徐秀林 鄒任玲 陸蓉蓉 李 放 趙 展 吳 毅*

（上海理工大學(xué)醫(yī)療器械與食品學(xué)院，上海 200093）2（復(fù)旦大學(xué)附屬華山醫(yī)院，上海 200040）

引言

目前，肢體殘疾和腦卒中患者最有效的治療手段是借助儀器做反復(fù)的肢體訓(xùn)練和平衡功能鍛煉。通過(guò)反復(fù)的訓(xùn)練，可以改善人的肢體功能，提高人體的平衡能力，以使患者防止足下垂和足內(nèi)翻，糾正患者下肢用力不均、步態(tài)異常和身體平衡性差等缺陷，提高人的站立和行走能力［1］等。通過(guò)對(duì)患者訓(xùn)練效果的檢測(cè)評(píng)定，可對(duì)確定進(jìn)一步的治療方案提供幫助。然而，目前大多數(shù)康復(fù)訓(xùn)練儀功能單一，其使用范圍受到很大的限制，且多數(shù)儀器都只適用于主動(dòng)性訓(xùn)練，要求病人有較強(qiáng)的動(dòng)作協(xié)調(diào)能力，對(duì)于重癥肢體活動(dòng)能力差的患者，則無(wú)法進(jìn)行多功能訓(xùn)練和測(cè)試。同時(shí)，由于腦卒中患者常伴有高血壓、心臟病等疾病，需在其體重減負(fù)的情況下進(jìn)行訓(xùn)練。因此，設(shè)計(jì)在減重狀態(tài)下集主動(dòng)和被動(dòng)訓(xùn)練方式、靜態(tài)平衡功能評(píng)定于一體的多功能康復(fù)評(píng)定訓(xùn)練儀，是臨床上迫切需要解決的問(wèn)題。

目前，國(guó)內(nèi)外已對(duì)康復(fù)機(jī)器人有所研究，部分產(chǎn)品已問(wèn)世。例如，瑞士HOCOMA醫(yī)療器械公司與蘇黎士Balgrist醫(yī)學(xué)院康復(fù)中心合作推出LOKOMAT康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人［2］，采用懸吊減重方式對(duì)下肢功能進(jìn)行訓(xùn)練，雖然功能較為全面，但其動(dòng)力學(xué)模型較為復(fù)雜，控制難度較大。意大利羅馬La Sapienza大學(xué)研究了一種步行輔助康復(fù)設(shè)備（walking assistance and rehabilitation device，WARD）［3］，雖然運(yùn)動(dòng)慣性沖擊較小，控制較容易實(shí)現(xiàn)，但由于采用氣閥控制，實(shí)時(shí)響應(yīng)能力受到限制。比利時(shí)布魯塞爾Vrije大學(xué)研制了一種可調(diào)式康復(fù)訓(xùn)練設(shè)備［4］，采用氣囊式人造肌肉作為驅(qū)動(dòng)裝置，通過(guò)充、放氣來(lái)實(shí)現(xiàn)氣囊膨脹縮短或收縮伸長(zhǎng)，帶動(dòng)外骨骼式機(jī)械腿的大小腿擺動(dòng)，從而牽引患者的肢體運(yùn)動(dòng)，這一設(shè)計(jì)更接近人體的真實(shí)運(yùn)動(dòng)情況，系統(tǒng)柔性較好，但較難實(shí)現(xiàn)。近幾年來(lái)，國(guó)內(nèi)對(duì)康復(fù)訓(xùn)練設(shè)備的研究越來(lái)越重視，清華大學(xué)、上海大學(xué)、哈爾濱工程大學(xué)已研制出各自的康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人［5-6］，總體來(lái)說(shuō)，結(jié)構(gòu)都比較復(fù)雜和龐大，質(zhì)量較大，臨床應(yīng)用較少。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)站立平衡的訓(xùn)練及測(cè)試評(píng)定方法也已有較多報(bào)道［7－10］，但是大多數(shù)都是患者在保持重心位置不變的狀態(tài)進(jìn)行的，患者沒(méi)有主動(dòng)參與控制重心運(yùn)動(dòng)的過(guò)程。而人體的各種動(dòng)作，尤其在站、立、行過(guò)程中包含了主動(dòng)控制重心運(yùn)動(dòng)的過(guò)程［11－12］，因此在站立狀態(tài)下，如何進(jìn)行有效的重心控制訓(xùn)練，并對(duì)訓(xùn)練過(guò)程的平衡能力進(jìn)行測(cè)試和分析，具有重要意義。

