CN111000573B - 一种手部精细动作能力测试与训练装置 - Google Patents

一种手部精细动作能力测试与训练装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种手部精细动作能力测试与训练装置，由手臂托架、手部托架、测力传感器、程控阻力源、控制盒、支撑台面和测评分析软件等组成。测试时，为了防止动作代偿，将受试者手臂绑缚在手臂托架上、手掌绑缚在手部托架上，受试者单个或多个手指自主牵拉加力末端的绳结、左右旋转手腕，分别获取测力传感器、角度传感器、牵拉绳长度变化信号，传送到测试分析软件，可用于量化评估受试者腕关节、指关节的活动能力，从而实现手部精细动作能力测试的测评；康复训练时，受试者做测试位相同的动作，通过调整阻力源输出的阻力，使得受试者的指关节、腕关节活动过程中，收到不同程度的阻力，实现抗阻训练效果。

Description

一种手部精细动作能力测试与训练装置
技术领域
本发明涉及康复训练及医疗卫生领域，尤其涉及一种手部精细动作能力测试与训练装置。
背景技术
手部精细动作能力是指人体凭借手以及手指等部位的小肌肉或小肌肉群的运动，在感知觉、注意等多方面心理活动的配合下完成特定任务的能力，是日常生活自理能力的基础考察指标。年龄增长、慢性疾病等影响下，人体运动机能衰退中，手部精细动作控制能力显著下降，特别是手指、手腕的力量和关节活动能力衰退明显。
实践中，对手部精细动作能力的测评，一般根据受试者模拟动作的完成情况进行量表评估，或者以惯性传感器等获取手指运动信号进行相关性分析评估；在康复训练实践中，当前主要关注患者注意力、协调性等神经功能康复训练，指腕关节的力量和活动度训练方面，主要以砝码负重训练实现；康复训练方案的制定缺乏量化依据，训练过程安全性和有效性较差。
发明内容
本发明技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种手部精细动作能力测试与训练装置，具有操作简便、训练过程柔顺、安全性高等优点。
本发明的具体内容如下：
本发明的一种手部精细动作能力测试与训练装置，包括：手臂托架、手部托架、控制盒、测力传感器、程控阻力源、支撑台面和测评分析软件；手臂托架、手部托架、控制盒和程控阻力源固定在支撑台面上；
所述手臂托架，用于固定受试者手臂，由上臂托架、阻尼铰链、前臂托架、滑块、导轨组成；上臂托架通过阻尼铰链与前臂托架连接，前臂托架下部安装滑块，沿导轨滑动，导轨固定在支撑台面上；使用时，根据受试者位姿和动作习惯，将将受试者手臂绑缚在手臂托架上，调节阻尼铰链角度、滑块位置后锁止；
所述手部托架，用于支撑受试者手部，由加力末端、托架本体、角度传感器、轴承套件组成；加力末端安装在托架本体上，前后调节位置，托架本体通过轴承套件固定在支撑台面上，托架本体与轴承套件之间安装有角度传感器；使用时，根据受试者位姿和动作习惯，将受试者手掌绑缚在托架本体上，调加力末端位置后锁止，受试者单个或多个手指自主牵拉穿过加力末端的绳结，手腕摆动带动角度传感器转动；
所述控制盒获取测力传感器和角度传感器输出的信号，传输到测试分析软件。
所述程控阻力源输出端安装有测力传感器，测力传感器的另一端通过弹性零件、牵拉绳、滑轮组后，穿过加力末端，为手指、手掌的力量测试、抗阻训练提供柔顺阻力；
测试分析软件根据控制盒获取的数据，计算分析受试者指关节、腕关节力量水平与活动能力，进而分析手部精细动作能力
所述控制盒由信号采集部分和控制部分组成，采集测力传感器和角度传感器信号，依据信号变化率，输出控制信号，控制程控阻力源输出的阻力大小。
所述测试分析软件根据设定测试训练姿势下测力传感器和角度传感器信号，分别计算拉力、屈伸幅度和摆动角度，进而加权计算分析手部精细动作能力；所述的设定测试训练姿势包括单个手指屈曲钩拉、食指和拇指对捏拉力、腕关节屈伸、腕关节摆动。
