背部支撐減重趣味訓練方法

2023-07-29 12:52:51 1

專利名稱：背部支撐減重趣味訓練方法
技術領域：
本發明涉及一種平衡功能障礙患者的康復訓練方法，尤其涉及一種背部支撐減重 趣味訓練方法。
背景技術：
長期的反覆平衡訓練，可以不斷的刺激人體的大腦皮層，提高大腦皮層的興奮性， 從而有助於大腦供血量的充沛，解決大腦由於供血不足而引起的大腦缺氧。這樣有助於大 腦中樞神經的修復，從而激發起患者的殘餘功能的回覆。但是長期的反覆平衡訓練非常枯 燥，給患者帶來牴觸情緒。一般的功能訓練產品往往缺乏趣味化訓練視覺、聽覺反饋效果，患者和儀器不能 進行互動，也不能判斷通過一段時間的康復訓練，自己恢復的情況如何，無法激發患者訓練 的興趣，使患者對訓練缺乏信心，影響患者的康復進程，導致康復效果不理想。目前的減重康復訓練產品的缺點是，所採用的減重方式主要是使用懸吊設備進行 減重訓練。懸吊設備使用吊帶向上牽引患者體重，需束縛患者軀幹部，操作較繁瑣，易帶來 患者不適，而且採用這種方式控制人體的重心位置和移動方向進行平衡訓練，尤其困難。

發明內容
本發明的目的，就是為了解決上述問題，提供一種背部支撐減重趣味訓練方法。為了達到上述目的，本發明採用了以下技術方案一種背部支撐減重趣味訓練方 法，通過一套背部支撐減重靜態平衡評定訓練系統進行，該系統包括訓練床、控制箱、主控 計算機、患者用顯示裝置和主顯示屏；訓練床包括床座、床架和床板，床架安裝在床座上並 與床座可轉動相連，在床架的前端連接有左、右腳踏板組件，在左右腳踏板組件上分別設有 左右足底壓力傳感裝置，在床架與床座之間設有床板角度調節機構；控制箱內設有傳感裝 置接口電路和電機驅動模塊；傳感裝置接口電路與左右足底壓力傳感裝置電信號相連，電 機驅動模塊與床板角度調節機構中的直線步進電機電信號相連。所述的主控計算機內設有數據採集模塊、運動控制模塊和功能訓練模塊；數據採 集模塊與控制箱內的傳感裝置接口電路電信號相連，通過左右足底壓力傳感裝置實時採集 下肢用力數據，患者根據遊戲軟體中顯示的重心位置和移動方向的變化，主動調節雙下肢 的用力，參與趣味遊戲訓練。運動控制模塊與控制箱內的電機驅動模塊電信號相連，通過同 步控制步進電機使其正、反轉來實現床板0 90度任意傾斜，使患者實現平躺、斜躺甚至站 立訓練。功能訓練模塊包含散步遊戲軟體和接水果遊戲軟體。本發明採用主控計算機實現中心控制，由兩個顯示屏進行顯示，其中主顯示屏放 置在操作臺上，供醫護人員使用，患者用顯示屏位於患者訓練時的前方，便於患者觀察趣味 訓練圖像和訓練過程。背部支撐減重趣味訓練方法包括以下步驟a、讓患者傾斜躺在訓練床上，並讓其左右腳分別踩在左右腳踏板上，使左右腳踏板處於同一水平面上；b、根據患者的實際情況確定所需的減重重量，並通過調節訓練床的傾斜角度以實 現該減重重量；C、讓計算機進入功能訓練模塊的散步遊戲軟體，並設定遊戲難度、訓練方式和遊 戲時間，讓患者根據患者用顯示裝置上顯示的人體重心的位置，實時調節雙下肢的用力，盡 量使人體重心在變化著的道路中間移動，虛擬真實環境中的散步進行趣味遊戲訓練；d、讓計算機進入功能訓練模塊的接水果遊戲軟體，並設定遊戲難度和遊戲時間， 讓患者根據患者用顯示裝置上顯示的人體重心即接水果筐的位置，實時調節雙下肢用力中 心的位置和移動方向，努力使水果落在水果筐內，進行趣味遊戲訓練。患者在遊戲過程中的重心投影的獲取方法是一般人體重心(center of gratitude, COG)在第二骶骨前，人體重心在腳踏板上的投影即為重心投影，又由於人體處 於站立平衡遊戲過程中側向力很小，因此人體重心投影位置可由下式確定F\-F2G=-χ LcmFI + F2式中，Fl為左腳壓力的大小；F2為右腳壓力的大小；L為左右腳踏板中心之間的距 離，一般設為33cm;散步遊戲的訓練形成a、在主控計算機中重心投影設定為一個圖象顯示活動點，活動點的初始位置定在 圖像畫面的中心，根據實時採集的下肢用力數據，計算活動點坐標位置(左右方向)。