CN116784792A - 老年人跌倒干预与平衡能力评估系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的老年人跌倒干预与平衡能力评估系统，包括:感知单元、神经单元和运动单元，所述感知单元定位人体的平衡信息，所述神经单元获取所述平衡信息，并对所述平衡信息进行处理及根据处理结果输出运动调节指令，所述运动单元根据所述运动调节指令以保持人体平衡，本申请提供的老年人跌倒干预与平衡能力评估系统，可以更为精确地反映老年人平衡能力的测试量表，为广大医疗机构提供支持。
Description
技术领域
本发明属于人体健康技术领域，尤其涉及一种老年人跌倒干预与平衡能力评估系统。
背景技术
平衡能力是指维持身体姿势，控制身体重心的能力，良好的平衡能力是进行各种日常活动的基本条件。然而，随着年龄的增长，与平衡能力有关的身体各项机能会出现衰退，如肌肉力量的减弱、视力的减退、反应时间的延长等，这会导致老年人的平衡能力下降，平衡能力下降会增加跌倒风险，并带来严重的伤害，甚至导致死亡。
观察法、量表法和客观测试法是目前常用的平衡能力评估方法。观察法为主观评估，方法简单，但缺乏客观标准，受制于评测师的经验。量表法主要有Berg平衡量表和Tinetti量表，两个量表的信度和效度均较高，是医疗机构对患者跌倒风险进行评估的常用方法。因地域与人种的差异，量表法在使用时需有针对性地进行修订。中华人民共和国原卫生部组织编写并推荐使用《老年人平衡能力测试表》对中国城市老年人平衡能力进行评估。经验证，该量表具有较高的信效度。王红等应用该量表对1600例60岁以上老年人过去一年内跌倒和平衡能力开展调查，结果显示该量表总Cronbach’α系数为0.910，各条目与总分的Perason相关系数均在0.621-0.781。与观察法相比，量表法的测试项目更细化，但仍存在人种与地域局限、可重复性差等缺陷。测试法是现代传感与信号处理技术快速发展的产物，它从生理学、运动学和动力学角度出发，运用力学、加速度、摄像头等传感器测量人体生理参数和运动状态，提取定量特征参数，表征平衡能力。测试法因具有重复性好、敏感性高、可以从生理与物理角度揭示不平衡的机理等特点而被广泛应用。
发明内容
有鉴如此，有必要针对现有技术存在的制备缺陷，提供一种可以更为精确地反映老年人平衡能力的评估系统，为广大医疗机构提供支持的老年人跌倒干预与平衡能力评估系统。
为解决上述技术问题，本申请采用下述技术方案：
本申请提供了一种老年人跌倒干预与平衡能力评估系统，包括:感知单元、神经单元和运动单元，所述感知单元定位人体的平衡信息，所述神经单元获取所述平衡信息，并对所述平衡信息进行处理及根据处理结果输出运动调节指令，所述运动单元根据所述运动调节指令以保持人体平衡。
在其中一些实施例中，所述感知单元包括前庭模块，视觉模块和本体感受模块，所述前庭模块用于感知旋转动作信息及加速度信息，所述视觉模块用于感知周围环境景象和空间定位信息，所述本体感受模块用于感知肌肉长度变化以及关节运动位置。
在其中一些实施例中，所述感知单元位于内耳的前庭，所述前庭模块可感知人体的旋转动作信息及感知定向加速度信息，所述旋转动作信息及定向加速度信息融合后形成人体头部的运动信息。
在其中一些实施例中，所述视觉模块包括位于外周视觉系统、中枢视觉通路和视觉皮层构成，其中：
所述外周视觉系统包含视锥细胞和视杆细胞，所述视锥细胞负责采集白天视觉和色彩视觉信息，所述视杆细胞负责采集夜间视觉信息，所述中枢视觉通路将所述外周视觉系统的视觉信息传输至所述视觉皮层处理。
在其中一些实施例中，所述本体感受模块包括外周感受器、关节感受器和皮肤感受器；其中：
所述外周感受器位于骨骼肌内部用于感知肌肉长度的变化和牵拉刺激；所述关节感受器分布在关节囊的不同位置，当关节活动时会激活相关的关节感受器，中枢神经通过监测关节内被激活的关节感受器确定关节的确切运动位置，所述关节感受器将这些信息传递到大脑皮层，即能感知人体的空间姿势；所述皮肤感受器可提供身体的位置感觉。
