CN103736255B - 下肢潜能开发训练用的循经导络导引反馈康复训练系统 - Google Patents

Abstract

下肢潜能开发训练用的循经导络导引反馈康复训练系统，属于由中枢神经损伤导致的下肢运动功能障碍和康复训练的设备领域，其特征在于是一种中医导引术结合经络传导进行中枢神经潜能开发和下肢运动功能重建的计算机人‑机对话式系统，使用动画技术模拟下肢运动的程序信号曲线，根据“目标‑动力”机制设定动作肌信号曲线的标高运动程序或由弱到强的信号序列，在音配像六步法中医导引训练下培养病人的潜能开发意识，使体疗师通过Vista软件调用下肢的训练模块训练病人进行实际关节活动，并实现加阻尼的循经导络导引反馈康复训练。本发明用计算机自动计算正常人与病人在肢体不同位置下膝关节的角度和生物电流波形的标高差，提高了治疗的效果。

Description

下肢潜能开发训练用的循经导络导引反馈康复训练系统

技术领域

该发明属于循经导络导引反馈康复训练系统技术领域。

背景技术

大量研究证实中枢神经系统具有结构和功能上的重新组织能力，即可塑性，系损伤后的残余细胞或损伤区周围的正常细胞，通过训练达到功能重组，以新的方式重新获得因损伤而丧失的功能的过程，是神经组织损伤后的功能代偿过程。可塑性的具体实现可能是神经细胞间随着环境的变化而发生改变的结果，表现为突触联系的再适应、长时程强化效应、轴突的延伸和新突联系的建立，是损伤后通过康复训练促进功能恢复的理论基础。实验研究证明，运动皮质功能的可塑性是一种“技巧性-依赖”，而不是单纯的“使用-依赖”，即在缺乏新的技巧动作时，不引起运动皮质功能的可塑性变化，这对指导康复训练方法的建立具有重要意义。

受中枢神经细胞再生能力的影响，其损伤后丧失的功能要靠脑功能重组和运动模式的再输入才能得到恢复、即人体潜能的开发利用。人体潜能是以物质存在为坚实基础的。研究表明人脑细胞平均1400多亿个，正常情况下只用6%～8%左右，足可见细胞储备之大、潜能之巨。但关键是用何种方法才能使人体蕴藏的潜能得到足以补偿功能缺陷的开发利用。人体潜能在毅力、遇到刺激、不幸、灾难和变故（简称危急状态）等有动力的情况下才能较好的发挥出来。但偏瘫、脑瘫、截瘫等患者往往有比较严重的原发病，如高血压、糖尿病、心脏病等，危急状态下的训练则有加重病情的可能。显然，危急状态下的潜能开发训练不能简单地用于该类患者的康复。研究和寻找能够充分启发和调动患者毅力去努力完成脑支配肢体动作、在完成肢体动作过程中能够营造没有危险的“危急状态”的方法，是挖掘人体潜能、重新恢复该类患者肢体功能的重要措施，是当今康复临床所急需的。

发明内容

本发明的目的在于如何使下肢运动潜能开发实现计算机化。

本发明的特征在于是一种“人-机”对话式，在体疗师指导下基于六步法中医导引方法的、通过病人下肢主动运动进行患侧下肢运动潜能开发的、循络导络导引反馈康复训练装置。系由计算机、双图像显示式训练屏，传感器以及下肢运动潜能开发训练设备组成，其中：

计算机：

设有：从CCD摄像头输出的患侧下肢的膝关节运动障碍图像的输入端口。

从患侧下肢的膝关节处的生物电极输出的生物电流输入端口。

还设有：

音配像的配音讲解经络传导系统与肢体运动功能之间的关系的人体潜能开发推介模块。

下肢康复治疗模块设有：人体下肢正常运动时膝关节生物电流的波形及其标高尺，并按照膝关节运动由弱到强的训练，依次组织成标有对应位置膝关节生物电流幅值和平均值的序列，以及人体下肢正常运动时，膝关节的运动图像及膝关节运动到不同位置下的弯曲角度，其中至少包括：接近0°、90°、接近180°三个关键弯曲角度，音乐背景选择模块，在体疗师指导下，由患者自主选择。