b、設定散步遊戲難度，遊戲難度分為難、中和易三種，遊戲的難易程度由畫面道 路的彎曲程度決定，共設三種彎曲程度，大彎、中彎和小彎，彎曲程度越大遊戲難度越大；C、設定訓練方式，訓練方式包括左側訓練、右側訓練和正常訓練。左側訓練將道路 設定在畫面的左側位置，用於加強患者左側下肢功能的恢復，右側訓練將道路設定在畫面 的右側位置，用於加強患者右側下肢功能的恢復；道路在中間時為正常訓練，正常訓練針對 雙側均需要訓練的患者。d、設定訓練速度，對應於不同的訓練難度，通過設定訓練圖像不同的下落速度實 現。e、對應程序中的訓練位圖，選定一種遊戲難度、訓練方式和遊戲時間後，對應的位 圖就按一定的速度往下落，同時填充上部畫面，形成一個不斷循環的完整的運動畫面。遊 戲開始後，患者調節雙下肢用力，實時變化活動點的位置，儘可能保持活動點在道路中間移 動，虛擬真實環境中的散步，遊戲結束後，計算機自動統計遊戲成績即活動點在道路區域的 百分比。f、在遊戲過程中，伴有舒緩有趣的音樂效果，增加聽覺反饋。接水果遊戲的訓練形成a、在主控計算機中重心投影設定為一個活動點，活動點在畫面中以水果筐的形式 顯示，模擬患者在向前推動水果筐，水果筐設有向左、向右兩種運動方向，水果筐初始位置 在圖像底部的中心。b、接水果遊戲的遊戲難度由水果生成的速度和下落的速度兩項參數決定，背景畫 面不變。同一種水果預先設定好三種不同的下落速度，分別為高速、中速和低速，速度越快難度越大。不同的水果設置了不同的高、中、低速度，共有九種下落速度供選擇。C、設定水果生成速度，生成速度越快，遊戲難度越大。預先設定低、中和高三種生 成速度，水果初始位置隨機生成。d、設定遊戲難度，難度包括低級、中級和高級。設定遊戲時間；選定一種遊戲難度 和遊戲時間後，對應的水果在畫面中按一定的生成速度出現，接著再按一定的速度下落，形 成一個完整的運動畫面。患者根據水果的方位和下落速度，調節雙下肢用力中心的位置和 移動方向，努力使水果落在水果筐內，進行遊戲。遊戲結束，計算機自動統計所接到的水果 的個數、種類和訓練總分。e、在遊戲過程中，伴有有趣的背景音樂，同時在接到水果時，又疊加有清脆的伴音 效果，增加聽覺反饋。本發明將康復訓練與趣味遊戲相結合，在背部支撐減重輔助下，提供遊戲、視覺、 聽覺反饋互動訓練平臺，使患者在康復訓練的同時輕輕鬆鬆玩遊戲，有利於分散患者注意 力，減少患者的訓練枯燥感，接受長期的訓練，達到促進患者康復的目的。


圖1是本發明中所採用的背部支撐減重靜態平衡評定訓練系統的整體結構示意 圖；圖2是床身傾斜模塊程序流程圖；圖3a、圖3b、圖3c和圖3d是散步遊戲開始模塊程序流程圖；圖4是散步停止遊戲模塊程序流程圖；圖5是散步遊戲成績模塊程序流程圖；圖6a、圖6b、圖6c、圖6d是接水果遊戲開始模塊程序流程圖；圖7是接水果停止遊戲模塊程序流程圖；圖8是散步/接水果遊戲錄入成績模塊程序流程圖；圖9是散步/接水果遊戲測試查看模塊程序流程圖；圖10是病人信息界面；圖11是功能訓練-趣味遊戲項目選擇界面；圖12是散步遊戲訓練界面；圖13是散步遊戲測試查看結果界面；圖14功能訓練-趣味遊戲項目選擇界面；圖15是接水果遊戲訓練界面；圖16是接水果遊戲測試查看結果界面。
具體實施例方式參見圖1，本發明背部支撐減重趣味訓練方法所採用的背部支撐減重靜態平衡評 定訓練系統，包括訓練床1、控制箱2、主控計算機3、患者用顯示裝置4和主顯示屏5。控制 箱2安裝在訓練床的床座11上，主控計算機3設置在操作臺(操作臺未圖示出來)上，患 者用顯示裝置4活動設置在訓練床的旁邊並與主控計算機電信號相連，主顯示屏5設置在 操作臺上並與主控計算機電信號相連。
