放模块程序流程图；

图9是本发明中的回放停止模块程序流程图；

图10是本发明中的结果显示模块程序流程图；

图11是本发明中的标记时间程序流程图；

图12是计算左侧压力变化最大值平均值程序流程图；

图13是计算右侧压力变化最大值平均值程序流程图；

图14是坐位站起评估伸展前期开始时间点选择界面；

图15是坐位站起评估伸展前期结束时间点选择界面；

图16是坐位站起评估伸展期结束时间点及参数显示选择界面。

具体实施方式

参见图1，配合参见图2、图3，本发明中使用的坐姿站起功能评估装置，包括上位机1、脚踏板2、坐垫3和显示屏4。

上位机1内设有坐姿站起功能评估软件；该软件包括零点校正模块、测试开始模块、测试结束模块、录入报告模块、波形回放模块、回放停止模块、测试数据计算模块、数据保存模块和结果显示模块。

配合参见图2，脚踏板2内设有左足底压力传感器21和右足底压力传感器22以及电源模块23、CPU24和蓝牙模块25。电源模块23向CPU24供电，两足底压力传感器21、22分别与CPU24电信号相连，蓝牙模块25与CPU24双向通讯相连并与上位机1双向无线通讯相连。脚踏板的上表面设有与人的双脚适配的凹面，电源模块23包括锂电池和电源管理模块，在脚踏板上设有用于向锂电池充电的充电接口26，电源管理模块采用MAX1873芯片对锂电池进行充电管理并将锂电池的充电状态传输给CPU。CPU24采用TI公司的MSP430F149微控制器，蓝牙模块25采用CSR公司的BC4EXTA蓝牙模块。图2中所示，27为信号线接入口，28为电源开关。

配合参见图3，坐垫3内分别设有左臀前部压力传感器31、右臀前部压力传感器32、左臀后部压力传感器33和右臀后部压力传感器34，坐垫3内各压力传感器电信号经输出信号线接口35与脚踏板中的CPU电信相连；在坐垫3的上表面设有与人的左右臀部适配的凹面。

显示屏4与上位机1电信号相连显示各项坐姿站起功能评估参数。

本发明中的脚踏板2优选采用左右两半铰接相连的可折叠结构，坐垫3优选采用采用左右两半铰接相连的可折叠结构。

本发明的坐姿站起功能评估方法如下：

a、将坐垫放在无靠背的凳子上，凳面高约五十公分，让受试者坐在坐垫上，双脚放在脚踏板上，上位机启用坐姿站起功能评估软件，点击“开始”后，受试者做站起动作，站起后保持静止一段时间；

b、显示屏实时显示左臀前部、右臀前部、左臀后部、右臀后部、左脚、右脚压力曲线，点击“停止”，压力曲线停止显示，点击“测试结果”，上位机按照算法自动计算下列各项坐姿站起功能评估参数：左足底最大压力、右足底最大压力、左足底平均压力、右足底平均压力、左臀前部最大压力、右臀前部最大压力、左臀平均压力和右臀平均压力；点击“报告”，可生成报告，点击“回放”，可查看波形回放；图12是计算左侧压力变化最大值平均值程序流程图；图13是计算右侧压力变化最大值平均值程序流程图。

c、点击“标记时间”按钮，用鼠标左键点击压力曲线，画出贯穿足底压力曲线区域及臀部压力曲线区域的竖线，用来标记伸展前期开始时间、伸展前期结束时间即伸展期开始时间以及伸展期结束时间；具体做法是：用鼠标左键选定左右臀前部压力开始上升同时左右臀后部压力开始下降的点第一次点击作为伸展前期开始时间，如图14所示。用鼠标左键选定左右臀前部压力值为零的点第二次点击作为伸展前期结束时间即伸展期开始时间，如图15所示。用鼠标左键选定左右足底的压力曲线开始稳定的点第三次点击作为伸展期结束时间，如图16所示。

d、点击“计算参数”按钮，上位机自动显示伸展前期时间、伸展期时间、左臀前部最大压力变化值和右臀前部最大压力变化值、左臀前部平均压力变化值和右臀前部平均压力变化值。

上位机内的坐姿站起功能评估软件的实现流程如下：

进入评估界面后按照零点校正程序流程图、测试开始模块程序流程图、测试结束模块程序流程图、录入报告模块程序流程图、波形回放模块程序流程图、回放停止模块程序流程图、结果显示模块程序流程图顺序执行。