本研究的目的在于：設(shè)計(jì)一種能在任意傾斜角度減重的狀態(tài)下進(jìn)行下肢功能訓(xùn)練和平衡功能評(píng)估、用于偏癱患者的多功能康復(fù)訓(xùn)練評(píng)定系統(tǒng)。該系統(tǒng)可對(duì)患者進(jìn)行主動(dòng)、被動(dòng)訓(xùn)練、下蹲站起平衡和靜態(tài)平衡功能評(píng)定，能實(shí)現(xiàn)靜態(tài)、主動(dòng)和被動(dòng)屈伸運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的人體運(yùn)動(dòng)學(xué)和生物力學(xué)的多參數(shù)檢測(cè)，為臨床制定康復(fù)治療方案提供科學(xué)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，具有重要的臨床應(yīng)用價(jià)值。

1 系統(tǒng)主要功能

根據(jù)臨床需求，確定該康復(fù)訓(xùn)練評(píng)定系統(tǒng)的主要功能指標(biāo)，包括訓(xùn)練功能和測(cè)試評(píng)定功能，主要功能及技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表1。

1.1 減重功能

軀干和下肢承重能力下降是導(dǎo)致行走困難的重要原因，不同程度地減少身體體重以減少下肢負(fù)荷的減重訓(xùn)練（partial weight support，PWS）是一種有效的康復(fù)治療方法［13－14］。為了對(duì)支撐能力不足的患者進(jìn)行早期的各種步行訓(xùn)練，本設(shè)計(jì)采用不同傾斜程度的床體來(lái)實(shí)現(xiàn)減重。根據(jù)安裝在床體上的角度測(cè)量裝置，可精確地計(jì)算出減重的大小，訓(xùn)練時(shí)病人躺在訓(xùn)練床上，根據(jù)不同的需求選擇不同的傾斜角度進(jìn)行減負(fù)訓(xùn)練，床體傾斜角度可在0～90°之間調(diào)節(jié)。

表1 多態(tài)康復(fù)訓(xùn)練評(píng)定儀的技術(shù)要求Tab.1 The technical requirements of multi-function rehabilitation training and assessment system

1.2 訓(xùn)練功能

該訓(xùn)練儀能實(shí)現(xiàn)雙腿被動(dòng)同步屈伸和雙側(cè)交替屈伸的被動(dòng)態(tài)訓(xùn)練，雙腿屈伸速度可在30～90次/min范圍內(nèi)任意調(diào)節(jié)，腳板移動(dòng)距離可在0～380 mm范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。雙腿同步屈伸模擬人體下蹲站起功能，雙側(cè)交替屈伸模擬人體行走步態(tài)，被動(dòng)雙側(cè)同步屈伸和被動(dòng)雙側(cè)交替屈伸均可設(shè)定訓(xùn)練周期和訓(xùn)練速度；當(dāng)床身傾斜至90°時(shí)，患者可進(jìn)行下蹲站起的主動(dòng)訓(xùn)練和靜態(tài)平衡能力訓(xùn)練。同時(shí)，系統(tǒng)可實(shí)時(shí)檢測(cè)出患者在訓(xùn)練過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)速度、運(yùn)動(dòng)時(shí)間、足底壓力等參數(shù)，并進(jìn)行其相關(guān)性分析。

