TWI444846B - 互動式復健方法、程式、電腦可讀取儲存媒體及其應用之系統 - Google Patents

Description

互動式復健方法、程式、電腦可讀取儲存媒體及其應用之系統

本發明係有關於一種復健方法，尤其是一種可即時評估使用者狀況並增加與使用者間互動程度之復健方法與提供此復健方法的程式、電腦可讀取儲存媒體及其應用之系統。

人類日常生活中，動態的活動類型涉及人體複雜的平衡及協調系統，必須仰賴人體肌肉骨骼、運動神經、感覺神經、腦神經...等多重系統之完美配合來達成。然而老年、意外傷害或疾病等原因會使得人體的平衡及協調功能發生退化或破壞性的影響。一旦發生這些問題，除了醫學、藥物治療之外，便必須利用復健療程幫助延緩退化或減輕破壞程度，甚至可期待恢復至正常狀態。

然而，綜觀目前的復健療程具有下列幾點狀況：(1)傳統的復健療程大部分都是重複某些動作，執行一定的次數，或是面對著冷冰冰的機器做運動，在活動的過程中缺乏互動性。(2)因為人工成本昂貴，使復健專業人員和病患人數間具有很大的懸殊，所以臨床上常見到的情況就是患者所分配到與物理治療師互動的單位時間太少。而且，現行醫療體制下，患者每週頂多來到醫療機構二到三次，接受物理治療師指導或與復健專業人員討論的時間每次大約至多十幾分鐘，患者有時候並不能得到及時、正確的指導。(3)臨床上對於患者爆發力或肌耐力的評估很少有統一，有的以運動的次數量計算、有的以運動的負重計算，且大多以人為的計算。此種評估方式不但容易有誤差，且在專業間的溝通時造成困擾，造成不必要的時間和人力資源的浪費。

另外，目前臨床上雖充分意識到復健療程不應過渡治療儀器，例如電療、超音波、短波等儀器。一般以為解除當前的疼痛，而忽略本身的自我運動，並非使復健達到治標治本的妙方。由此可知在復健療程中，本體感覺神經肌肉促進技巧、動作控制訓練、早期介入功能訓練、心肺功能訓練、體適能訓練、目標導向訓練治療等運動治療已經是現代復健療程不可或缺少的一部分。

然而，基於上述這些傳統復健療程的缺點，造成目前國內患者常常因為運動復健的過程單調、乏味、再加上缺乏專業人員正確的指導與自身的痛苦，使得患者往往沒有辦法堅持到最後。特別是在醫療院所的老年人，常常因為療程枯燥而失去耐心。因此如何使復健療程工作接觸的第一步具有激發性氣氛或良好肢體語言導引，讓患者有機會共同參與克服所面臨挑戰，避免適應無能情況發生，也是目前研究之一大重點。

有鑑於此，本發明提供一種互動式復健系統，應用於使用者之復健療程中，用以即時評估使用者的狀況並提供複數種處方。該系統至少包含力板與主機。其中力板可置放於地面，並包含一板件與至少兩荷重元件。板件具有相對之一第一表面與一第二表面，當力板置放於地面時，第一表面正對地面。兩荷重元件固定於板件之第一表面，其中當使用者站立於板件之第二表面上時，板件承受使用者所施予之作用力，而地面施予兩荷重元件相對於作用力之反作用力，使兩荷重元件分別輸出第一訊號與第二訊號。而主機用以接收第一訊號與第二訊號，且主機進一步包含儲存模組與處理模組。其中儲存模組儲存有至少一預設值。處理模組依據第一訊號與第二訊號計算出至少一使用者參數值，並比較使用者參數值與預設值以得出一差值，當差值不為零，處理模組根據差值提供該些處方之其中一者。

在本發明之一實施例中，其中板件為一矩形板件，且兩荷重元件分別具有一固定端與一受力端，兩荷重元件分別藉由固定端固定於板件之第一表面，而受力端則分別固定於板件之相對兩端。

在本發明之一實施例中，力板更包含另兩荷重元件，該些荷重元件分別以一距離間隔設置於板件四端，當使用者站立於板件之第二表面上時，板件承受使用者施予之作用力，而地面施予該些荷重元件相對於作用力之反作用力，使該些荷重元件分別輸出第一訊號、第二訊號、第三訊號與第四訊號。