訓練床1包括床座11、床架12和床板13，床架12安裝在床座11上並與床座11通 過轉軸6可轉動相連，並通過兩頂杆9 (分別設置在兩側)支撐在床座11上方。床板13固 定在床架12上，在床架12的前端連接有左、右腳踏板組件14，在床架12與床座11之間設 有床板角度調節機構15，該床板角度調節機構包含一臺直線步進電機。在訓練床的床座11 上安裝有多個萬向調節腳輪111，並相應設有多個用於調節腳輪上下伸縮的調節機構112。 在床架12上還安裝有床板角度顯示器8，床板角度顯示器8隨床架12 —起移動用於顯示床 架12及床板13傾斜的角度。左、右腳踏板組件14結構對稱相同，各包括腳踏板支架141、腳前端緩衝器142、腳 後跟導向軸143和腳踏板144。腳踏板支架141與床架12固定相連；腳前端緩衝器142和 腳後跟導向軸143分別連接在腳踏板144與腳踏板支架141之間。在腳踏板144周圍設有 足底壓力傳感裝置(未圖示出來)，該足底壓力傳感裝置由貼有四根應變片的懸臂梁組成， 貼有四根應變片的懸臂梁插裝在由腳踏板、腳踏板支架、腳前端緩衝器和腳後跟導向軸組 成的腳底受力部件內，並分別與控制箱2內的傳感裝置接口電路電信號相連。控制箱2安裝在訓練床的床座11上，控制箱內設有傳感裝置接口電路、電機驅動 模塊和電源模塊(未圖示出來)，電源模塊分別為傳感裝置接口電路和電機驅動模塊提供 電源；電機驅動模塊與床板角度調節機構中的直線步進電機電信號相連。主控計算機3設置在操作臺(操作臺未圖示出來)上，主控計算機內設有數據採 集模塊、運動控制模塊和功能訓練模塊；數據採集模塊與控制箱內的傳感裝置接口電路電 信號相連，通過左右足底壓力傳感裝置實時採集下肢用力數據，以利患者根據在遊戲軟體 中顯示的重心位置和移動方向的變化，主動調節雙下肢的用力，參與趣味遊戲訓練。運動控 制模塊與控制箱內的電機驅動模塊電信號相連，通過同步控制步進電機使其正、反轉來實 現床板的轉動，以此來達到床板0 90度任意傾斜，使患者實現平躺、斜躺甚至站立訓練。 功能訓練模塊包含散步遊戲軟體和接水果遊戲軟體。本發明採用主控計算機實現中心控制，由兩個顯示屏進行顯示。其中主顯示屏放 置在操作臺上，供醫護人員使用。患者用顯示裝置4位於患者訓練時的前方並與主控計算機3電信號相連，便於患 者觀察訓練過程中重心位置和移動方向的變化，實時主動調節平衡。患者用顯示裝置能顯 示訓練過程、遊戲的參與過程以及訓練的結果等內容，供患者掌握。該患者用顯示裝置4包 括移動小車41、安裝在移動小車上的支架42和安裝在支架上的顯示屏43，顯示屏與支架活 動連接，顯示屏的高度和角度可以調節。主顯示屏5設置在操作臺上並與主控計算機3電信號相連。本發明的背部支撐減重趣味訓練方法，通過做遊戲達到康復訓練的目的，可減少 患者的訓練枯燥感，大大提高患者對康復訓練的興趣和積極性，有利於加快患者的康復。具 體使用方法是a、讓患者傾斜躺在訓練床上緊靠床板，並讓其左右腳分別踩在左右腳踏板上，使 左右腳踏板處於同一水平面上。b、根據患者的實際情況調節訓練床的傾斜角度，來實現不同程度的減重，安裝在 床架上的床板角度顯示器隨床架一起移動實時顯示傾斜角度，角度越小，減重程度越大。訓 練床的傾斜角度可在0-90度的範圍內調節，減重角度即為訓練床的傾斜角度。
C、進入病人信息界面，如圖10所示，新建、修改或讀取病人信息，如訓練日期、病 人編號、姓名、性別、年齡和體重，以及患者剛入院時的病徵——左癱還是右癱信息；使用中 須注意必須選中需要訓練的患者，否則功能訓練模塊將無法執行，同時，系統將會提示選 中需要訓練的患者。d、從計算機中調出功能訓練-趣味遊戲選擇界面，圖11是減重角度為75度的散 步遊戲訓練選擇界面。該界面上自動顯示編號和姓名，白色底版編輯框的內容自動生成不 可更改。點擊「開始訓練」按鈕，計算機自動將訓練床調整到所設減重角度，同時進入散步 遊戲訓練界面。e、散步遊戲訓練界面如圖12所示，界面左側設有散步遊戲畫面，畫面上設有彎 道，畫面中心為人體正常重心點，畫面上帶十字的圓圈實時顯示患者的真實重心投影，界面 右側順序設有「遊戲難度」、「遊戲時間」、「方式選擇」和「遊戲成績」欄目和滑動條；右下角 設有「遊戲開始」、「停止遊戲」、「遊戲成績」、「錄入成績」、「測試查看」和「返回」按鈕。