CN104346518A - 中国人群静态平衡能力评估模型 - Google Patents

Abstract

中国人群静态平衡能力评估，是人体运动能力评估和功能评估的重要内容，属于健康测评的范畴。静态平衡能力的测评，通过三维力传感器实时记录人体在平衡仪上的重心轨迹，通过科学合理的算法，对人体的重心分布、视觉调节、本体感觉、前庭稳定性等对平衡的影响进行评价，从而综合评价人体的平衡能力。该模型主要包括基础测试指标及其均衡性分析、重心分布分析、视觉调节系数分析、本体感觉系数分析、平衡稳定系数分析等内容。通过基础指标、模块指标、直到最后平衡指数综合评价的层层分析和计算，可对人体的平衡能力做出综合的评价，对平衡能力差的原因和风险进行筛查预警，促使人们加强肌肉力量和平衡能力的锻炼，提高平衡能力，降低跌倒风险。

Description

中国人群静态平衡能力评估模型

技术领域

静态平衡能力的评估，数据功能性健康检测的范围。随着年龄的增加，人体神经系统功能逐步退化、肌肉量减少、反应速度下降、神经对肌肉的控制能力也不如从前，从而导致平衡能力下降，增加了摔倒的风险。由于人体的骨量随着年龄的增加逐步流失，在年龄较大的人群中，常有骨质少孔或骨质疏松的存在。当该类人群出现摔倒时，常会出现骨折，对健康和生活造成极大危害，甚至威胁生命。因此，对人体的平衡能力进行评估，进行针对性的平衡能力和肌肉力量的训练，可以延缓增龄性平衡能力的退化，提高肌肉量、增加平衡能力、改善骨密度。

平衡能力是身体的平衡感觉系统(包括视觉、前庭、本体感觉)将感觉到的信息传入到中枢神经系统，经大脑处理后，对肌肉系统发出指令，对身体的姿势进行调节的能力，可反映身体多个系统的功能状态。对平衡能力的评估具有重要的意义。

背景技术

1平衡能力测试方法的发展

(1)观察法

观察法是指用肉眼进行人体特定姿势下睁眼和闭眼状态晃动幅度的比较。最早起于1846年，Romberg对人在双足(单足)站立状态下睁眼、闭眼人体的摇摆幅度进行观察。1966年，Graybiel在Romberg法基础上，增加线性步的观察法，即双脚一前一后站立姿势下，睁眼和闭眼状态的摇摆幅度观察。

(2)量表法

量表法是指测试者根据主观经验，对特定姿势下的平衡能力进行评分。常用的量表有Romberg平衡量表、平衡步态、分级评估(Tinetti POMA)、Lindmark评分法、Fugl-Meyer平衡量表等。平衡量表由于无需特定设备，临床应用比较多。由于受主观经验的影响较大，且只是定性分析，因此应用受到局限。

(3)平衡仪

平衡仪是采用压力传感器对受试者的重心进行实时测量和描记，可采集特定时间内的轨迹长度、包络面积、动摇幅度、重心偏移、动摇频率等指标，可用于定量分析人体的平衡能力。平衡仪由压力传感器、显示器、计算机、平衡分析软件等构成。平衡仪可分为静态平衡仪和动态平衡仪。静态平衡仪的测力台稳定，受试者在相对静止的状态下进行测试；动态平衡仪有多种：测力台不稳定、有特定视觉干扰信号、前两者结合。

2影响平衡的生理机制

(1)整体的通路

平衡调节的生理机制，主要包括平衡感觉系统、中枢神经系统、效应调节系统3大部分组成。感觉系统包括前庭位觉感受(重力、直线加速度、旋转加速度等)、本体感觉(肌梭、腱梭、关节囊压力和张力感受器)和视觉。感觉系统感受的信息，传入到中枢神经系统(脑和脊髓)，经处理后，下达命令到肌肉系统，引起肌肉收缩，从而进行姿态调整。

(2)前庭稳定和位置觉产生机制

身体进行各种变速运动和重力不平衡时产生的感觉，称为位觉或前庭觉。维持身体姿势和平衡的位觉感受装置是内耳迷路中的前庭器，如图1所示。前庭器包括椭圆囊、球囊和三个半规管。椭圆囊和球囊的壁上有囊斑，囊斑中有感受性毛细胞，其纤毛插入耳石膜内。耳石膜表面附着的许多小碳酸钙结晶称为耳石。三个半规管互相垂直，分别称前、后和水平半规管。每个半规管均有膨大端，称为壶腹，壶腹壁上有壶腹嵴，壶腹嵴也含有感受性毛细胞。