使用时，受试者可以逐个手指、腕关节进行力量和活动度测试训练，也可以多个手指同时进行力量和活动度测试训练。
本发明具有以下有益效果：
(1)本发明由手臂托架、手部托架、测力传感器、程控阻力源、控制盒、支撑台面和测评分析软件等组成，通过获取测力传感器、角度传感器、牵拉绳长度变化信号，控制阻力输出，实现手部精细动作能力量化测评，辅助患者进行腕关节和指关节的关节活动度康复、手指肌肉力量训练，具有操作简便、训练过程柔顺、安全性高等优点。
(2)本发明在手部精细动作能力量化测评、康复训练方案制定，辅助患者进行腕关节和指关节的关节活动度康复、手指肌肉力量训练等方面均可发挥积极作用，具有操作简便、训练过程柔顺、安全性高等优点。
(3)使用时，受试者可以逐个手指、腕关节进行力量和活动度测试训练，也可以多个手指同时进行力量和活动度测试训练，实现手部精细动作能力综合测评与针对性训练。
(4)使用过程中，手臂的固定，可有效防止动作代偿，提高康复训练效率；
(5)本发明的程控阻力源的输出可根据受试者的基本信息、测试结果及康复治疗方案进行动态调整，有效提高康复训练过程安全性。
附图说明
图1是本发明的手部精细动作能力测试与训练装置整体示意图；
图2是本发明的手臂托架部分结构示意图；
图3为本发明的手部托架部分结构示意图；
图4为本发明的一种实施案例的示意图。
其中：手臂托架1、手部托架2、控制盒3、测力传感器4、程控阻力源5、支撑台面6、测评分析软件7、上臂托架1-1、阻尼铰链1-2、前臂托架1-3、滑块1-4、导轨1-5、加力末端2-1、托架本体2-2、角度传感器2-3、轴承套件2-4。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行进一步描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1是本发明的手部精细动作能力测试与训练装置整体示意图。一种手部精细动作能力测试与训练装置，由手臂托架1、手部托架2、控制盒3、测力传感器4、程控阻力源5、支撑台面6和测评分析软件7组成。手臂托架1、手部托架2、控制盒3和程控阻力源5固定在支撑台面6上。
测试前，根据受试者位姿和动作习惯，先用医用绑带将受试者手臂绑缚在手臂托架上，调节阻尼铰链角度、滑块，使得受试者手部处于可自由活动的位置后锁止；然后用绑带将受试者手掌按测试要求绑缚在手部托架，调加力末端位置，使得受试者手指处于可自由活动后锁止。
手指活动测试过程中，受试者单个或多个手指自主牵拉穿过加力末端的绳结，通过滑轮作用到测力传感器上，控制盒检测滑轮转动和测力传感器输出，获取手指活动范围和力量信息；
手指活动测试过程中，受试者手指抓住加力末端的绳结，手腕摆动带动角度传感器转动，通过滑轮作用到测力传感器上，控制盒检测滑轮转动和测力传感器输出，获取手指活动范围和力量信息；
其中，所述程控阻力源通过测力传感器、弹性零件、牵拉绳、滑轮组为手指、手掌的力量测试、抗阻训练提供柔顺阻力。
控制盒获取测力传感器、角度传感器输出的信号，传输到测试分析软件，计算分析受试者指关节、腕关节力量水平与活动能力，进而分析手部精细动作能力。
康复训练时，测试分析软件和控制盒根据康复训练方案和受试者当前状况，在软件界面上给出训练动作引导、自动设定程控阻力源输出，通过调整阻力源输出的阻力，使得受试者的指关节、腕关节活动过程中，受到不同程度的阻力，实现抗阻训练效果，提高受试者的康复训练过程的安全性和有效性。
