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基本信息
- 項(xiàng)目名稱(chēng)：
- 人體靜、動(dòng)態(tài)平衡功能測(cè)定與訓(xùn)練儀
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”省賽作品
- 小類(lèi)：
- 生命科學(xué)
- 大類(lèi)：
- 科技發(fā)明制作B類(lèi)
- 簡(jiǎn)介：
- 本系統(tǒng)主要由靜態(tài)平衡測(cè)定儀、動(dòng)態(tài)平衡測(cè)定儀以及平衡功能評(píng)定與康復(fù)訓(xùn)練軟件三部分組成。前者測(cè)量人體重心在踏板上的投影軌跡，不同的平衡障礙疾病部位對(duì)應(yīng)不同的重心軌跡圖，因此靜態(tài)平衡測(cè)定可以協(xié)助醫(yī)生更為準(zhǔn)確的診斷。后者測(cè)出患者行走時(shí)足底壓力分布情況，采用了三維立體顯示，方便實(shí)時(shí)觀察患者行走的步態(tài)狀況，且采用無(wú)線傳輸方式。另外，康復(fù)訓(xùn)練游戲，緩解了“患者多，醫(yī)生少”的矛盾。
- 詳細(xì)介紹：
- 本系統(tǒng)主要由靜態(tài)平衡測(cè)定儀、動(dòng)態(tài)平衡測(cè)定儀以及平衡功能評(píng)定與康復(fù)訓(xùn)練軟件三部分組成。 靜態(tài)平衡測(cè)定儀主要由測(cè)力平臺(tái)組成。其中，測(cè)力平臺(tái)由四個(gè)輪輻式力傳感器和信號(hào)調(diào)理與采集電路組成，用于測(cè)量人體重心在踏板上的投影位置，不同的平衡障礙疾病部位對(duì)應(yīng)不同的重心軌跡圖，因此靜態(tài)平衡測(cè)定可以協(xié)助醫(yī)生更為準(zhǔn)確的診斷。測(cè)定儀通過(guò)四個(gè)輪輻式壓力傳感器測(cè)量載人踏板的受力情況，與此同時(shí)，通過(guò)安裝在踏板上的壓力傳感器將采集患者靜態(tài)站立時(shí)足底的壓力分布狀況，并將力信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，經(jīng)由信號(hào)調(diào)理放大電路，輸送到下位機(jī)混合信號(hào)微控制器ADC模塊，再通過(guò)無(wú)線藍(lán)牙通訊模塊將數(shù)字信號(hào)傳送給上位機(jī)PC進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及結(jié)果計(jì)算。 動(dòng)態(tài)平衡測(cè)定儀利用安放于足底的柔性壓力傳感器（按人行走時(shí)足底壓力的分布情況安放）測(cè)出患者行走時(shí)足底壓力信號(hào)。將傳感器信號(hào)經(jīng)調(diào)理、放大等初步處理后，送入微處理器，并利用無(wú)線藍(lán)牙傳輸?shù)姆绞剑瑢⑻幚砗蟮膲毫π盘?hào)送往PC機(jī)。動(dòng)態(tài)平衡測(cè)定主要面向行走功能減退的老年人以及由偏癱，腦癱等引起的行走能力有障礙的人群，其數(shù)據(jù)分析結(jié)果采用了三維立體顯示，使康復(fù)醫(yī)生在操作的時(shí)候更加直觀，方便實(shí)時(shí)觀察患者行走的步態(tài)狀況。無(wú)線傳輸方式讓患者擺脫了電纜等物理媒介的束縛，這樣，醫(yī)生得到的數(shù)據(jù)更加真實(shí)，從而，制定的康復(fù)治療計(jì)劃也更加的切合實(shí)際情況。本項(xiàng)目的平衡功能評(píng)定與康復(fù)訓(xùn)練軟件部分利用Measurement Studio在MFC框架下開(kāi)發(fā)了一套虛擬儀器應(yīng)用軟件，通過(guò)藍(lán)牙接收下位機(jī)采集的數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)處理后通過(guò)重心軌跡、雷達(dá)圖、三維立體圖等的圖形化的方式顯示，可以將受測(cè)者的平衡測(cè)定參數(shù)定量、客觀的顯示出來(lái)。同時(shí)生成患者的平衡功能評(píng)定報(bào)表，對(duì)患者信息進(jìn)行管理。