重力及直线正负加速度的产生机制：重力及直线正负加速度运动的感受器是囊斑。当头部位置改变，如头前倾、后仰或左、右两侧倾斜时，由于重力对耳石的作用方向改变，耳石膜与毛细胞之间的空间位置发生改变，使毛细胞兴奋，冲动经前庭神经传到前庭神经核，反射性地引起躯干与四肢有关肌肉的肌紧张变化。同时，冲动传入大脑皮质前庭感觉区，产生头部空间位置改变的感觉。当人体作直线变速运动的开始、停止或突然变速时，耳石膜因直线加速度或减速度的惯性而发生位置偏移，使毛细胞的纤毛弯曲，毛细胞兴奋，通过姿势反射来调整有关骨骼肌的张力，以维持身体的平衡。同时也有冲动经丘脑传入人脑皮质感觉区，产生身体在空间的位置及变速的感觉。

旋转运动的产生机制：旋转加速度的感受器是半规管壶腹嵴。当旋转运动开始、停止或突然变速时，由于内淋巴的惯性作用，使终帽弯曲，刺激毛细胞而兴奋，冲动经前庭神经传入中枢，产生旋转运动感觉。在内耳迷路中两侧水平半规管，主要感受绕垂直轴左右旋转的变速运动。其他两对前、后半规管形成前后轴和横轴成45度角排列。主要是感受绕前后轴和横轴旋转的变速运动。冈此，人体可以感受任何平面上不同方向旋转变速运动的刺激，并做出准确的反应。

(3)本体感受器

本体感受器是指位于肌肉、肌腱和关节中的感受器，感受身体在空间运动时位置、张力的变化。在肌肉中，有感受肌肉长度和肌肉张力的感受器，分别为肌梭和腱梭(如图2)；在关节中，有感受关节囊内压力和张力的感受器。这些感受器将感受到的信息传输给上一级神经元，经中枢处理后，进行肌肉收缩或舒张的调节。

3平衡仪设备的原理

平衡仪是由三维测力台技术演化而来。通常平衡仪包括测力台、计算机、显示器、平衡分析软件等主要部分。其核心原理仍然是测力台。测力台的原理如图3所示。测力台下方是压电传感器，当人体站到测力台上之后，每个测力台都检测到对应的压力。不同级别的设备，采样的频率也不同，但通常采样频率都比较高，可以视为实时采集身体的重心变化。通过多个传感器受力的分析，可得出身体重心在设定坐标体系中的投影位置。将重心投影位置实时连接起来，就形成了重心轨迹图，然后根据特定的测试方案，就可以得到总轨迹长、包络面积、单位面积轨迹长、动摇幅度等参数。

4平衡测试指标的概念和意义

平衡测试主要指标的概念和意义如下表所示：

5平衡测试的方案

平衡的测试方案有很多种的选择，主要可以从测试姿势、视觉阻断、持续时间三个维度进行调整。测试姿势包括坐姿、站姿(双足、单足、线性步)；视觉阻断包括睁眼和闭眼；持续时间指测试的时间，每种测试状态的时间不同，有60秒、30秒、15秒、10秒等可选。

本评估模型采用4种测试状态，方案如下：(1)双足睁眼30秒；(2)双足闭眼30秒；(3)单足睁眼15秒；(4)单足闭眼10秒。在保证测试结果准确可反映平衡能力的前提下，使方案适应更多的人群，且操作简化。

发明内容

1中国人静态平衡能力模型框架和指标体系

静态平衡能力评估模型，包括基础测试指标、整体均衡性、测试评价、重心分布4大主要模块，如图4所示，其中后3者都是由基础测试指标按照一定的标准或算法推导而出，对平衡能力的评价具有重要意义。介绍如下：

(1)基础测试指标：包含轨迹图、动摇总轨迹长、外周面积、单位面积轨迹长、X轴平均中心变位、Y轴平均中心变位、Romberg商等内容；

(2)整体均衡性：整体均衡性的表达是一个雷达图，将外周面积、单位面积轨迹长、X轴平均中心变位、Y轴平均中心变位、Romberg商5个指标放在一起进行综合评价，整体性强，很直观，如图，两条虚线分别代表(平均数-2*标准差)、(平均数+2*标准差)的界线，其间的范围代表正常人99％的可信区间。

(3)测试评价：包含视觉调节系数、平衡稳定性系数和本体感觉系数3项，从3个方面评价平衡能力，综合反映视觉、前庭、本体感觉、神经肌肉等对平衡能力的影响；

(4)重心分布：包含重心所在的象限位置，重心偏移中心的幅度以及偏移幅度的评价，用来评价重心的偏移以及跌倒的风险，预测跌倒的方向，从而进行针对性的肌肉锻炼；

2指标、模块及整个模型的算法

(1)各个指标的算法

平衡仪基础指标由设备自动获取，如总轨迹长、包络面积、单位面积轨迹长、动摇径、重心位置、重心偏移幅度等。指标标准的制定，采用大样本数据，经过离差法进行确定；

(2)各个模块的算法

视觉调节系数：根据双足睁眼闭眼、睁眼状态下Romberg商值进行推算；

平衡稳定性系数：平衡稳定系数是4种测试状态平衡稳定功能加权平均的总和，每种状态下的平衡稳定性(A)计算方法如下：定测试状态分别为A1-A4，对应权重分别为γ1-γ4，那么总体的平衡稳定性系数＝A1*γ1+A2*γ2+A3*γ3+A4*γ4。不同年龄段4种测试状态的权重不同。