在本發明之一實施例中，其中板件之面積為485×485平方公釐。

在本發明之一實施例中，本發明所提供之互動式復健系統更包含一使用者圖形介面模組，連接處理模組以顯示使用者參數值或差值。

在本發明之一實施例中，其中主機更包含一顯示模組，且處理模組根據差值提供該些處方之其中一者係以一電玩遊戲呈現於顯示模組上。

在本發明之一實施例中，主機更包含一影音播放模組，連接處理模組以根據其所提供之該些處方之其中一者提供一虛擬指導人員。

在本發明之一實施例中，本發明所提供之互動式復健系統更包含一訊號放大裝置與一訊號擷取裝置。訊號放大裝置連接力板，用以放大第一訊號與第二訊號。訊號擷取裝置分別連接訊號放大裝置與主機，用以擷取經訊號放大器放大之第一訊號與第二訊號，並將第一訊號與第二訊號輸出至主機。

在本發明之一實施例中，其中第一訊號與第二訊號均為一電壓訊號。

在本發明之一實施例中，其中使用者參數值包含使用者之一重心位置或一肌肉爆發力指數。

在本發明之一實施例中，其中主機之儲存模組儲存有複數個預設值，該些預設值為由一正常使用者進行一動作時所測得之一正常使用者參數值，且上述動作可為一傾身動作、一躲避動作、一蹲下動作、一起立動作或一彎腰動作。

本發明之另一目的在於提供一種互動式復健方法，搭配力板以應用於使用者之復健療程中，用以即時評估使用者的狀況並提供複數種處方。其中力板具有一板件與至少兩荷重元件，當力板置放於地面，且使用者站立於力板上時，力板承受該使用者所施予之作用力，而地面施予兩荷重元件相對於作用力之反作用力，使兩荷重元件分別輸出第一訊號與第二訊號。本發明所提供之方法至少包含下列步驟：首先，啟動一評估模式，並接收第一訊號與第二訊號。隨後根據第一訊號與第二訊號，計算出至少一使用者參數值。接著，比較使用者參數與預設值以得到一差值，若差值不為零，啟動一復健模式，以根據差值提供該些處方之其中一者。

在本發明之一實施例中，其中第一訊號與第二訊號均為一電壓訊號。

在本發明之一實施例中，其中使用者參數值含使用者之一重心位置或一肌肉爆發力指數。

在本發明之一實施例中，其中預設值為由一正常使用者進行一動作時所測得之一正常使用者參數值，且上述動作可為一傾身動作、一躲避動作、一蹲下動作、一起立動作或一彎腰動作。

在本發明之一實施例中，其中上述根據差值提供該些處方之其中一者的步驟係以一電玩遊戲來呈現。

在本發明之一實施例中，其中於上述根據差值提供該些處方之該其中一者的步驟之後，更包含下列步驟：首先，提供一虛擬指導人員，隨後透過虛擬指導人員示範該些處方之其中一者的正確動作。

本發明之再一目的在於提供一種用以在使用者之復健療程中即時評估使用者狀況的程式，係用以於電腦執執行前述互動式復健方法。

本發明之又一目的在於提供一種電腦可讀取儲存媒體，其中儲存有一程式，該程式可被安裝至一主機以應用於一使用者之一復健療程中，且上述主機係搭配力板使用，其中力板具有一板件與至少兩荷重元件，當力板置放於地面，且使用者站立於力板上時，力板承受使用者所施予之作用力，而地面施予兩荷重元件相對於作用力之反作用力，使兩荷重元件分別輸出第一訊號與第二訊號。上述程式包含一第一指令、一第二指令、一第三指令與一第四指令。其中第一指令用以使電主機接收第一訊號與第二訊號。第二指令用以根據第一訊號與第二訊號計算出一使用者參數值。第三指令用以比較使用者參數值與一預設值以得出一差值。第四指令用以根據差值提供該些處方之其中一者。