「遊 戲難度」分為易、中、難三個級別，「方式選擇」包括左側訓練、右側訓練和正常訓練，左側訓 練方式用於左癱患者，右側訓練方式用於右癱患者，正常訓練方式用於正常患者。在遊戲開始前，先根據患者的實際情況選擇遊戲難度，訓練方式，輸入遊戲訓練時 間。圖12是遊戲難度為易，遊戲時間為2分鐘，患側為左側的散步遊戲訓練界面，點擊「遊 戲開始」按鈕，散步遊戲訓練界面上的畫面開始往下移動，患者根據畫面中道路的走向來控 制雙腳重心投影的位置和移動方向，在模擬環境中從下至上散步，滑動條實時顯示遊戲進 度。f、遊戲結束後，或遊戲過程中若由於某種原因暫停遊戲，點擊「遊戲成績」按鈕，界 面上將顯示相應的遊戲成績分值。g、在遊戲結束時，可以點擊「錄入成績」按鈕，存儲病人信息和訓練結果數據；此 時，如果進入報告模塊，可以看到生成的報告，如果需要還可以以word格式列印報告。h、在遊戲結束時，點擊「測試查看」按鈕可以進入散步遊戲測試結果界面，如圖13 所示，該界面專供醫生查看和分析在散步遊戲過程中左右腳對左右腳踏板的壓力平均值和 各項靜態姿勢圖參數。左半部分設有顯示散步遊戲時間內左右下肢平均壓力平均值的柱形 圖，每個柱形圖的總高度對應90千克壓力，並以每1千克進行了定標，可以比較準確地讀出 左右下肢壓力。右上角選定參數自動顯示已經選定的減重角度和遊戲時間；右半部分中部 顯示各項靜態姿勢圖參數，包括額狀面擺動頻率、平均重心、額狀面最大擺幅、額狀面平均 擺幅、重心移動軌跡總長度、重心移動軌跡總面積和額狀面側方擺速；點擊右下角「錄入報 告」按鈕可以根據醫生需要將散步遊戲的測試結果保存，點擊「返回」按鈕離開散步遊戲測 試結果界面，回到散步遊戲界面。i、在散步遊戲界面裡點擊「返回」按鈕，退出本輪遊戲，結束本輪趣味訓練或進入 下一輪趣味訓練；j、若需選擇「接水果」遊戲項目進行趣味訓練，則在功能訓練-趣味遊戲項目選擇 界面上選擇「接水果」遊戲，圖14所示是減重角度為75度的接水果遊戲訓練選擇界面。點 擊「開始訓練」按鈕，計算機自動將訓練床調整到所設的減重角度，同時進入接水果遊戲訓 練界面。k、接水果遊戲訓練界面如圖15所示，界面左側設有接水果遊戲畫面，畫面底部設有實時顯示患者重心投影位置的水果筐，蘋果、檸檬和葡萄三種水果從畫面頂部下落，界面 右側順序設有「遊戲難度」、「遊戲時間」、「遊戲說明，，和「遊戲成績」欄目以及滑動條；右下 角設有「遊戲開始」、「停止遊戲」、「錄入成績」、「測試查看」和「返回」按鈕；遊戲難度分為低 級、中級和高級三個級別；在同一個難度級別裡，蘋果下落速度最慢，檸檬其次，葡萄最快， 接住一個蘋果10分，接住一個檸檬20分，接住一串葡萄30分。在遊戲開始前，先根據患者的實際情況選擇遊戲難度，輸入遊戲訓練時間，圖15 是遊戲難度為高級，遊戲時間為2分鐘的接水果遊戲訓練界面，點擊「遊戲開始」按鈕開始 遊戲，患者根據水果的方位和下落速度來控制雙腳重心投影的位置和移動方向，以使自己 能接到更多下落的水果。1、遊戲結束後，點擊「遊戲成績」按鈕，界面上顯示出遊戲成績，包括接到蘋果數 量、接到檸檬數量和接到葡萄數量，並顯示出訓練得分總計。m、遊戲結束後，點擊「測試查看」按鈕可以進入接水果遊戲測試結果界面，如圖16 所示，該界面專供醫生查看和分析在接水果遊戲過程中左右腳對左右腳踏板的壓力平均值 和各項靜態姿勢圖參數。左半部分設有顯示接水果遊戲時間內左右下肢平均壓力平均值的 柱形圖，右上角選定參數自動顯示已經選定的減重角度和遊戲時間；右半部分中部顯示各 項靜態姿勢圖參數；點擊右下角「錄入報告」按鈕可以根據醫生需要將接水果遊戲的測試結 果保存，點擊「返回」按鈕離開接水果遊戲測試結果界面，回到接水果遊戲界面。η、在接水果遊戲界面裡點擊「返回」按鈕，退出本輪遊戲，結束本輪趣味訓練或進 入下輪趣味訓練。上述二種遊戲可根據患者特點，採取循序漸進的方式逐漸加大難度，實現患者逐 漸康復訓練的要求。遊戲訓練軟體的實現流程如下首先讀取病人信息病人編號、姓名、大腿長度、小腿長度和體重等；設置減重角 度；再進行硬體檢查(檢查壓力傳感裝置是否正常工作，如不能正常工作則退出系統)。