本体感觉系数：本体感觉系数是根据双足闭眼和单足闭眼状态下单位面积轨迹长计算得出，不同年龄段公式中的系数和修正常数不同。

(3)整个模型(平衡指数)的算法

平衡指数的算法，采用主成分分析的方法。经过统计分析，得到影响平衡指数的9大主要冈素：单(双)足闭眼包络面积、单(双)足闭眼X平均重心坐标、单(双)足闭眼Y平均重心坐标、单足睁眼包络面积、双足闭眼总轨迹长、双足闭眼单位面积轨迹长。经过统计分析，对9大冈素进行权重确定。平衡指数＝∑(各单项指标的百分算法*相应的权重)。不同年龄段，9大因素的权重有所不同。

3指标、模块、整体模型的标准

静态平衡能力评估模型中的指标以及综合评价，绝大多数都采用5个等级的评价，分别为差、稍差、中等、良好、优秀。标准的制定，制定等级标准的方法为离差法。根据采集的大量数据，采用离差法进行计算，可以得出不同等级的数值范围，可进行评价。离差法标准制定是基于足够的数据量，而且数据量越大，越接近真实水平，因此随着数据量的积累，可定期对标准进行更新，使得评价更精准。

4评价报告内容及算法

平衡能力评价报告，包括测试数据、测试评价、整体均衡性评价、重心分布、综合分析、平衡指数评价图6大部分的内容，如图6所示。其中指标的评价标准上文已有说明，在有对应的评价之后，数据在雷达图上的标记、测试评价(视觉调节、平衡稳定、本体感觉)进度条的进度、不同评价结果的内容表达、重心分布图中的位置打点以及综合分析中不同评价级别的内容表达、平衡指数随年龄变化标准图上测试结果位置的标定等，都需要对应的知识库和算法来支撑整个内容的表达。在该评估模型中，报告的内容表达和算法已经成熟，而且已经实现软件化，在测试结果传回到计算机之后，可自动生成评价报告。

附图说明

图1前庭器结构示意图

图2肌梭腱梭示意图

图3平衡仪原理示意图

图4静态平衡能力评估模型

图5整体均衡性雷达图

图6平衡能力评估报告

具体实施方式

中国人群静态平衡能力评估是一种健康评估方法，其具体实施依托于奥美“健康体适能管理系统V8”软件，平衡仪与计算机软件相连，采集的数据通过软件分析，可自动生成报告，进行综合评价。具体实施方式如下：

1使平衡仪与计算机保持连接，打开设备，校准，完成测试前准备；

2受试者注册，进行基本信息录入；

3分别进行双足睁眼(30秒)、双足闭眼(20秒)、单足睁眼(20秒)、单足闭眼(10秒)4种状态下的平衡测试；

4测试完成，自动生成报告，由专业人员进行报告解读。

Claims (7)

1.一种适用于中国人群的静态平衡能力评估模型，包括：

(1)基本指标体系及其均衡图(雷达图)——轨迹图，总轨迹长，外周面积，单位面积轨迹长，X轴平均中心变位，Y轴平均中心变位，Romberg商值，平均动摇速率(总体，X轴，Y轴)等；

(2)重心分布及跌倒风险评估的算法和评价标准；

(3)视觉调节系数的算法及评价标准；

(4)平衡稳定系数的算法及评价标准；

(5)本体感觉系数的算法及评价标准；

(6)整体平衡能力——平衡指数的算法和评价标准；

(7)平衡能力评估报告设计及其对应的算法；

(8)集以上内容、算法、标准、报告的自动化评估软件平台(健康体适能管理系统中的平衡模块)。

2.如权利要求书1所述的方法，其特征在于，构建了静态平衡能力评估的基本框架——基础指标、均衡性分析、重心分布分析、视觉调节系数分析、平衡稳定系数分析、本体感觉系数分析和综合分析。

3.如权利要求书1所述的方法，其特征在于，将传统理论体系中影响平衡能力的三大重要因素(前庭稳定性、本体感觉、视觉调节)进行模块化的量化分析，并根据测试的数据制定适合中国人群不同性别，不同年龄段的评价标准。

4.如权利要求书1所述的方法，其特征在于，根据原始的重心轨迹图，专设“重心分布”分析模块，对重心位置，重心偏移幅度进行分析，并根据不同的偏离幅度，判断其跌倒的风险。

5.如权利要求书1所述的方法，其特征在于，基于中国人群的样本数据，制定整体平衡能力——平衡指数的评价标准。

6.如权利要求书1所述的方法，其特征在于，平衡指数的算法，采用主成分分析的方法确定9大主成分及其对应的权重，然后根据加权平均的方法计算平衡指数。

7.如权利要求书1所述的方法，其特征在于，报告设计有独特的样式和内容，报告背后有丰富的知识库和算法文档。