由下文的說明，可更進一步瞭解本創作的特徵及其優點，閱讀時請參閱第一A圖至第三圖。

請參閱第一A圖與第一B圖，第一A圖係為本發明之一較佳實施例之互動式復健系統之架構示意圖，而第一B圖係為本發明之一較佳實施例之互動式復健系統之另一架構示意圖。如第一A圖與第一B圖所示，本發明提供的互動式復健系統100，應用於使用者1之復健療程中，用以即時評估使用者1的狀況並提供複數種處方。此系統100至少包含一力板10、一訊號放大裝置20、一訊號擷取裝置30與一主機40。其中，力板10可置放於一地面G上，且力板10進一步包含一板件11與四個荷重元件12。板件11具有相對之一第一表面11a與一第二表面11b，當力板10置放於地面G時，第一表面11a正對地面G。四個荷重元件12則固定於板件11之第一表面11a，當使用者1站立於板件11的第二表面11b上時，板件11承受使用者1由上往下所施予之一作用力，而地面G則由下往上施予四個荷重元件12相對於作用力之一反作用力，使四個荷重元件12分別輸出第一訊號S1、第二訊號S2、第三訊號S3與第四訊號S4。在較佳實施例中，第一訊號S1、第二訊號S2、第三訊號S3與第四訊號S4均為一電壓訊號。

主機40用以接收第一訊號S1、第二訊號S2、第三訊號S3與第四訊號S4。而且主機40更包含有一儲存模組41與一處理模組42，其中儲存模組41用以儲存至少一預設值，而處理模組42依據第一訊號S1、第二訊號S2、第三訊號S3與第四訊號S4計算出至少一使用者參數值，並比較使用者參數值與預設值以得出一差值。當差值不為零時，處理模組42根據差值提供上述複數種處方之其中一者給使用者1，此時使用者1便能依據復健系統100所提供的處方進行復健療程。在較佳實施例中，使用者參數值包含使用者1之一重心位置或一肌肉爆發力指數。然而本發明並不欲以此為限，端視使用者欲接受復健的項目為何而可調整，亦即本發明可觀察使用者整體的平衡與下肢能力表現，而非只針對特定神經、關節、肌肉或感覺評估

另外，儲存模組41所儲存的複數個預設值，其目的即在於建立起一個完整的資料庫，上述預設值主要為由一正常使用者進行不同動作時所測得的正常使用者參數值。在較佳實施例中，所謂不同的動作可包含一傾身動作、一躲避動作、一蹲下動作、一起立動作或一彎腰動作。基本上，本發明整合即時評估的機制與正常動作資料庫，透過建立前述之比算運算法則，精準地判斷使用者下肢運動能力的真正問題所在，也才能夠針對問題提供具有專一性的處方。

接著，參閱第一B圖，在本發明之較佳實施例中，板件11為一矩形板件，且四個荷重元件12均為單軸荷重元件並分別具有一固定端12a與一受力端12b，四個荷重元件12分別藉由固定端12a固定於板件11之第一表面11a，而受力端12b則分別以一距離間隔固定於板件11的四個角落。在較佳實施例中，板件11之面積為485×485平方公釐，而受力端12b之間的距離為400公釐。另外，單一荷重元件12荷重額度為60kg，輸出靈敏度為1.981 mV/V，激勵電壓為8V，然而此數值僅為一較佳實施例說明，本發明並不欲以此為限。

如第一B圖所示，主機40更包含一使用者圖形介面模組43與一顯示模組44。使用者圖形介面模組43用以連接處理模組42以顯示由處理模組42所計算出的使用者參數值或差值。對於施測的專業復健人員者而言，本發明所提供之互動式復健系統100可隨時偵測使用者1在力板10上運動的狀況，並經由主機40加以評估後計算出相關的數值，接著透過使用者圖形介面模組43以一圖形化介面呈現，不僅操作方便，並方便專業復健人員判讀其數據，可節省後續繁瑣的資料處理時間、人力以及人為誤算的發生。

顯示模組44可用以顯示上述使用者圖形介面模組43所呈現之一圖形化介面。進一步來說，當處理模組42根據差值提供其中一種處方時，所謂之處方可為一電玩遊戲，而顯示模組44則用以顯示上述電玩遊戲。