图2是本发明的手臂托架部分结构示意图。所述手臂托架1，由上臂托架1-1、阻尼铰链1-2、前臂托架1-3、滑块1-4、导轨1-5组成；上臂托架1-1通过阻尼铰链1-2与前臂托架1-3连接，前臂托架1-3下部安装滑块1-4，可沿导轨1-5滑动，导轨1-5固定在支撑台面6上。使用时，根据受试者位姿和动作习惯，将将受试者手臂绑缚在手臂托架1上，调节阻尼铰链1-2角度、滑块1-4位置后锁止。
图3为本发明的手部托架部分结构示意图。所述手部托架2，由加力末端2-1、托架本体2-2、角度传感器2-3、轴承套件2-4组成；加力末端2-1安装在托架本体2-2上，可前后调节位置，托架本体2-2通过轴承套件2-4固定在支撑台面6上，托架本体2-2与轴承套件2-4之间安装有角度传感器2-3，滑轮轴上也安装有角度传感器2-3。使用时，根据受试者位姿和动作习惯，将将受试者手掌按要求绑缚在托架本体2-2上，调加力末端2-1位置后锁止，受试者单个或多个手指自主牵拉穿过加力末端2-1的绳结，手腕摆动带动角度传感器2-3转动。
所述程控阻力源5输出端安装有测力传感器4，测力传感器4的另一端通过弹性零件、牵拉绳、滑轮组后，穿过加力末端2-1，为手指、手掌的力量测试、抗阻训练提供柔顺阻力。
所述控制盒3由信号采集部分和控制部分组成，采集测力传感器4和角度传感器2-3信号，依据信号变化率，输出控制信号，控制程控阻力源5输出的阻力大小。测试分析软件7根据设定测试训练姿势下控制盒3获取的测力传感器4和角度传感器2-3信号，分别计算拉力、屈伸幅度和摆动角度，进而加权计算分析手部精细动作能力。
图4为本发明的一种实施案例的示意图。所述一种手部精细动作能力测试与训练装置，为了防止动作代偿，将受试者手臂绑缚在手臂托架上、手掌绑缚在手部托架上，受试者单个或多个手指自主牵拉加力末端的绳结、左右旋转手腕，分别获取测力传感器、角度传感器、牵拉绳长度变化信号，传送到测试分析软件，可用于量化评估受试者腕关节、指关节的活动能力，从而实现手部精细动作能力测试的测评；康复训练时，受试者做测试位相同的动作，通过调整阻力源输出的阻力，使得受试者的指关节、腕关节活动过程中，受到不同程度的阻力，实现抗阻训练效果。
对于手部精细动作能力测试，康复医师根据受试者的实际情况，设定测试姿势，如拇指/食指/中指/无名指/小指的屈曲钩拉、食指和拇指对捏牵拉、食指和中指对捏牵拉、腕关节屈伸、腕关节摆动等，受试者按测试分析软件7给出的动作指示钩住/捏住加力末端2-1，保持不动；控制盒3控制程控阻力源5反向牵拉运动，对牵拉绳进行预紧，当测力传感器4输出超过给定阈值时，程控阻力源5保持静止输出；受试者手部进行自主屈曲或摆动，控制盒)获取测力传感器4和角度传感器2-3输出，传输到测试分析软件7；测试分析软件分别计算各种姿势下的拉力、屈伸幅度和摆动角度，结合康复医师给定的评估量表、受试者性别/年龄/身高/体重/障碍症状等，加权分析手部精细动作能力。
对于手部精细动作能力康复训练，康复医师根据受试者的测试结果、受试者性别/年龄/身高/体重/障碍症状等制定康复指导方案，设定康复训练姿势，如拇指/食指/中指/无名指/小指的屈曲钩拉、食指和拇指对捏牵拉、食指和中指对捏牵拉、腕关节屈伸、腕关节摆动等，受试者按测试分析软件7给出的动作指示钩住/捏住加力末端2-1，保持不动；控制盒3根据测试分析软件7设定的控制阈值，以测力传感器4和角度传感器2-3的输出为监视量，控制程控阻力源5对牵拉绳进行往复牵拉，带动受试者手部进行屈伸动作，实现手部精细动作能力的针对性康复训练。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (4)

1.一种手部精细动作能力测试与训练装置，其特征在于：
包括：手臂托架(1)、手部托架(2)、控制盒(3)、测力传感器(4)、程控阻力源(5)、支撑台面(6)和测评分析软件(7)；手臂托架(1)、手部托架(2)、控制盒(3)和程控阻力源(5)固定在支撑台面(6)上；