數 據採集及數據存儲模塊是基於數據採集裝置設計的，採集裝置提供庫函數，根據庫函數開 發採集裝置類，管理採集裝置的所有動作。1、散步遊戲軟體的實現流程散步遊戲訓練之前，首先輸入減重角度並點擊「開始 訓練」按鈕後，計算機自動執行床身傾斜模塊程序流程，將訓練床調整到所設傾斜角度，然 後按開始遊戲模塊程序流程圖、停止遊戲模塊程序流程圖、遊戲成績模塊程序流程圖、錄入 成績模塊程序流程圖、測試查看模塊程序流程圖的順序執行散步遊戲訓練。床身傾斜模塊程序流程圖如圖2所示。本系統採用一個運動控制裝置，控制裝置的其中一軸(Ζ軸)對應控制床身傾斜的 電機，床身的升降是通過電機的正反轉實現向上運動和向下運動。點擊「進入測試」或「進 入訓練」按鈕，就進入床身傾斜程序流程，打開運動控制裝置，設置電機運動速度。醫生根 據病人的實際情況輸入減重角度。判斷當前床身角度與輸入角度是否一致如果醫生輸入 的減重角度大於當前床身角度，計算床身需要上升的角度，把該角度轉換為相應的脈衝數， 控制裝置發出脈衝，電機正轉一定脈衝數對應的角度，床身上升一定角度；若等於當前床身 角度，電機不轉，床身不動；小於當前床身角度，計算床身需要下降的角度，控制裝置發出脈 衝，電機反轉向下運動一定脈衝數對應的角度，床身下降一定角度。檢查運動控制裝置中軸的狀態，若忙，表示電機還沒旋轉到位，繼續檢查；若閒，說明電機已經旋轉完畢，停止電機 的運動，關閉運動控制裝置。開始遊戲模塊程序流程圖如圖3a、圖3b、圖3c、圖3d所示。圖3a為數據採集及數據存儲程序流程圖。點擊「遊戲開始」按鈕，激活「停止遊 戲」和「返回，，按鈕，鎖定「遊戲開始」、「遊戲成績」、「錄入成績，，和「測試查看」。獲得畫面 矩形的長度和寬度；初始化活動點為畫面中心，開始播放散步音樂。調用圖北所示流程圖 加載位圖，判斷位圖加載標誌是否為真，為真表示以前已經有加載的位圖，必須先釋放原來 的位圖，加載新位圖，為假就說明不存在以前加載的位圖，可以直接加載新位圖，新位圖根 據界面上選擇的散步方式和難易程度，加載相應的新散步圖片，獲得圖片的高度和寬度，新 位圖加載後，使加載位圖標誌重新設為真。設置數據採樣周期50ms，獲得由醫生在散步遊 戲界面上輸入的遊戲時間，判斷遊戲時間是否已經設定，若沒有設定時間，則提示「請輸入 遊戲時間！」，並退出遊戲；若時間已設定，就初始化滾動條，根據遊戲時間和採樣周期計算 採樣總數據，申請一個以採樣總數據為長度的數據緩衝區。判斷緩衝區是否開設成功，不成 功，提示設備出錯信息，並退出遊戲；成功，置文件保存標誌為真，標誌為真可以保存數據文 件，標誌為假不可以保存數據文件。實際採樣數據計數變量附初值，得到當前時間，並生成 以當前時間命名的數據文件，這樣可以確保文件名不重複。判斷患者文件目錄是否存在，不 存在則創建患者文件目錄；存在就直接改變目錄到患者文件目錄，以保證轉到患者文件目 錄下保存數據文件，生成患者數據文件完整名。傳遞患者數據文件名和文件保存標誌給採 集裝置類庫，打開數據採集裝置，設置電壓採樣範圍，配置2個採樣通道，分別對應左、右下 肢壓力傳感裝置，設置採樣數據保存地址，以寫方式打開患者數據.dat文件。記錄活動點 總的移動位置數變量附初值，記錄活動點在道路區域內的點數變量附初值。記錄遊戲開始 時間點，設定50ms採樣時鐘。讀取所有採樣通道數據，分離採樣通道數據，0通道為左下肢 壓力傳感裝置數據，1通道為右下肢壓力傳感裝置數據，保存2個通道的數據到前面建立的 數據緩衝區，實際採樣數據個數加2。調用圖3c流程圖移動活動位置，判斷左右下肢壓力大 小，左下肢壓力大，活動點向左移動四個像素，右下肢壓力大，活動點向右移動四個像素。當 活動點超出畫面的最左邊時，仍使活動點在畫面的最左邊，右邊也一樣，使活動點不超出畫 面，再次記錄當前時間點；判斷遊戲時間是否到，若遊戲時間未到，實時更新滾動條，實時顯 示散步遊戲界面。