承上所述，根據第二圖進一步說明如下，第二圖為本發明一較佳實施例所提供之處方示意圖。在運動復健療程中，本發明之互動式復健系統100結合電玩遊戲為基礎的訓練運動系統來改善傳統復健單調、乏味的運動過程。如圖所示，當處方為電玩遊戲200而由顯示模組44所呈現時，使用者會見到畫面中有一平台P，且平台上具有四個孔洞H與一顆球B，由使用者站立於力板上及其施予力板的力量分佈來控制球B於平台P上滾動。舉例來說，四個荷重元件輸出的第一訊號、第二訊號、第三訊號與第四訊號經由主機運算出使用者施力的重心後，主機便會根據使用者目前的施力重心以及欲訓練的目標來指示使用者將球B移動至任一個孔洞H中，亦即可藉由此種電玩遊戲來訓練使用者的平衡感或下肢施力的方式等。因此本發明所提供之互動式復健系統100藉由清晰又富有趣味的電玩遊戲，讓使用者1可以在有趣的遊戲中進行相關平衡力、下肢肌爆發力或下肢耐力的評估與訓練。同時，生動活潑的互動式虛擬電玩遊戲也可以激起老年人的興趣，使得老年人能夠在愉悅的心情想完成評估與療程，增加老年人對運動訓練的耐心，讓運動復健可以徹底地執行完成。

參閱第一A圖與第一B圖，主機40更包含一影音播放模組45。影音播放模組45連接處理模組42以根據其所提供之該些處方之其中一者提供一虛擬指導人員2。在復健系統100的使用過程中，主機的畫面上會顯示有合格資格的復健專業人員，以事先錄製完成的方式，根據使用者於力板上的活動狀況而在每個關鍵(例如：使用者1的施力重心偏離預設值時)提供正確且專業的引導和指示，讓使用者1可以快速且安心的了解、熟析系統的操作。更重要的是可以節省人工成本，來改善臨床上日益嚴重的復健專業人員與病患比例不均的情況。

參閱第三圖，第三圖為本發明一較佳實施例之互動式復健方法之方法流程示意圖。如前文所述，本發明所提供之互動式復健方法係搭配力板以應用於使用者的復健療程中。此方法可即時評估使用者的狀況並提供複數種處方。至於力板的架構如前文所述，在此不再贅述。本發明所提供之方法至少包含下列步驟：首先，啟動一評估模式S300，並接收第一訊號與第二訊號302，以根據第一訊號、第二訊號、第三訊號與第四訊號計算出至少一使用者參數值S304。接著，比較使用者參數與一預設值以得到一差值S306。隨後檢查差值是否為零S308，若差值不為零，則啟動一復健模式S310。最後，根據差值提供該些處方之其中一者S312。

進一步來說，在步驟S312之後，使用者便可根據系統所提供的處方進行復健療程。此時，隨著使用者進行的復健動作，其所施予力板的作用力有可能會因為使用者本身的狀況改變，亦即系統所計算出的使用者參數值可能會隨著使用者的復原狀況變動，此時便可重複進行步驟S302至步驟S312，以即時評估使用者的狀況並調整性地提供使用者最適合的處方。

補充前文所描述的互動式復健方法及其所應用之系統架構，其中主機的處理模組較佳為一軟體程式，該程式便是用來被安裝於主機中以執行上述互動式復健方法。另外，本發明亦揭露一種電腦可讀取儲存媒體，用以儲存上述程式。詳細來說，程式包含一第一指令、一第二指令、一第三指令與一第四指令。其中，第一指令用以使主機接收第一訊號、第二訊號、第三訊號與第四訊號。第二指令用以根據第一訊號、第二訊號、第三訊號與第四訊號計算出使用者參數值。第三指令用以比較使用者參數值與預設值以得出一差值。第四指令用以根據差值提供該些處方之其中一者。

綜上所述，除了前文已述及本發明所具有之各項特點外，本發明可針對患者平衡能力、下肢的活動功能和肌肉爆發力量的評估與訓練的進行有效的訓練與評量，尤其是針對復健上確實具有一定難度且安全度更需要被注意的高齡患者。由於本發明架構具有安裝簡易、成本低、且力板的大小相較於一般遊戲機來說較大，但又並不會大到無法搬運，而適於協助臨床醫療院所與各類機構中的復健專業人員對於高齡患者進行下肢功能的訓練，也可提供高齡患者於自宅中陪伴下進行復健運動與活化訓練，進而使高齡患者擁有更好的功能表現，使他們能獨立生活，透過更多的活動促使其健康提升；並因為平衡與肌肉能力的提升、反應的時間縮短等，降低其跌倒發生的機會，進一步改善其生活品質。