在其中一些实施例中，所述神经单元包括大脑皮层处理中心、小脑/脑干处理中心及骨髓处理中心，所述大脑皮层处理中心用于处理平衡信息并设计动作输出运动调节指令，所述小脑/脑干处理中心用于汇集所述前庭模块、所述视觉模块和所述本体感受模块的信息输入，所述骨髓处理中心用于接受所述本体感受模块的感知信息并上行传递。
本申请采用上述技术方案，具有以下有益效果：
本发明提供的老年人跌倒干预与平衡能力评估系统，包括:感知单元、神经单元和运动单元，所述感知单元定位人体的平衡信息，所述神经单元获取所述平衡信息，并对所述平衡信息进行处理及根据处理结果输出运动调节指令，所述运动单元根据所述运动调节指令以保持人体平衡，本申请提供的老年人跌倒干预与平衡能力评估系统，可以更为精确地反映老年人平衡能力的测试量表，为广大医疗机构提供支持。
附图说明
图1为本申请提供的老年人跌倒干预与平衡能力评估系统的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面对本发明的具体实施方式做详细的说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。
请参阅图1，为本申请提供的老年人跌倒干预与平衡能力评估系统的结构示意图，包括：感知单元110、神经单元120和运动单元130。所述感知单元110定位人体的平衡信息，所述神经单元120获取所述平衡信息，并对所述平衡信息进行处理及根据处理结果输出运动调节指令，所述运动单元130根据所述运动调节指令以保持人体平衡。以下详细说明各个单元的具体实现方式。
在其中一些实施例中，所述感知单元110包括前庭模块111，视觉模块112和本体感受模块113。
具体地，所述前庭模块111用于感知旋转动作信息及加速度信息。
进一步地，前庭模块111位于内耳的前庭。前庭由半规管系统和耳石组成，半规管系统可感知人体的旋转动作，耳石则用于感知定向加速度信息，前庭模块111可以获取人体的旋转动作及定向加速度信息，这些信息融合后形成人体头部的运动信息。
进一步地，前庭模块111的另一功能是三维空间定位和空间记忆，可以使人体保持一个静态的平衡姿势，因此前庭模块111在平衡控制和本体感觉中充当着重要角色。而由于疾病或外部创伤导致前庭系统机能障碍会引发阵发性眩晕、视力减弱、凝视动作困难及平衡能力下降等问题。头部的不同方位会影响站立时身体前后的摆动速度和轨迹包络面积，前庭系统疾病也会降低步态的稳定性。
所述视觉模块112用于感知周围环境景象和空间定位信息。所述视觉模块112的作用是感受外界光刺激、输入视觉、感知身体相对于周围环境的空间信息、身体各部分之间的联系、身体动作及位置变化信息，协助平衡控制。
具体地，所述视觉模块112包括位于外周视觉系统1121、中枢视觉通路1122和视觉皮层1123构成。
进一步地，外周视觉系统1121是感受光刺激最前端的感知器，包含两种光感细胞，即视锥细胞和视杆细胞。视锥细胞主要负责白天视觉和色彩视觉，而视杆细胞负责夜间视觉，此时光线过弱，视锥细胞不能工作；除光感细胞之外，外周视觉系统还包含垂直细胞和水平细胞，这些细胞主要负责神经元连接与光感信息传递，中枢视觉通路将外周视觉系统的视觉信息传输至视觉皮层处理。研究表明闭眼情况下的身体摆动幅度、摆动速度和COP包络面积均会增加，而白内障、青光眼和糖尿病导致的视网膜损伤等眼部疾病引起视力下降，导致患者日常步速变慢，步态稳定性降低。
所述本体感受模块113用于感知肌肉长度变化以及关节运动位置。
具体地，本体感受模块113遍布于躯体内，从结构上讲由外周感受器1131、关节感受器1132和皮肤感受器1133组成。外周感受器1131位于骨骼肌内部，也称为肌梭，长约1mm-7mm，其作用是感知肌肉长度的变化和牵拉刺激，在调节骨骼肌的活动中起重要作用。关节感受器1132分布在关节囊的不同位置，包含多种种类，每个关节内含有多个感受器，当关节活动时会激活相关的感受器，中枢神经通过监测关节内被激活的感受器确定关节的确切运动位置，感受器将这些信息传递到大脑皮层，即能感知人体的空间姿势。皮肤感受器1133有机械感受器，稳定感受器和伤害感受器等类型，这些感知器将信息向上传递，提供身体的位置感觉。