零点校正程序流程如图4所示，点击“零点校正”按钮，执行零点校正程序流程。首先打开串口并判断串口是否打开成功，不成功则直接返回，成功则将串口打开标志置为真，并为数据采集准备接受空间，初始化相关参数及缓冲区，设置各个通道的数据，接下来调用开始采集函数，开启读数据线程，向下位机发送开始采集指令。进行采样数据的解析，判断采样数是否达到100，未达到则将数据进行拼接并保存到数组中，若到达则向下位机发送停止采集指令，并退出读数据线程。计算每个通道数据的平均值，并将数据写入配置文档，零点校正程序流程结束。接下来可以进行测试开始程序流程，在测试过程中可以利用零点校正模块保存的数据对采集的数据进行零点校正处理。

测试开始程序流程如图5所示，点击“测试开始”按钮，执行测试开始程序流程。首先利用相关函数绘制波形显示区背景色，打开并判断串口是否成功打开，未打开则直接返回；打开成功则清空各通道缓冲区并初始化参数及数据缓冲区，锁定相关除“测试停止”以外的其他按钮及参数设置框，调开始采集函数，初始化采集参数，开启读数据线程并向下位机发送开始采集指令。进行采样数据的解析，判断训练时间是否到了，若未达到则将数据进行拼接并保存到数组中，并对数据进行零点校正及滤波等处理；若到达调用测试结束程序。

测试结束程序流程如图6所示，点击“测试结束”按钮，或者测试时间已经到达，则开始执行测试结束程序流程。首先向下位机发送停止采集指令，退出读数据线程，锁定“测试停止”按钮，激活其他按钮及其他参数设置框，判断测试时间是否小于1秒钟，是则直接返回，否则关闭串口，测试结束程序结束。

录入报告程序流程如图7所示，点击“录入报告”按钮，执行录入报告程序流程。首先获取病人报告名称，判断病人报告文件是否存在，若不存在则创建病人报告文件，将创建报告标志置为假，若存在则将标志置为真。判断文件是否是新建的，若是则向报告中写入病人的姓名及编号，若不是新建的则直接将参数写入到报告中。接下来打开报告，判断打开是否成功，成功则显示报告；不成功则提示出错信息，录入报告程序结束。

波形回放程序流程如图8所示，点击“回放”按钮，执行回放程序流程。首先判断采样时是否为0，是则直接返回；不是则锁定除“回放”以外的其他按钮及参数设置框，将控制播放线程标志置为真，播放停止标志置为真，开启回放线程，“回放”按钮变成“停止回放”按钮。回放线程开始绘制波形。波形回放结束后或“停止回放”按钮被按下，调用停止回放程序。

回放停止程序流程如图9所示，点击“停止回放”按钮或者回放结束，执行停止回放流程。首先判断采样数是否为0，是则直接返回；不是则将控制播放线程标志置为假，播放停止标志置为假，关闭回放线程，“停止回放”按钮变成“回放”按钮。解锁除“回放”以外的其他按钮及参数设置框，程序结束。

结果显示程序流程如图10所示，点击“测试结果”按钮，执行结果显示程序流程。首先判断采样数是否为0，是则直接返回，不是则开始定义及初始化相关参数，包括左、右臀前部后的最大压力，左右臀平均压力，左右足底最大及平均压力等。如图9、10所示为计算左右侧压力变化最大值平均值程序流程图，首先记录下伸展前期内各时间点对应的左右臀前部的压力值，并找到这些压力值的最大值，记录下取得最大值的时间点从而找到伸展前期波形的上升段，计算上升段内各点的斜率，找到最大斜率记录下，然后记录各斜率之和从而求得平均斜率，得到左右臀前部压力变化最大值平均值。参数计算并显示之后，程序结束。

在坐姿站起评估测试中，伸展前期时间及伸展期时间参数的计算是由医生通过观察受试者的臀部及足底压力曲线，找到左右臀前部压力曲线开始上升的点作为伸展前期开始时间点，如图14所示，左右臀压力为0的点为伸展前期结束时间点即伸展期开始时间点，如图15所示，左右足底压力曲线趋于稳定的时间点为伸展期结束时间点，如图16所示。时间点标记程序如图11所示，“标记时间”按钮按下后，鼠标点击一次时间标记标志加1，时间标记标志为1是伸展前期开始时间点，为2是伸展前期结束时间点，为3是伸展期结束时间点，时间鼠标点击后标记函数激活，函数激活后当鼠标在足底压力显示区或者臀部压力显示区左击后，就会以当前点的X轴坐标为X轴坐标画一条贯穿足底压力显示区及臀部压力显示区的竖线，当时间标记标志为3时，获得完全站起时间点即伸展期结束时间点，程序结束。