上列詳細說明係針對本發明之一可行實施例之具體說明，惟該實施例並非用以限制本發明之專利範圍，凡未脫離本發明技藝精神所為之等效實施或變更，均應包含於本發明之專利範圍中。

100‧‧‧互動式復健系統

200‧‧‧處方

S1~S4‧‧‧第一訊號、第二訊號、第三訊號與第四訊號

S300~S312‧‧‧互動式復健方法的步驟

P‧‧‧平台

H‧‧‧孔洞

B‧‧‧球

G‧‧‧地面

1‧‧‧使用者

2‧‧‧虛擬指導人員

10‧‧‧力板

11‧‧‧板件

11a‧‧‧板件之第一表面

11b‧‧‧板件之第二表面

12‧‧‧荷重元件

12a‧‧‧固定端

12b‧‧‧受力端

20‧‧‧訊號放大裝置

30‧‧‧訊號擷取裝置

40‧‧‧主機

41‧‧‧儲存模組

42‧‧‧處理模組

43‧‧‧使用者圖形介面模組

44‧‧‧顯示模組

45‧‧‧影音播放模組

第一A圖顯示本發明一較佳實施例之互動式復健系統之架構示意圖；

第一B圖顯示本發明一較佳實施例之互動式復健系統之另一架構示意圖；第二圖顯示本發明之一較佳實施例所提供之處方示意圖；以及第三圖顯示本發明一較佳實施例之互動式復健方法之方法流程圖。

100．．．互動式復健系統

1．．．使用者

2．．．虛擬指導人員

10．．．力板

11．．．板件

11a．．．板件之第一表面

11b．．．板件之第二表面

12．．．荷重元件

20．．．訊號放大裝置

30．．．訊號擷取裝置

40．．．主機

G．．．地面

Claims (16)