可以理解，本体感受模块113对平衡的影响也很为重要，如臀部肌肉的本体感受下降会直接导致动态平衡能力降低。因糖尿病引起的血管病变、神经病变和感染等因素使下肢足端本体感受器功能受损，不能正常感知信息，化会导致平衡功能异常，而对本体感受器进行康复训练则会有效改善静态和动态平衡，进而预防跌倒。
所述神经单元120包括大脑皮层处理中心121、小脑/脑干处理中心122及骨髓处理中心123。所述大脑皮层处理中心121用于处理平衡信息并设计动作输出运动调节指令，所述小脑/脑干处理中心122用于汇集所述前庭模块、所述视觉模块112和所述本体感受模块113的信息输入，所述骨髓处理中心123用于接受所述本体感受模块113的感知信息并上行传递。
具体地，平衡调控系统的调控由神经单元120完成，在平衡控制中起支配地位。前庭模块、视觉模块和本体感受器模块分别提供的不同种类的平衡信息，这些信息在神经系统中汇集、整合和处理，根据处理结果输出运动调节指令。平衡调控系统结构从低级到高级依次是脊髓、脑干、小脑和大脑皮层。
具体地，脊髓在平衡系统中的处理等级中是最低一层，脊髓中的神经回路接收肌肉、关节和皮肤中本体感受器的感知信息并做初级处理。此外，脊髓通过运动神经元也参与姿势和运动的反射以及自主控制。
脑干是脊髓向头部延伸到下一级的神经处理中心，其对人体姿势和运动控制具有重要意义，脑干汇集分布在皮肤和肌肉内的本体感受器的感觉输入、前庭系统的运动信息和视觉输入。
小脑是更高一级的神经系统，接收运动平衡的反馈信息的同时也接收来自大脑皮层的动作计划的指令信息，比较两方面信号以矫正运动反应。小脑参与运动学习的过程并调节运动的幅度和强度。
大脑皮层是神经系统的最高层，在平衡控制中选择一系列动作并设计动作，将指令信息从前运动皮层传至运动皮层，再发送到脑干和脊髓，向运动单元130分发运动指令。
运动单元130根据上述的运动调节指令以保持人体平衡。
可以理解，骨与不同形式的骨连接联结在一起，构成骨骼，形成了人体体形的基础，并为肌肉提供了广阔的附着点，可以获取其主要功能是执行各种身体活动和运动，支持人体的基本形态、维持姿势，保护脏器。
肌肉是运动系统的动力装置，在神经支配下和骨、关节的配合下通过收缩与舒张，牵拉其所附着的骨，通过杠杆原理驱动躯体产生各种运动或维持姿势。肌力是肌肉收缩时产生的张力以牵引关节运动或抵消阻力，其大小是反映肌肉功能的主要指标。影响因素有运动单位的募集、肌肉的生理横断面、初始长度等。对运动单位募集的数量和运动神经元发放冲动的频率，运动单位是一个运动神经元及其支配的全部肌纤维所组成的肌肉收缩最基本的单位，大脑皮层通过运动程序发出运动单位调集指令，募集的越多，输出肌力越大。生理横断面越大，其输出的力量越大。初始长度是指收缩前的长度，在生理范围内，肌力与伸展长度密切相关，当拉长至初始长的1.2倍时，产生的肌力最大。肌力对平衡的影响至关重要，提供调节平衡的动力。研究表明，躯干肌肌力为不足会影响平衡功能，增加跌倒风险，膝伸肌和屈肌的肌力也与平衡功能呈负相关。对力量下降的肌肉训练可改善平衡功能，如对股四头肌的训练可有效提高肌力，提高静态和动态平衡能力，并且提高运动反应速度。
骨在运动中起杠杆的作用，通过关节将其相互连接构成骨骼支架以支持人体的各种姿态。从组织水平上划分，骨由骨膜、骨质、关节面上的软骨、骨髓、血管等构成。骨质是骨的主体成份，根据致密程度分为骨密质和骨松质两种组织。骨在力学上表现出一定的弹性和坚固性，有机成份构成的网状结构使骨具有弹性，而网状结构内填充的无机物使其又具有坚固性。骨质的代谢异常会导致骨质疏松，影响人体平衡控制策略。正常人通常采用踝调节机制，而骨质疏松患者多采用髋调节机制谁持身体平衡。髋调节机制会产生水平剪切力，在地面摩擦力较小时会增大跌倒风险。另一方面，骨质疏松会导致肌力下降。对绝经后的老年女性对比研究表明，骨质疏松患者股四头肌力量比正常组减小18％，且平衡能力降低11％。还有研究发现，骨质疏松会减弱膝屈肌和伸肌力量，以及背部伸肌和屈肌力量，从而降低平衡能力。不仅如此，骨质疏松还会导致日常步速的下降。现有研究己证明骨骼对平衡功能起重要作用，而骨质异常是危害平衡能力的一个潜在因素。