1.3 評(píng)定功能

在針對(duì)不同方式訓(xùn)練后，可對(duì)患者在主動(dòng)下蹲站起和靜止?fàn)顟B(tài)下進(jìn)行相應(yīng)的平衡功能測(cè)試和評(píng)估，測(cè)試評(píng)估的參數(shù)有：額狀面擺動(dòng)頻率、平均重心、額狀面最大擺幅、額狀面平均擺幅、重心移動(dòng)軌跡總長(zhǎng)度、重心移動(dòng)軌跡總面積、額狀面?zhèn)确綌[速以及足底壓力隨時(shí)間的變化規(guī)律（時(shí)間－壓力曲線）等。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本研究設(shè)計(jì)了用于偏癱患者的減重康復(fù)訓(xùn)練測(cè)試系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)由訓(xùn)練床主體、主控計(jì)算機(jī)、控制箱、患者顯示裝置和主顯示裝置組成，總體結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。訓(xùn)練床的床體能在0～90°范圍內(nèi)傾斜，以滿足患者在任意傾斜角度減重的需要。該訓(xùn)練系統(tǒng)集成了主動(dòng)和被動(dòng)訓(xùn)練方式，對(duì)人體腿部肌肉骨骼系統(tǒng)進(jìn)行綜合康復(fù)訓(xùn)練和靜態(tài)平衡康復(fù)評(píng)定，實(shí)物如圖2所示。

圖1 減重多態(tài)康復(fù)訓(xùn)練評(píng)定系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)（1－底框，2，3－直線步進(jìn)電機(jī)，4－可伸縮腳輪地腳座，5－腳輪手柄，6－連接軸，7－控制箱，8－角度顯示器，9－床面支架，10－床板，11－腿部支架，12－腳踏板，13－腳踏板支架，14－患者顯示器，15－腳輪，16－床面回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，17－主控計(jì)算機(jī)）。（a）患者顯示器；（b）訓(xùn)練床；（c）主控計(jì)算機(jī)Fig.1 Structure of body weight loss multi-function system for rehabilitation training and assessment.（1－base，2，3 － linear stepper motor，4－ block feet retractable casters，5 － casters handle，6 － connecting shaft，7 － control box，8 － angle display，9 － bed frame，10 － bed board，11 － leg support，12 － pedal，13 － pedal bracket，14 － patient monitor，15 － casters，16 － bed hoister，17 － computer）（a）monitor for patients；（b）training bed；（c）computer

訓(xùn)練床由主體底座、床架、背板、雙側(cè)下肢支架與腳踏板組成，腳踏板下裝有足底壓力傳感器。床板與床架之間裝有滑動(dòng)導(dǎo)軌，以供患者主動(dòng)下蹲站起訓(xùn)練時(shí)床板在床架上滑動(dòng)。

圖2 減重多態(tài)康復(fù)訓(xùn)練評(píng)定儀實(shí)物Fig.2 Body weight lossmulti-function system for rehabilitation training and assessment

①底座：由底框和4個(gè)帶有自鎖的腳輪及可伸縮腳輪地腳座組成。

②床架：由床面水平支架和床面回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)組成，在床架電機(jī)驅(qū)動(dòng)下可作0～90°的旋轉(zhuǎn)，其旋轉(zhuǎn)角度的大小由角度顯示器顯示。

③床板：床板和床架之間安裝有導(dǎo)軌（滑槽），兩側(cè)有擱手板，床板可沿床架滑動(dòng)，床板滑行后可自行復(fù)位。

④下肢支架：由長(zhǎng)度可調(diào)的下肢滑桿和髖、膝、踝3個(gè)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸及腳踏板組成。腳踏板下安裝有壓力傳感器，用于檢測(cè)足底壓力；大小腿支架滑桿之間的膝關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸上安裝有角度傳感器，用于實(shí)時(shí)檢測(cè)被動(dòng)訓(xùn)練時(shí)的腿部運(yùn)動(dòng)角度。

⑤足踏板壓力傳感器裝置：傳感器安裝在腳踏板支架內(nèi)，分左右兩側(cè)并置。由傳感器支撐體、腳前掌受力元件、腳后掌受力元件、應(yīng)變電阻和調(diào)理電路板組成。足底壓力傳感器可實(shí)時(shí)檢測(cè)患者在訓(xùn)練或功能評(píng)估時(shí)足底壓力的大小，見(jiàn)圖3。