存储模块：存储患者个体信息，以及以往进行过的康复训练项目、名称、程度和进展。

图像显示驱动模块：在所述双图像显示式训练屏下，分别显示正常人在进行下肢屈曲、伸直运动时配有标高的生物电流波形，以及相对应的下肢运动部位膝关节弯曲角度。

控制模块：是一个Vista软件管理平台，依照“人-机”对话方式，使病人在体疗师指导下进行患侧下肢膝关节部位的康复训练，具体步骤如下：

步骤（1）：体疗师输入患者个人信息，以及所述以往进行过的康复训练项目的历史数据，

步骤（2）：体疗师判断病人是否有禁忌症，

若没有，则输入信号“1”，否则输入信号“0”，以停止训练，

步骤（3）：体疗师判断病人对训练的适应度：

若病人已经进行过站立床训练，并具有90⁰位站立30分钟，血压仍属正常的记录时，则病人能适应训练，则输入信号“1”，否则输入信号“0”停止训练，

步骤（4）：系统初始化，

在病人患病下肢的膝关节附近安装生物电极，以便在膝关节处于不同伸屈角度时，把生物电流输入所述的计算机。

把CCD摄像头安装在所述下肢运动潜能开发训练装置上，能拍摄到患侧下肢膝关节运动图像的部位下，以便把膝关节处于不同弯曲角度时的运动图像输入所述计算机。

体疗师根据运动处方在所述下肢运动潜能开发训练装置下悬挂设定，重量相当于减重量的沙袋，

步骤（5）：体疗师启动所述计算机，调取所述人体潜能开发推介模块，并在所述双图像显示式训练屏下，显示音配像的经络传导系统与肢体运动功能之间的运动图像，协助病人建立潜能开发意识，

步骤（6）：病人进入训练准备状态：

病人穿戴吊带，根据运动处方，在所述下肢运动潜能开发训练装置上悬挂所需减重的沙袋，病人双手抓扶住所述下肢运动潜能开发训练装置的侧壁上的扶手，

步骤（7）：依次按一下步骤进行训练：

步骤（7.1）：蹲起训练。

患者于膝关节处于屈曲位开始，使弯曲角度接近于0度后，缓慢蹲起，一直到膝关节弯曲角度≥90°位但小于180°为止，此时：

若输入信号为CCD摄像头输入的病人下肢膝关节运动障碍图像，则通过所述图像显示驱动模块，在所述双图像显示到训练屏下显示病人患侧下肢膝关节的运动部位，随着膝关节由弱到强的运动，实时显示膝关节的运动部位，直至在体疗师施加运动阻力下，患侧下肢达到运动极限时为止，转步骤（7.2），

若输入信号为由病人患侧下肢膝关节附近所连接的生物电极输出的生物电流波形，则通过所述双图像显示式训练屏，显示病人患侧下肢膝关节处于不同位置时的生物电流波形和标高，转步骤（7.2），

步骤（7.2）：蹲落训练。

从病人患侧下肢的膝关节处于伸直位开始，缓慢蹲落，直到膝关节尽可能地弯曲时止，

步骤（7.3）：下肢控制能力训练。

在减重和安全保护状态下，病人的两脚分别踩在所述下肢运动潜能开发训练装置的刻度板最里圈的100分位置，身体重心移向健康的下肢，使病人尽可能抬高患侧下肢，然后把患侧下肢落入最里圈100分位置内，并逐渐缩短完成动作的时间，

计算机按正常人与病人在下肢运动图像下不同位显示弯曲角度的实时角差或者生物电流在标高下的实时差异，分别输入对应的训练效果数据组中：

所述计算机按以下步骤计算病人患侧下肢和正常人同侧下肢膝关节处在不同运动位置下的、实时的膝关节夹角的角度，

第1步：计算机控制CCD摄像头，用相同的采集频率，摄取自同一个运动起点开始的病人患侧下肢和正常人同侧下肢的膝关节运动序列，直至各自到达运动终点为止，

第2步：在同一采样时刻的两张图像下，用Canny边缘检测软件分别探测下肢运动图像，和背景图像交界区域内像素点发生突变的点，得到两段不同的下肢内轮廓曲线，覆盖了部分大腿、全部膝关节和部分小腿，

第3步：在大腿部分和下腿部分各任取一点，向着膝关节方向相向而行，得到曲率变化最大的点，即为内轮廓曲线下的拐点。再背向膝关节方向和反向而行，找到曲率变化开始不变的点，作为内轮廓曲线外切点，得到两张不同运动图像的拐点和外切点，