关节是骨与骨通过肌腱、韧带等连接构成，其基本功能是传递力，支持各种运动。根据运动轴心或自由度的数目关节可分为单轴关节、双轴关节和三轴关节。关节的运动形式包括屈曲，伸展，外展，内收和旋转，具有两个或两个以上的自由度关节都可进行环绕运动。关节功能损伤也是影响人体平衡的一个因素，如关节炎会产生疼痛，导致肌力下降，损害平衡功能并增加跌倒风险。
本发明提供的老年人跌倒干预与平衡能力评估系统，所述感知单元110定位人体的平衡信息，所述神经单元120获取所述平衡信息，并对所述平衡信息进行处理及根据处理结果输出运动调节指令，所述运动单元130根据所述运动调节指令以保持人体平衡，本申请提供的感知单元110、神经单元120和运动单元构成人体平衡的生理基础，上述系统并非独立的完成姿势控制功能，而是相互交织在一起，进一步形成复杂的功能或策略，最终通过姿势控制(Posture Control，PC)表征出来，可以更为精确地反映老年人平衡能力的测试量表，为广大医疗机构提供支持。
以上仅为本申请的实施方式，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。
Claims (6)
1.一种老年人跌倒干预与平衡能力评估系统，其特征在于，包括:感知单元、神经单元和运动单元，所述感知单元用于定位人体的平衡信息，所述神经单元用于获取所述平衡信息，并对所述平衡信息进行处理及根据处理结果输出运动调节指令，所述运动单元用于根据所述运动调节指令以保持人体平衡。
2.根据权利要求1所述的老年人跌倒干预与平衡能力评估系统，其特征在于，所述感知单元包括前庭模块，视觉模块和本体感受模块，所述前庭模块用于感知旋转动作信息及加速度信息，所述视觉模块用于感知周围环境景象和空间定位信息，所述本体感受模块用于感知肌肉长度变化以及关节运动位置。
3.根据权利要求2所述的老年人跌倒干预与平衡能力评估系统，其特征在于，所述感知单元位于内耳的前庭，所述前庭模块可感知人体的旋转动作信息及感知定向加速度信息，所述旋转动作信息及定向加速度信息融合后形成人体头部的运动信息。
4.根据权利要求3所述的老年人跌倒干预与平衡能力评估系统，其特征在于，所述视觉模块包括位于外周视觉系统、中枢视觉通路和视觉皮层构成，其中：
所述外周视觉系统包含视锥细胞和视杆细胞，所述视锥细胞负责采集白天视觉和色彩视觉信息，所述视杆细胞负责采集夜间视觉信息，所述中枢视觉通路将所述外周视觉系统的视觉信息传输至所述视觉皮层处理。
5.根据权利要求4所述的老年人跌倒干预与平衡能力评估系统，其特征在于，所述本体感受模块包括外周感受器、关节感受器和皮肤感受器；其中：
所述外周感受器位于骨骼肌内部用于感知肌肉长度的变化和牵拉刺激；所述关节感受器分布在关节囊的不同位置，当关节活动时会激活相关的关节感受器，中枢神经通过监测关节内被激活的关节感受器确定关节的确切运动位置，所述关节感受器将这些信息传递到大脑皮层，即能感知人体的空间姿势；所述皮肤感受器可提供身体的位置感觉。
6.根据权利要求5所述的老年人跌倒干预与平衡能力评估系统，其特征在于，所述神经单元包括大脑皮层处理中心、小脑/脑干处理中心及骨髓处理中心，所述大脑皮层处理中心用于处理平衡信息并设计动作输出运动调节指令，所述小脑/脑干处理中心用于汇集所述前庭模块、所述视觉模块和所述本体感受模块的信息输入，所述骨髓处理中心用于接受所述本体感受模块的感知信息并上行传递。
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