1. 一種互動式復健系統，應用於一使用者之一復健療程中，用以即時評估該使用者的狀況並提供複數種處方，該些處方係結合一電玩遊戲訓練該使用者之平衡力、下肢肌爆發力和下肢耐力，該系統至少包含：一力板，可置放於一地面，其包含：一板件，具有相對之一第一表面與一第二表面，當該力板置放於該地面時，該第一表面正對該地面；至少兩荷重元件，固定於該板件之該第一表面，其中當該使用者站立於該板件之該第二表面上時，該板件承受該使用者所施予之一作用力，而該地面施予該兩荷重元件相對於該作用力之一反作用力，使該兩荷重元件分別輸出一第一訊號與一第二訊號；一主機，接收該第一訊號與該第二訊號，其包含：一儲存模組，儲存有複數個預設值，該些預設值為由一正常使用者進行一不同動作時所測得之一正常使用者參數值，且該不同動作包含一蹲下動作、一起立動作或一彎腰動作；一處理模組，依據該第一訊號與該第二訊號計算出一使用者參數值，該使用者參數值包含該使用者之一重心位置和一肌肉爆發力指數，並比較該使用者參數值與該些預設值以得出一差值，當該差值不為零，該處理模組根據該差值提供該些處方之其中一者；以及一顯示模組，係以該電玩遊戲呈現該些處方之該其中一者。
2. 如申請專利範圍第1項所述之互動式復健系統，其中該板件為一矩形板件，且該兩荷重元件分別具有一固定端與一受力端，該兩荷重元件分別藉由該固定端固定於該板件之該第一表面，而該受力端則分別固定於該板件之相對兩端。
3. 如申請專利範圍第2項所述之互動式復健系統，其中該力板更包含另兩荷重元件，該些荷重元件分別以一距離間隔設置於該板件四端，當該使用者站立於該板件之該第二表面上時，該板件承受該使用者所施予之該作用力，而該地面施予該些荷重元件相對於該作用力之該反作用力，使該些荷重元件分別輸出該第一訊號、該第二訊號、一第三訊號與一第四訊號。
4. 如申請範圍第2項所述之互動式復健系統，其中該板件之面積為485×485平方公釐。
5. 如申請專利範圍第1項所述之互動式復健系統，更包含一使用者圖形介面模組，連接該處理模組以顯示該使用者參數值或該差值。
6. 如申請專利範圍第1項所述之互動式復健系統，其中該主機更包含一影音播放模組，連接該處理模組以根據其所提供之該些處方之該其中一者提供一虛擬指導人員。
7. 如申請專利範圍第1項所述之互動式復健系統，更包含：一訊號放大裝置，連接該力板，用以放大該第一訊號與該第二訊號；以及一訊號擷取裝置，分別連接該訊號放大裝置與該主機，用以擷取經該訊號放大器放大之該第一訊號與該第二訊號，並將該第一訊號與該第二訊號輸出至該主機。
8. 如申請專利範圍第1項所述之互動式復健系統，其中該第一訊號與該第二訊號均為一電壓訊號。
9. 如申請專利範圍第1項所述之互動式復健系統，該動作更包含一傾身動作或一躲避動作。
10. 一種互動式復健方法，搭配一力板以應用於一使用者之一復健療程中，用以即時評估該使用者的狀況並提供複數種處方，該些處方係結合一電玩遊戲訓練該使用者之平衡力、下肢肌爆發力和下肢耐力，其中該力板具有一板件與至少兩荷重元件，當該力板置放於一地面，且該使用者站立於該力板上時，該力板承受該使用者所施予之一作用力，而該地面施予該兩荷重元件相對於該作用力之一反作用力，使該兩荷重元件分別輸出一第一訊號與一第二訊號，該方法至少包含下列步驟：啟動一評估模式；接收該第一訊號與該第二訊號；根據該第一訊號與該第二訊號，計算出一使用者參數值，該使用者參數值包含該使用者之一重心位置和一肌肉爆發力指數；比較該使用者參數與複數預設值以得到一差值，該些預設值為由一正常使用者進行一不同動作時所測得之一正常使用者參數值，且 該不同動作包含一蹲下動作、一起立動作或一彎腰動作；檢查該差值是否為零；若該差值不為零，啟動一復健模式；以及根據該差值提供該些處方之其中一者，並以該電玩遊戲呈現該些處方之該其中一者。
11. 如申請專利範圍第10項所述之互動式復健方法，其中該第一訊號與該第二訊號均為一電壓訊號。
12. 如申請專利範圍第10項所述之互動式復健方法，該動作更包含一傾身動作或一躲避動作。
13. 如申請專利範圍第10項所述之互動式復健方法，於該根據該差值提供該些處方之該其中一者的步驟之後，更包含下列步驟：提供一虛擬指導人員；以及透過該虛擬指導人員示範該些處方之該其中一者的正確動作。
14. 一種用以在使用者之復健療程中即時評估使用者狀況的程式，係用以於電腦執行申請專利範圍第10項至第13項所述之互動式復健方法。
15. 一種電腦可讀取儲存媒體，其中儲存有一程式，該程式可被安裝至一主機以應用於一使用者之一復健療程中，且該主機係搭配一力板使用，其中該力板具有一板件與至少兩荷重元件，當該力板置放於一地面，且該使用者站立於該力板上時，該力板承受該使用者所施予之一作用力，而該地面施予該兩荷重元件相對於該作用力之一反作用力，使該兩荷重元件分別輸出一第一訊號與一第二訊號，該程式包含：一第一指令，用以使該主機接收該第一訊號與該第二訊號；一第二指令，用以根據該第一訊號與該第二訊號計算出一使用者參數值，該使用者參數值包含該使用者之一重心位置和一肌肉爆發力指數；一第三指令，用以比較該使用者參數值與複數預設值以得出一差值，該些預設值為由一正常使用者進行一不同動作時所測得之一正常使用者參數值，且該不同動作包含一蹲下動作、一起立動作或一彎腰動作；一第四指令，用以根據該差值提供該些處方之其中一者。
16. 如申請專利範圍第1項所述之互動式復健系統係使用於平衡力、下肢肌爆發力或下肢耐力之訓練復建器材。