第4步：沿着两张不同运动图像的各自两条外切点，作各自内轮廓曲线的外切线，两条所述外切线的夹角，即为两个所述内轮廓曲线的各自夹角，

第5步：在每张运动图像下，于任何一条切线下任取一点，向另一条切线作垂线，使垂足、垂线的起点的两条切线的交点形成一个直角三角形，求出两条切线夹角的值，

第6步：求出正常人运动图像下内轮廓曲线的夹角，以及与病人运动图像下所述内轮廓曲线的夹角之差，即为效果数据，

第7步：求出每两张不同运动图像下两条内轮廓线夹角之差，组成效果数据组存储，转步骤（7.4）；

步骤（7.4）：计算机判断是否达到每次训练20-30分钟、每天训练2次、60次为一个疗程的设定值，若未达到，重复步骤（7.1）-步骤（7.3），直到满足设定的训练时间及疗程为止，转步骤（7.5）；若已达到直接转步骤（7.5），

步骤（7.5）：若已完成一个疗程，则体疗师在步骤（7.4）中采集到最后一组效果数据后，发出中断指令。根据步骤（7.4）得到的效果数据组，判定下一疗程的康复目标及运动处方，重复执行步骤（7.1）-步骤（7.4），直到病人康复为止。

附图说明：

图1. 下肢运动潜能开发训练装置的结构图；

图2. 本发明的系统框图；

图3. 内轮廓曲线夹角计算的示意图；

3. 内轮廓线，

21.22.外切线，

41.42.切点

图4. 计算机辅助训练程序流程图；

具体实施方式：

一种用于恢复中枢神经系统损伤后丧失的下肢运动功能的训练设备，包括：滑轮减重部件11，12、支撑框架部2、吊带固定部件3、减重部件4、以及底座部件5。其中：底座部件5是训练床，沿长度方向的一端，连接着一个使患者的轮椅上下所述训练架用的斜坡，在所述训练床上的床面上，对应上方吊带固定部件3处，铺有一个供患者进行下肢运动控制能力训练用的刻度脚踏板，上面刻有三个同心圆，内圆供患者在控制下肢运动能力训练时双脚站在其中。

支撑框架部件2，是一个与所述训练床等宽且垂直固定在所述训练床左右两侧长边上的第一、第二两层“冂”字型支撑框架拼成的双层框架，在所述双层框架顶部有多根用于连接所述第一、第二的两侧“冂”字型支撑框架的加强肋。

滑轮减重部件，由两个各自分别通过一根支撑杆焊接在中部和一侧的两个所述加强肋上的第一、第二的滑轮（11、12），以及滑动连接在两个所述滑轮（11、12）外圆凹槽内且包在塑料管内的钢丝绳构成。

吊带固定部件3， 是一个穿戴于人体胸腰部的吊带与位于所述第一滑轮11下的钢丝绳端部的挂钩相连接。

减重部件4，是沙袋挂在位于所述第二滑轮12端的钢丝绳挂钩上。位于所述第二滑轮（12）处的钢丝绳，穿过一个沙袋限位块中的中心孔后，在通过挂钩与沙袋挂接。所述沙袋限位块固定连接在所述两个支撑框架的垂直臂之间。

刻度脚踏板上的三个同心圆中，半径最小的是内圆，半径最大的是外圆。在进行下肢控制能力训练时，患者抬起患病一侧的下肢后，能重新站回内圆中时评为100分，站到最大圆时评为60分，回到中间的同心圆中时评为80分。在所述刻度脚踏板上，能反映三种评分的位置上，装有压力传感器分别与计算机相连。

训练步骤如下：计算机控制过程见图4。

1．训练前准备：当患者已经进行过站立床训练，并具有90⁰位站立30分钟，血压仍属正常的记录时，方可进行此项训练。穿戴吊带，根据运动处方悬挂所需减重量的沙袋，治疗师根据患者的具体情况，位于患者一侧或前后方，患者双手可抓扶潜能训练器的侧壁。

2．下肢潜能训练：包括蹲起和蹲落两种。蹲起训练：患者于下蹲位，注意将身体重心移向瘫痪侧。指导患者深吸气并缓慢呼出，再集中精力深吸气屏住呼吸，将注意力集中在瘫痪侧的股四头肌上，在缓慢站起的同时体会股四头肌收缩的感觉。当患者不能自己站起时由体疗师适当协助，当膝关节弯曲角度超过90°时，体疗师根据情况适当减少搀扶力量，并用“站起来、不然就摔了，坚持、不然就碰了”等言语营造危急气氛，并鼓励患者尽力自己站起。蹲落训练：体疗师指导患者集中精力深吸气屏住呼吸后缓慢下蹲，并注意将身体中心移向瘫痪侧，蹲落过程中体会股四头肌紧张的感觉。当患者不能自己下蹲时由体疗师适当协助，在膝关节弯曲角度位于90°时体疗师根据情况适当减少搀扶力度，用“维持住、不然就摔了，坚持、不然就碰了” 等言语营造危急气氛，并鼓励患者尽量维持此位置3-5秒钟。