所述手臂托架(1)，用于固定受试者手臂，由上臂托架(1-1)、阻尼铰链(1-2)、前臂托架(1-3)、滑块(1-4)、导轨(1-5)组成；上臂托架(1-1)通过阻尼铰链(1-2)与前臂托架(1-3)连接，前臂托架(1-3)下部安装滑块(1-4)，沿导轨(1-5)滑动，导轨(1-5)固定在支撑台面(6)上；使用时，根据受试者位姿和动作习惯，将受试者手臂绑缚在手臂托架(1)上，调节阻尼铰链(1-2)角度、滑块(1-4)位置后锁止；
所述手部托架(2)，用于支撑受试者手部，由加力末端(2-1)、托架本体(2-2)、角度传感器(2-3)、轴承套件(2-4)组成；加力末端(2-1)安装在托架本体(2-2)上，前后调节位置，托架本体(2-2)通过轴承套件(2-4)固定在支撑台面(6)上，托架本体(2-2)与轴承套件(2-4)之间安装有角度传感器(2-3)；使用时，根据受试者位姿和动作习惯，将受试者手掌绑缚在托架本体(2-2)上，调节加力末端(2-1)位置后锁止，受试者单个或多个手指自主牵拉穿过加力末端(2-1)的绳结，手腕摆动角度带动角度传感器(2-3)转动；
所述控制盒(3)获取测力传感器(4)和角度传感器(2-3)输出的信号，传输到测评分析软件(7)；
所述程控阻力源(5)输出端安装有测力传感器(4)，测力传感器(4)的另一端通过弹性零件、牵拉绳、滑轮组后，穿过加力末端(2-1)，为手指的力量测试、抗阻训练提供柔顺阻力；
测评分析软件(7)根据控制盒(3)获取的数据，获取测力传感器、角度传感器、牵拉绳长度变化信号，控制阻力输出，计算分析受试者指关节、腕关节力量水平与活动能力，进而分析手部精细动作能力；
测试前，根据受试者位姿和动作习惯，将受试者手臂绑缚在手臂托架上，调节阻尼铰链角度、滑块，使得受试者手部处于自由活动的位置后锁止；然后用绑带将受试者手掌按测试要求绑缚在手部托架，调加力末端位置，使得受试者手指处于自由活动后锁止；
手指活动测试过程中，受试者单个或多个手指自主牵拉穿过加力末端的绳结，通过滑轮作用到测力传感器上，控制盒检测滑轮转动和测力传感器输出，获取手指活动范围和力量信息；
其中，所述程控阻力源通过测力传感器、弹性零件、牵拉绳、滑轮组为手指、手掌的力量测试、抗阻训练提供柔顺阻力；
控制盒获取测力传感器、角度传感器输出的信号，传输到测试分析软件，计算分析受试者指关节、腕关节力量水平与活动能力，进而分析手部精细动作能力；
康复训练时，测试分析软件和控制盒根据康复训练方案和受试者当前状况，在软件界面上给出训练动作引导、自动设定程控阻力源输出，通过调整阻力源输出的阻力，使得受试者的指关节、腕关节活动过程中，受到不同程度的阻力，实现抗阻训练效果，提高受试者的康复训练过程的安全性和有效性。
2.根据权利要求1所述的一种手部精细动作能力测试与训练装置，其特征在于：所述控制盒(3)由信号采集部分和控制部分组成，采集测力传感器(4)和角度传感器(2-3)信号，牵拉绳长度、依据信号变化率，输出控制信号，控制程控阻力源(5)输出的阻力大小。
3.根据权利要求1所述的一种手部精细动作能力测试与训练装置，其特征在于：所述测评分析软件(7)根据设定测试训练姿势下测力传感器(4)和角度传感器(2-3)信号、牵拉绳长度，分别计算拉力、屈伸幅度和摆动角度，进而加权计算分析手部精细动作能力；所述的设定测试训练姿势包括单个手指屈曲钩拉、食指和拇指对捏拉力、腕关节屈伸、腕关节摆动。
4.根据权利要求1所述的一种手部精细动作能力测试与训练装置，其特征在于：使用时，受试者使用逐个手指、腕关节进行力量和活动度测试训练，或使用多个手指同时进行力量和活动度测试训练。
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