調用圖3d程序流程實現畫布的實時更新，散步遊戲界面實時顯示方法為 創建一個兼容內存設備對象，將前面加載好了的位圖選入兼容內存設備對象中，將內存設 備中的位圖在畫面上顯示，創建一個顏色為紅色的畫筆，繪製活動點圖標。統計2個採樣通 道的實際採樣數據數，更新實際採樣數據計數變量，更新活動點在道路區域內的點數變量， 統計活動點落在道路區域內的點數，為以後計算遊戲成績做準備。如此循環繼續讀採樣通 道數據，直到遊戲時間結束，關閉採樣時鐘，停止採樣。散步停止遊戲模塊程序流程圖如圖4所示。點擊「停止遊戲」按鈕，激活「遊戲成 績」、「遊戲開始」、「錄入成績」、「測試查看」和「返回」按鈕，鎖定「停止遊戲」按鈕。關閉採 樣時鐘，結束播放散步音樂。傳遞實際數據總量和緩存區指針。關閉數據採集裝置，將採集 的數據寫入患者數據文件，將文件保存在硬碟上，關閉文件。釋放緩存區，實際採樣數據個 數變量清零，保存標誌置為假，記錄遊戲開始時間點變量清零。散步遊戲成績模塊程序流程圖如圖5所示。遊戲結束後，可以點擊「遊戲成績」按鈕，鎖定「停止遊戲」和「遊戲成績」按鈕，激活「遊戲開始」、「錄入成績」、「測試查看」和「返 回」按鈕。遊戲成績的評定原理是設定道路中的RGB值(紅，綠，蘭三基色)與周圍位置 的RGB值不同，根據活動點位置坐標的RGB值來判斷活動點是否落在所設定的道路中間。統計散步遊戲成績的方法是計算並顯示活動點在道路區域的百分比。遊戲成績 分值的計算公式為遊戲成績=(患者重心落在道路上行走的路程+行走總路程)X100。散步錄入成績模塊程序流程圖如圖8所示，散步遊戲具有錄入成績功能，點擊「結 束遊戲」按鈕，鎖定「結束遊戲」、「錄入成績」按鈕，激活「開始遊戲」、「測試查看」、「返回」按 鈕。判斷成績文件名存在，不存在，重新生成成績文件名並錄入成績文件名，添加病人姓名 和編號到報告內容開始位置，再準備成績內容；存在，直接準備成績內容。再判斷成績文件 是否存在，不存在，就創建成績文件，寫入病人姓名和編號及上述準備成績內容；存在，以只 寫方式打開文件，文件指針移到末尾，添加上述準備的成績內容，然後關閉成績文件；錄入 成績模塊結束。散步測試查看模塊程序流程圖如圖9所示，散步遊戲具有下肢平衡康復訓練和 雙下肢平均用力和靜態姿勢圖測試結果查看功能，點擊「測試查看」按鈕，進入測試查看界 面，判斷病人數據文件名是否存在，若不存在就返回，表明不能給出測試結果，若存在，就以 只讀方式打開該文件，獲取文件長度，計算數據個數，建立一個以文件數據個數為長度的緩 存區用於記錄數據，建立一個以文件數據個數的二分之一為長度的緩存區用於記錄重心位 置，使用循環方法將文件的數據寫入文件數據緩存區，按照保存順序循環讀取兩個通道數 據，把兩個通道的數據代入重心算法計算重心位置，並將重心值放入重心數據緩存區，直到 讀完文件，關閉文件。計算遊戲時間內左右下肢平均壓力，並在柱形圖上顯示，左邊柱形圖 顯示遊戲時間內左下肢平均壓力，右邊柱形圖顯示右下肢平均壓力。然後調用數據處理動 態連結庫中的平均重心、額狀面最大擺幅、額狀面平均擺幅和重心軌跡總長度的相應算法， 根據重心數據緩存區重心值組計算四個靜態姿勢圖參數，再調用數據處理動態連結庫中的 單位時間內額狀面側方擺速、運動時單位時間內重心移動軌跡總面積和額狀面擺動頻率的 計算算法，結合採樣速率計算運動時間，根據重心數據緩存區重心值組計算三個靜態姿勢 圖參數，根據經驗數據表值給出上述七個參數的評估結果。顯示七個靜態姿勢圖參數的計 算結果及評估結果，釋放所有緩存區。2、接水果遊戲軟體實現流程接水果遊戲訓練之前，首先輸入減重角度並點擊「開 始訓練」按鈕後，計算機自動執行床身傾斜模塊程序流程，床身傾斜模塊程序流程圖如圖2 所示。將訓練床調整到所設傾斜角度，然後按接水果遊戲開始模塊程序流程圖、停止遊戲模 塊程序流程圖、錄入成績模塊程序流程圖和測試查看模塊程序流程圖順序執行遊戲訓練。接水果遊戲開始模塊程序流程圖如圖6a、圖6b、圖6c、圖6d所示。