3、肢体控制能力训练：在减重和安全保护状态下，患者两脚分别踩在刻度板最里圈的100分位置，身体重心移向健侧，治疗师指导患者努力屈髋屈膝、抬高患肢，然后尽力将患侧脚放回最里圈100分位置内，并逐渐缩短完成动作的时间。训练时间每次30分钟，30次为一个疗程，一疗程结束后重新进行评估，决定是否进行下一疗程的治疗。

适应症：该装置适用于中枢神经系统和骨关节、肌肉损伤后病情稳定的急性期和慢性期下肢运动功能障碍和运动协调能力恢复性训练，如偏瘫、脑瘫、小儿脑瘫、不完全截瘫、外周神经损伤和关节肌肉功能障碍等患者，尚适用于传统康复方法治疗不能进一步改善下肢功能的患者。

禁忌症：1. 病情不稳定的急性期患者；2. 严重高血压和糖尿病未得到较好控制者；3. 严重心脏病和肺功能低下，心血管反应能力低，站起时出现明显头晕和血压下降者。

本发明中的减重装置4减重系统可以是减重把手，由体疗师手握减重把手控制减重的量，也可以是减重沙袋，并且为了保持平衡并防止沙袋抽回到滑轮处，在沙袋上端十厘米处有一内有圆孔的挡板，滑轮减重部件中的钢丝挂钩通过该圆孔与下面的沙袋相连。

Claims (1)

1.下肢潜能开发训练用的循经导络导引反馈康复训练系统，其特征在于是一种“人-机”对话形式，在体疗师指导下，基于六步法中医导引方法的、通过病人下肢主动运动，以开发支配患侧下肢运动的中枢神经潜能的循经导络导引反馈康复训练装置，由计算机、双图像显示式训练屏，传感器以及下肢运动潜能开发训练装置组成，其中：

计算机：

设有：从CCD摄像头输出的患侧下肢的膝关节运动障碍图像的输入端口，

从患侧下肢的膝关节处的生物电极输出的生物电流输入端口，

还设有：

音配像的配音讲解经络传导系统与肢体运动功能之间的关系的人体潜能开发推介模块，

下肢康复治疗模块设有：人体下肢正常运动时，膝关节生物电流的波形及其标高尺，并按照膝关节运动由弱到强的顺序拼成的标有对应位置膝关节生物电流的幅值和平均值的序列，人体下肢正常运动时膝关节的运动图像及膝关节运动到不同位置下的弯曲角度，其中至少包括：接近0°、90°、接近180°三个关键弯曲角度，音乐背景选择模块：在体疗师指导下，由患者自主选择使用，

存储模块：存储患者病人个人信息，以及以往进行过的康复训练项目、名称、程度和进展，

图像显示驱动模块：在所述双图像显示式训练屏下，分别显示正常人在进行下肢屈曲、伸直运动时配有标高的生物电流波形，以及相对应的下肢运动部位膝关节伸屈角度，

控制模块：是一个Vista软件管理平台，依照“人-机”对话方式，使病人在体疗师指导下进行患侧下肢膝关节部位的康复训练，具体步骤如下：

步骤（1）：体疗师输入患者个人信息，以及所述以往进行过的康复训练项目的历史数据，

步骤（2）：体疗师判断病人是否有禁忌症，

若没有，则输入信号“1”，否则输入信号“0”，以停止训练，

步骤（3）：体疗师判断病人对训练的适应度，

若病人进行过站立床训练，并具有在90⁰位站立30分钟，生命体征仍属正常时，则病人能适应训练，则输入信号“1”，否则输入信号“0”，停止训练，

步骤（4）：系统初始化，

在病人患病下肢的膝关节附近安装生物电极，以便在膝关节处于不同伸屈角度时，把生物电流输入所述的计算机，

把CCD摄像头安装在所述下肢运动潜能开发训练装置上，能拍摄到患侧下肢膝关节运动图像的部位处，以便把膝关节处于不同伸屈角度时的运动图像输入所述计算机，

体疗师根据运动处方在所述下肢运动潜能开发训练装置下悬挂设定重量相当于减重量的沙袋，

步骤（5）：体疗师启动所述计算机，调取所述人体潜能开发推介模块，并在所述双图像显示式训练屏下，显示音配像的经络传导系统与肢体运动功能之间的运动图像，协助病人建立潜能开发意识，