此外，軟件設(shè)置了康復(fù)訓(xùn)練模塊，該模塊利用虛擬現(xiàn)實(shí)游戲?qū)颊哌M(jìn)行訓(xùn)練，界面生動(dòng)友好，沉浸感強(qiáng)，提高了患者訓(xùn)練的積極性。游戲可以根據(jù)患者設(shè)置不同的訓(xùn)練模式和難度。游戲中患者被要求通過(guò)控制自身重心的移動(dòng)來(lái)完成某個(gè)任務(wù)。當(dāng)游戲結(jié)束時(shí)對(duì)患者的平衡能力進(jìn)行評(píng)分，使患者對(duì)自己的訓(xùn)練情況有一個(gè)直觀的了解。另外，康復(fù)游戲中不但有視覺(jué)提示，而且有語(yǔ)音提示，這給患者帶來(lái)了極大的方便，并減小了醫(yī)生的工作量，因此緩解了“患者多，醫(yī)生少”的矛盾。
作品圖片
作品專(zhuān)業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 目的： 本作品主要針對(duì)平衡功能障礙患者，研發(fā)一種靜、動(dòng)態(tài)平衡功能測(cè)定與訓(xùn)練儀作為一種客觀評(píng)定方法，可以評(píng)估患者的平衡功能損害程度及類(lèi)型，對(duì)于指導(dǎo)擬定康復(fù)計(jì)劃和治療措施。 基本思路： （1）、靜態(tài)平衡測(cè)定是在患者靜態(tài)站立時(shí)，通過(guò)患者重心軌跡來(lái)鑒定其平衡能力的受損程度。 （2）、動(dòng)態(tài)步態(tài)測(cè)定面向行走能力有障礙或減退的人群，利用無(wú)線步態(tài)測(cè)量技術(shù)檢測(cè)患者行走時(shí)足底壓力的分布情況。 （3）、康復(fù)治療采用的是虛擬現(xiàn)實(shí)游戲。進(jìn)行重心控制能力的訓(xùn)練，幫助治療。 創(chuàng)新點(diǎn)： 1、在動(dòng)態(tài)步態(tài)測(cè)量方面，采用柔性薄膜傳感器，增加舒適性。 2、系統(tǒng)采用了無(wú)線傳輸?shù)姆绞健? 3、系統(tǒng)在康復(fù)治療方面設(shè)有游戲，使患者更積極配合治療。 技術(shù)關(guān)鍵： 1、搭建靜態(tài)姿勢(shì)圖記錄平臺(tái)，包括測(cè)力臺(tái)、靜態(tài)測(cè)試項(xiàng)目和應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)和完善。 2、按照人行走時(shí)足底壓力的分布情況來(lái)安排傳感器的位置，以及鞋墊的多層結(jié)構(gòu)。 3、無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的組建。 4、接收機(jī)與上位機(jī)實(shí)現(xiàn)USB設(shè)備形式，即插即用。 5、上位機(jī)軟件：就壓力大小，實(shí)現(xiàn)3D立體直觀顯示，而重心位置則采用的是軌跡記錄方式。 6、針對(duì)臨床應(yīng)用設(shè)計(jì)平衡測(cè)試與康復(fù)訓(xùn)練應(yīng)用軟件。 主要技術(shù)指標(biāo)： 1、上位機(jī)軟件采用三維立體顯示。 2、在測(cè)量患者行走步態(tài)時(shí)采用無(wú)線通信的方式，讓患者擺脫了電纜等物理媒介的束縛。 3、與上位機(jī)之間采用USB接口。 4、重心測(cè)量方面，實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)量，硬件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔可靠。測(cè)力臺(tái)測(cè)量重心位置的精度為±2mm。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 1)本項(xiàng)目上位機(jī)軟件中添加了康復(fù)訓(xùn)練模塊，讓患者在游戲中進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練，大大激發(fā)患者興趣。 2)本項(xiàng)目采用USB接口，安裝簡(jiǎn)單、即插即用的特點(diǎn)。 