圖6a為接水果遊戲數據採集及數據存儲程序流程圖，點擊「遊戲開始」按鈕，激活 「停止遊戲」和「返回」按鈕，鎖定「遊戲開始」、「測試查看」和「遊戲成績」按鈕。獲得遊戲 界面上輸入的遊戲時間。判斷遊戲時間是否為空，為空，提示「請輸入遊戲時間！」，並退出 遊戲；遊戲時間、遊戲難度由醫生在接水果遊戲界面上輸入。不為空，根據遊戲時間計算採 樣總數據，根據採樣總數據，申請緩存區，判斷緩存區是否申請成功，若不成功就返回，並提 示設備有問題；若成功，置文件保存標誌為真，標誌為真可以保存數據文件，標誌為假不可 以保存數據文件。設定實際採樣數據計數變量，並進行變量初始化。判斷病人文件目錄是否存在，不存在則創建病人文件目錄；存在就直接改變目錄到病人文件目錄，以保證轉到病 人文件目錄下保存數據文件，生成擴展名為.dat的文件，形成病人數據文件完整名稱。傳 遞病人數據文件名和文件保存標誌給採集裝置類庫，打開數據採集裝置，設置電壓採樣範 圍，配置2個採樣通道，分別對應左、右下肢壓力傳感裝置，設置採樣數據保存地址，以寫方 式打開病人數據.dat文件。初始化滾動條，記錄遊戲開始時間點。遊戲總分和各種水果分 數變量設為零，並在界面上顯示。設50ms採樣時鐘，每隔50ms採樣一次，即50ms採集一次 傳感裝置的數據。讀取所有採樣通道數據，分離採樣通道數據，前兩個通道為左下肢壓力傳 感裝置數據，後兩個通道為右下肢壓力傳感裝置數據。判斷左右下肢壓力大小，若左下肢壓 力大，水果筐向左轉並向左移動六個像素，右下肢壓力大，水果筐向右轉並向右移動六個像 素。當活動點超出畫面的最左邊時，仍使活動點在畫面的最左邊，右邊也一樣，使活動點不 超出畫面，再次記錄當前時間點；判斷遊戲時間是否到，若到達所設定的遊戲時間，自動調 用停止遊戲程序，遊戲停止。為了便於管理接水果遊戲，首先初始化一個遊戲對象，然後創建兩個兼容內存設 備對象，一個內存設備對象保存一幅所有水果及水果筐的位圖，另一個內存設備對象保存 要調到前臺來用的圖片。根據醫生在界面上選擇的遊戲難易程度，設定不同的採樣時鐘。低級每隔1 出 來一個水果，60ms更新一次遊戲；中級每隔IOs出來一個水果，30ms更新一次遊戲；高級 每隔6s出來一個水果，IOms更新一次遊戲，級別越高難度越大。調用圖6b創建一個遊戲對象，以後用此對象調用相應遊戲的函數，完成遊戲工作。調用圖6c生成一個水果對象並保存在一個鍊表中，該鍊表保存了水果對象的所 有信息如新產生的水果類型，什麼時間出來一個水果，應該出現在畫面什麼位置，該水果 的下落標誌的真假等。下落標誌為真，說明該水果還可以下落；下落標誌為假，說明該水果 已經下落到底部或者已被水果筐接住。如果水果被接住則發出接住水果的聲音。調用圖6d更新顯示畫面，每一小段時間刷新水果的位置和水果筐方向，顯示遊戲 的最新情況。接水果停止遊戲模塊程序流程圖如圖7所示。點擊「停止遊戲」按鈕，激活「遊戲 開始」、「錄入成績」、「測試查看」和「返回」按鈕，鎖定「停止遊戲」按鈕。系統自動統計接 住的各種水果的個數，再根據各種水果的單個分值，計算所接到的各種水果的總分值。統計 「接水果」遊戲成績的方法是遊戲成績=蘋果分值IOX接到蘋果數量+檸檬分值20X接 到檸檬數量+葡萄分值30X接到葡萄數量。釋放遊戲對象。關閉採樣時鐘，傳送實際數據 總量和緩衝區指針，關閉數據採集裝置；將採集的數據寫入病人數據文件，將文件保存在硬 盤上，關閉文件。釋放緩衝區，實際採樣數據個數變量清零，關閉採集裝置，記錄遊戲開始時 間點變量清零。接水果錄入成績模塊程序流程圖如圖8所示。接水果遊戲也具有下肢平衡康復訓練和雙下肢平均用力和靜態姿勢圖測試結果 查看功能，測試查看模塊程序流程圖如圖9所示。上述功能訓練和測試查看中所涉及的各項參數由計算機自動按照所設定的測試 時間開設緩衝區，每隔一定時間刷新一次，緩衝空間最大可以存放一定採集時間的數據，當訓練停止時，數據以文件格式自動保存在硬碟上，以便其他模塊計算和調用，再利用預先放 置在程序中的公式，由計算機後臺運行得出各種靜態姿勢圖參數。程序中的公式均通過動 態連結庫編程實現，便於今後升級和內容擴充。