步骤（6）：病人进入训练准备状态：

病人穿戴吊带，根据运动处方，在所述下肢运动潜能开发训练装置上悬挂所需减重的沙袋，病人双手抓扶住所述下肢运动潜能开发训练装置的侧壁上的扶手，

步骤（7）：依次按以下步骤进行训练：

步骤（7.1）：蹲起训练

患者于膝关节处于屈曲位开始，使伸屈角度接近于0度后，缓慢蹲起，一直到膝关节弯曲角度≥90°位但小于180°为止，此时：

若输入信号为CCD摄像头输入的病人下肢膝关节运动障碍图像，则通过所述图像显示驱动模块，在所述双图像显示式训练屏下显示病人患侧下肢膝关节的运动部位，随着膝关节由弱到强的运动，实时显示膝关节的运动部位，直至在体疗师施加运动阻力下，患侧下肢达到运动极限时为止，转步骤（7.2），

若输入信号为由病人患侧下肢膝关节附近所连接的生物电极输出的生物电流波形，则通过所述双图像显示式训练屏，显示病人患侧下肢膝关节处于不同位置时的生物电流波形和标高，转步骤（7.2），

步骤（7.2）：蹲落训练

从病人患侧下肢的膝关节处于伸直位开始，缓慢蹲落，直到膝关节尽可能地屈曲时止，

步骤（7.3）：下肢控制能力训练，

在减重和安全保护状态下，病人的两脚分别踩在所述下肢运动潜能开发训练装置的刻度板最里圈的100分位置，身体重心移向健侧的下肢，使病人尽可能抬高患侧下肢，然后把患侧下肢落入最里圈100分位置内，并逐渐缩短完成动作的时间，

计算机按正常人与病人在下肢运动图像下不同位显示伸膝角度的实时角差或者生物电流在标高下的实时差异，分别输入对应的训练效果数据组中：

所述计算机按以下步骤计算病人患侧下肢和正常人同侧下肢膝关节处在不同运动位置下的、实时的膝关节夹角的角度，

第1步：计算机控制CCD摄像头，用相同的采集频率，摄取自同一个运动起点开始的病人患侧下肢和正常人同侧下肢的膝关节运动序列，直至各自到达运动终点为止，

第2步：在同一采样时刻的两张图像下，用Canny边缘检测软件分别探测下肢运动图像和背景图像交界区域内像素点发生突变的点，得到两段不同的下肢内轮廓曲线，覆盖了部分大腿、全部膝关节和部分小腿，

第3步：在大腿部分和小腿部分各任取一点，向着膝关节方向相向而行，得到曲率变化最大的点，即为内轮廓曲线下的拐点，再背离膝关节方向反向而行，找到曲率变化开始不变的点，作为内轮廓曲线外切点，得到两张不同运动图像的拐点和外切点，

第4步：沿着两张不同运动图像的各自两条外切点，作各自内轮廓曲线的外切线，两条所述外切线的夹角，即为两个所述内轮廓曲线的各自夹角，

第5步：在每张运动图像下，于任何一条切线下任取一点A，向另一条切线作垂线，使垂足、垂线的起点和两条切线的交点形成一个直角三角形，求出两条切线夹角的值，

第6步：求出正常人运动图像下内轮廓曲线的夹角，以及与病人运动图像下所述内轮廓曲线的夹角之差，即为效果数据，

第7步：求出每两张不同运动图像下两条内轮廓线夹角之差，组成效果数据组存储，转步骤（7.4）；

步骤（7.4）：计算机判断是否达到每次训练为20-30分钟、每天训练2次、60次为一个疗程的设定值，若未达到，重复步骤（7.1）-步骤（7.3），直到满足设定的训练时间及疗程为止，转步骤（7.5）；若已达到直接转步骤（7.5），

步骤（7.5）： 若已完成一个疗程，则体疗师在步骤（7.4）中采集到最后一组效果数据后，发出中断指令，根据步骤（7.4）得到的效果数据组，判定下一疗程的康复目标及运动处方，重复执行步骤 （7.1）-步骤（7.4），直到病人康复为止。