3)本項(xiàng)目能實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)量，硬件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔可靠。測(cè)力臺(tái)測(cè)量重心位置的精度可以達(dá)到±2mm。 4)本項(xiàng)目在足底選取具有代表性的點(diǎn)來(lái)布置傳感器，大大減少傳感器的數(shù)量，在不失有效數(shù)據(jù)的前提下提高采樣率，提升可靠性，也使成本降低。 5)本項(xiàng)目同時(shí)采用了立體山峰圖顯示和壓力波形顯示，方便實(shí)時(shí)觀察患者行走的步態(tài)狀況。 6)本項(xiàng)目采用無(wú)線通信的方式，讓患者擺脫了電纜等傳統(tǒng)物理媒介的束縛，給予患者“無(wú)線”的自由，使醫(yī)生得到的數(shù)據(jù)更加真實(shí)，且能實(shí)時(shí)地觀察患者行走站時(shí)足底的壓力分布情況，從而，制定的康復(fù)治療計(jì)劃也更加的切合實(shí)際情況。 7)本項(xiàng)目采用的是柔性薄膜壓力傳感器，貼合在常用的纖維鞋墊內(nèi)層，每個(gè)傳感器都配有柔軟凸點(diǎn)，既保證了舒適性，又加強(qiáng)了壓力傳感器的靈敏度，所測(cè)得數(shù)據(jù)更加真實(shí)。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 本作品與四月八號(hào)獲得校挑戰(zhàn)杯選拔賽一等獎(jiǎng)
作品所處階段
- 本作品樣機(jī)設(shè)計(jì)制作已經(jīng)完成，并已申請(qǐng)專(zhuān)利，在相關(guān)醫(yī)院已經(jīng)做過(guò)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，并未進(jìn)行商業(yè)轉(zhuǎn)化。
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 獲得專(zhuān)利權(quán)的技術(shù)
作品可展示的形式
- 實(shí)物現(xiàn)場(chǎng)演示
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 使用說(shuō)明： 本系統(tǒng)包括靜態(tài)平衡儀和無(wú)線步態(tài)測(cè)量子系統(tǒng)，分別可以評(píng)定人體靜態(tài)平衡能力和動(dòng)態(tài)平衡能力。靜態(tài)評(píng)定時(shí)，受檢者安靜地站立在靜態(tài)平衡儀的測(cè)力平臺(tái)上，則其在一定時(shí)間內(nèi)投影到測(cè)力臺(tái)上的重心位置變化情況被記錄下來(lái)；無(wú)線步態(tài)測(cè)量時(shí)，受檢者將內(nèi)含傳感器的步態(tài)測(cè)量鞋墊放入鞋內(nèi)，將與鞋墊連接的發(fā)射器固定在小腿上，按平時(shí)行走方式行走，則其步態(tài)足底壓力被記錄下來(lái)。醫(yī)生通過(guò)觀察重心軌跡圖形，分析所得的評(píng)價(jià)指標(biāo)就可以對(duì)受檢者的平衡功能進(jìn)行評(píng)定。對(duì)于具有平衡功能障礙的患者，可以利用虛擬現(xiàn)實(shí)游戲?qū)ζ溥M(jìn)行重心控制能力的康復(fù)訓(xùn)練。 適用范圍及推廣前進(jìn)： 平衡儀不僅對(duì)由腦卒中、偏癱、梅尼艾氏綜合癥等疾病引起的平衡失調(diào)的評(píng)估及治療具有重要意義，而且對(duì)兒童注意缺陷多動(dòng)障礙，中老年人的平衡失調(diào)問(wèn)題、特種醫(yī)學(xué)的研究也具有不可估量的價(jià)值。此外，對(duì)于眾多平衡類(lèi)的體育運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目，平衡儀也可以輔助提高競(jìng)技水平。因此，靜、動(dòng)態(tài)平衡測(cè)定訓(xùn)練儀具有廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景和良好的經(jīng)濟(jì)效益。