Claims (4)

1.一种非治疗目的坐姿站起功能评估方法，其特征在于：通过一套坐姿站起功能评估装置实施，所述坐姿站起功能评估装置包括：

上位机，上位机内设有坐姿站起功能评估软件；

脚踏板，脚踏板内设有左足底压力传感器和右足底压力传感器以及电源模块、CPU和蓝牙模块，两足底压力传感器分别与CPU电信号相连，蓝牙模块与CPU双向通讯相连并与上位机双向无线通讯相连；

坐垫，坐垫内分别设有左臀前部压力传感器、右臀前部压力传感器、左臀后部压力传感器和右臀后部压力传感器，各压力传感器通过电缆与脚踏板中的CPU电信相连；

显示屏，与上位机电信号相连显示各项坐姿站起功能评估参数；

所述的坐姿站起功能评估方法如下：

a、将坐垫放在无靠背的凳子上，让受试者坐在坐垫上，双脚放在脚踏板上，上位机启用坐姿站起功能评估软件，点击“开始”后，受试者做站起动作，站起后保持静止一段时间；

b、显示屏实时显示左臀前部、右臀前部、左臀后部、右臀后部、左脚、右脚压力曲线，点击“停止”，压力曲线停止显示，点击“测试结果”，上位机按照算法自动计算下列各项坐姿站起功能评估参数：左足底最大压力、右足底最大压力、左足底平均压力、右足底平均压力、左臀前部最大压力、右臀前部最大压力、左臀平均压力和右臀平均压力；点击“报告”，可生成报告，点击“回放”，可查看波形回放；

c、点击“标记时间”按钮，用鼠标左键点击压力曲线，画出贯穿足底压力曲线区域及臀部压力曲线区域的竖线，用来标记伸展前期开始时间、伸展前期结束时间即伸展期开始时间以及伸展期结束时间；具体做法是：用鼠标左键选定左右臀前部压力开始上升同时左右臀后部压力开始下降的点第一次点击作为伸展前期开始时间；用鼠标左键选定左右臀前部压力值为零的点第二次点击作为伸展前期结束时间即伸展期开始时间；用鼠标左键选定左右足底的压力曲线开始稳定的点第三次点击作为伸展期结束时间；

d、点击“计算参数”按钮，上位机自动显示伸展前期时间、伸展期时间、左臀前部最大压力变化值和右臀前部最大压力变化值、左臀前部平均压力变化值和右臀前部平均压力变化值。

2.如权利要求1所述的非治疗目的坐姿站起功能评估方法，其特征在于，所述的坐姿站起功能评估软件包括零点校正模块、测试开始模块、测试结束模块、录入报告模块、波形回放模块、回放停止模块、测试数据计算模块、数据保存模块和结果显示模块。

3.如权利要求1所述的非治疗目的坐姿站起功能评估方法，其特征在于：

所述的左臀前部最大压力变化值、右臀前部最大压力变化值的计算公式为：

$k_{\max }=\mathrm{Max}\frac{F_i-F_{i-1}}{t}(i_{\mathrm{start}}<i<i_{\mathrm{stop}})$

所述的左臀前部平均压力变化值、右臀前部平均压力变化值的计算公式为：

$\stackrel{\&OverBar;}{k}=\frac{\underset{i=i_{\mathrm{start}}}{\overset{i=i_{\mathrm{stop}}}{\mathrm{\&Sigma;}}}\frac{F_i-F_{i-1}}{t}}{i_{\mathrm{start}}-i_{\mathrm{stop}}}$

i_start为伸展前期开始时间点，i_stop为伸展前期结束时间点，t为相邻时间点间的时间差，F_i-F_i-1为左臀前部压力曲线或右臀前部压力曲线中伸展前期内相邻时间点的压力差。

4.如权利要求1所述的非治疗目的坐姿站起功能评估方法，其特征在于：

所述的伸展前期时间T_b的计算公式为：T_b＝t₀-t_start

所述的伸展期时间T的计算公式为：T＝t_stop-t₀

t_start是指受试者开始由坐位站起，即受试者身体前倾，臀部前缘压力开始增大，后臀部压力开始减小的时刻，t₀是指受试者臀部离开座位，即臀部前缘压力为0的时刻，t_stop是指受试者完全站起，即受试者的足底压力曲线稳定的时刻。

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