權利要求
1.一種背部支撐減重趣味訓練方法，通過一套背部支撐減重靜態平衡評定訓練系統 進行，該系統包括訓練床、控制箱、主控計算機、患者用顯示裝置和主顯示屏；訓練床包括床 座、床架和床板，床架安裝在床座上並與床座可轉動相連，在床架的前端連接有左、右腳踏 板組件，在左右腳踏板組件上分別設有左右足底壓力傳感裝置，在床架與床座之間設有床 板角度調節機構；控制箱內設有傳感裝置接口電路和電機驅動模塊；傳感裝置接口電路與 左右足底壓力傳感裝置電信號相連，電機驅動模塊與床板角度調節機構中的直線步進電機 電信號相連；其特徵在於，所述的主控計算機內設有數據採集模塊、運動控制模塊、功能訓練模塊和 測試查看模塊；數據採集模塊與控制箱內的傳感裝置接口電路電信號相連，通過左右足底 壓力傳感裝置實時採集下肢用力數據；運動控制模塊與控制箱內的電機驅動模塊電信號相 連，用於驅動床板角度調節機構中的直線步進電機以實現床板的角度調節；功能訓練模塊 包含散步遊戲軟體和接水果遊戲軟體；測試查看模塊專供醫生查看和分析在遊戲過程中左 右腳對左右腳踏板的壓力平均值和各項靜態姿勢圖參數；所述的背部支撐減重趣味訓練方法包括以下步驟a、讓患者傾斜躺在訓練床上，並讓其左右腳分別踩在左右腳踏板上，使左右腳踏板處 於同一水平面上；b、根據患者的實際情況確定所需的減重重量，並通過調節訓練床的傾斜角度以實現該減重重量；C、讓計算機進入功能訓練模塊的散步遊戲軟體，並設定遊戲難度、訓練方式和遊戲時 間，讓患者根據患者用顯示裝置上顯示的人體重心的位置，實時調節雙下肢的用力，儘量使 人體重心在變化著的道路中間移動，虛擬真實環境中的散步進行趣味遊戲訓練；d、讓計算機進入功能訓練模塊的接水果遊戲軟體，並設定遊戲難度和遊戲時間，讓患 者根據患者用顯示裝置上顯示的人體重心即接水果筐的位置，實時調節雙下肢用力中心的 位置和移動方向，努力使水果落在水果筐內，進行趣味遊戲訓練。
2.如權利要求1所述的背部支撐減重趣味訓練方法，其特徵在於所述的散步遊戲的 遊戲難度包括難、中和易三種，其難易程度由畫面道路的彎曲程度決定，難、中和易三種難 易程度分別對應於大彎、中彎和小彎；訓練方式包括左側訓練、右側訓練和正常訓練，左側 訓練將道路設定在畫面的左側，右側訓練將道路設定在畫面的右側，正常訓練將道路設定 在畫面的中間。
3.如權利要求1所述的背部支撐減重趣味訓練方法，其特徵在於所述的接水果遊戲 的遊戲難度包括低級、中級和高級，其難易程度由水果的生成速度和下落速度決定，生成速 度和下落速度分別包括高速、中速和低速。
4.如權利要求1或3所述的背部支撐減重趣味訓練方法，其特徵在於所述的接水果 遊戲中的水果包括蘋果、檸檬和葡萄三種水果，三種水果的下落速度分別設有三種不同的 高速、中速和低速，共構成九種不同的下落速度。
5.如權利要求1所述的背部支撐減重趣味訓練方法，其特徵在於所述的散步遊戲軟 件和接水果遊戲軟體分別設有背景音樂和伴音效果。
全文摘要
本發明提供了一種背部支撐減重趣味訓練方法，該方法通過背部支撐減重靜態平衡評定訓練系統進行。該系統硬體包括訓練床、控制箱、主控計算機、患者用顯示裝置和主顯示屏；訓練床的傾斜角度可以調節，訓練床的一端設有左右腳踏板組件，左右腳踏板組件上分別設有足底壓力傳感裝置。該方法通過雙腳用力控制代替常規遊戲手動控制裝置，進行下肢平衡康復訓練，目的是將趣味遊戲應用於下肢平衡康復訓練領域。本發明的軟體系統設有散步遊戲軟體和接水果遊戲軟體。患者可在任意減重程度下，主動控制人體的重心位置和方向，利用視覺、聽覺反饋系統做遊戲，提高康復訓練的興趣和積極性，有利於加快患者的康復。
文檔編號A63F13/00GK102039049SQ20091019735
公開日2011年5月4日 申請日期2009年10月19日 優先權日2009年10月19日
發明者吳毅, 張峰, 李放, 胡永善, 賈傑 申請人:復旦大學附屬華山醫院