同類(lèi)課題研究水平概述
- 1、國(guó)外研究現(xiàn)狀： 國(guó)外的靜態(tài)平衡儀發(fā)展已較為成熟，對(duì)靜態(tài)平衡儀進(jìn)行改進(jìn)所形成的踏板類(lèi)動(dòng)態(tài)平衡儀成為了研究的熱點(diǎn)。美國(guó)Neurocom international公司的一系列平衡功能評(píng)定系（Equitest, Smart Balance Master等）是目前功能和技術(shù)最先進(jìn)的平衡功能檢測(cè)系統(tǒng)。其由美國(guó)航天局（NASA）和美國(guó)國(guó)家衛(wèi)生研究院支持研發(fā)的智能平衡診斷概念已為公眾所接受。該公司最先進(jìn)的Smart Balance Master可實(shí)現(xiàn)一維旋轉(zhuǎn)及平動(dòng)踏板，并采用視覺(jué)環(huán)繞技術(shù)進(jìn)行視覺(jué)干擾，德國(guó)的medilogic公司研制的腳墊式測(cè)力儀通過(guò)每個(gè)腳墊上的64個(gè)壓力傳感器,可以實(shí)時(shí)采集足底壓力,并將信號(hào)無(wú)線發(fā)射至電腦進(jìn)行處理和分析。它的每只腳墊上含有64個(gè)FSR高敏感壓力傳感器，可測(cè)試站立、走、跑等多種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的足底壓力變化，可實(shí)時(shí)無(wú)線傳輸鞋底壓力信號(hào)，并通過(guò)軟件控制和分析。這套系統(tǒng)具有便捷的錄制、停止及回放功能，可顯示壓力值、三維網(wǎng)格、彩色壓力頻譜，并可進(jìn)行一側(cè)或左右壓力對(duì)比，數(shù)據(jù)可儲(chǔ)存并轉(zhuǎn)換為多種格式。 2、國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀： 在我國(guó), 臨床平衡功能的檢測(cè)普遍采用傳統(tǒng)的目測(cè)法。80年代以后, 部分單位引進(jìn)了國(guó)外平衡功能檢測(cè)儀, 對(duì)不同年齡、性別及某些疾病的姿勢(shì)圖進(jìn)行了研究。但與國(guó)際先進(jìn)水平相比, 還有一段距離。目前，對(duì)于靜態(tài)平衡儀的研究國(guó)外已經(jīng)比較成熟，國(guó)內(nèi)也有很多單位對(duì)此進(jìn)行了研究。但是目前我國(guó)平衡儀發(fā)展仍處于初步階段，存在許多的不足：數(shù)據(jù)采集通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡實(shí)現(xiàn)，同時(shí)目前平衡儀主要進(jìn)行平衡功能的評(píng)定，康復(fù)訓(xùn)練環(huán)節(jié)薄弱。 動(dòng)態(tài)平衡研究方面，國(guó)內(nèi)尚屬起步階段，部分單位也逐漸沿步態(tài)壓力以及步態(tài)加速度方向研究。中國(guó)科技大學(xué)研究生院和中國(guó)人民解放軍總醫(yī)院聯(lián)合研究的“人體步態(tài)分析系統(tǒng)足底壓力測(cè)量系統(tǒng)”，能基本實(shí)現(xiàn)足底壓力信號(hào)的采樣，但采樣率較低，引線較多，使用時(shí)不夠方便且具有一定局限性。 3、小結(jié)： 平衡測(cè)試儀作為一種人體平衡能力的客觀評(píng)定方法，具有廣闊的開(kāi)發(fā)前景。綜合比較國(guó)內(nèi)外平衡儀的發(fā)展，可以得出如下結(jié)論：國(guó)外平衡儀的起步較早，研究較為深入，各種平衡儀均達(dá)到一定的發(fā)展水平，但其科研成本大，費(fèi)用較高。相對(duì)而言，國(guó)內(nèi)的平衡儀仍處于初級(jí)發(fā)展階段，大多數(shù)平衡儀只能進(jìn)行平衡功能的評(píng)定，康復(fù)訓(xùn)練環(huán)節(jié)較為薄弱。此外，動(dòng)態(tài)平衡的測(cè)量始終是個(gè)難題，該方向還有很大的研究及發(fā)展空間。