⑥動(dòng)力裝置：在床板下并行安裝有兩個(gè)直線步進(jìn)電機(jī)，用以驅(qū)動(dòng)腳踏板做往復(fù)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)患者做被動(dòng)運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練（passive training）時(shí)，由電機(jī)驅(qū)動(dòng)的下肢支架帶動(dòng)患者的下肢做被動(dòng)運(yùn)動(dòng)。根據(jù)雙腿同步及交替屈伸運(yùn)動(dòng)的自由度特點(diǎn)，采用兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)，通過(guò)螺紋傳動(dòng)分別驅(qū)動(dòng)單只腳運(yùn)動(dòng)；根據(jù)兩個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的時(shí)序不同，又可以實(shí)現(xiàn)腿部的交替屈伸（兩只電機(jī)交替驅(qū)動(dòng)）、同步屈伸（兩只電機(jī)同時(shí)驅(qū)動(dòng)）的被動(dòng)式訓(xùn)練功能。為了防止出現(xiàn)機(jī)械的死點(diǎn)以及仿生膝關(guān)節(jié)，采用了不同轉(zhuǎn)動(dòng)中心的二連桿作腿部支撐［15－16］。另外，通過(guò)調(diào)節(jié)圖中的大腿及小腿支架的長(zhǎng)度，通過(guò)軟件控制腳部的行程，可以滿足不同身高患者的訓(xùn)練要求。

圖3 足底壓力測(cè)試裝置Fig.3 Plantar pressure testing device

圖4 足底壓力傳感器結(jié)構(gòu)Fig.4 Plantar pressure sensor structure

3 足底壓力測(cè)試裝置設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)的足底壓力測(cè)試裝置如圖3所示，由腳踏板、壓力傳感器及傳感器安裝組件組成，每個(gè)腳踏板安裝有2個(gè)傳感器，每個(gè)傳感器的量程均為100 kg，精度為0.5％。傳感器之間通過(guò)調(diào)理電路連接，傳感器的安裝位置如圖4所示，分布于腳掌和腳跟處，分別安裝在腳踏板下方的支架上。腳踏板具有兩種工作狀態(tài)：一種是通過(guò)與之相連的下肢支架帶動(dòng)患者下肢做被動(dòng)運(yùn)動(dòng)，即腳踏板通過(guò)連接軸在電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下帶動(dòng)患者下肢做往復(fù)同步屈伸或交替屈伸的運(yùn)動(dòng)，對(duì)患者進(jìn)行訓(xùn)練；另一種是當(dāng)床身旋轉(zhuǎn)至垂直位置時(shí)，腳踏板處于水平位置，患者站在其上做主動(dòng)下蹲站起訓(xùn)練運(yùn)動(dòng)或靜態(tài)平衡測(cè)試。雙腳4個(gè)傳感器分別與傳感器接口電路連接，通過(guò)數(shù)據(jù)采集裝置（研華PC1710）將信號(hào)傳遞至計(jì)算機(jī)，由主控計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理和相關(guān)信息的輸出。

該壓力測(cè)試裝置的傳感器采用應(yīng)變式壓力傳感設(shè)計(jì)原理，應(yīng)變片采用膜片式彈性元件。圖5所示為該膜片式壓力傳感器的示意圖，應(yīng)變片貼在膜片內(nèi)壁，在壓力 p的作用下，膜片產(chǎn)生徑向應(yīng)變 εr和切向應(yīng)變?chǔ)舤，表達(dá)式分別為

式中，p——膜片上均勻分布的壓力；

R，h——膜片的半徑和厚度；

x——離圓心的徑向距離；

u——材料的泊松比，采用鋼結(jié)構(gòu)，取值0.285；

E——材料的彈性模量。

由圖5（a）可知，膜片彈性元件承受壓力p時(shí)，其應(yīng)變變化曲線的特點(diǎn)為：當(dāng)x=0時(shí)，εr，max=εt，max；當(dāng)x=R時(shí)，εt=0，εr=－2εr，max。

圖5 傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)。（a）應(yīng)變變化；（b）應(yīng)變片粘貼位置Fig.5 The internal structure of sensor.（a）strain variation diagram；（b）location of strain gauges

在平膜片圓心處切向貼R1、R4兩個(gè)應(yīng)變片，在邊緣處沿徑向貼R2、R3兩個(gè)應(yīng)變片，然后接成全橋測(cè)量電路。

4 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)中心控制，由兩個(gè)顯示屏（主顯示屏和患者顯示屏）進(jìn)行顯示，其中主顯示屏放置在操作臺(tái)上，如圖1（c）所示，供醫(yī)護(hù)人員使用?；颊唢@示器位于患者訓(xùn)練時(shí)的前方，如圖1（a）所示，便于患者觀察訓(xùn)練過(guò)程中腳底受力大小的變化及趣味訓(xùn)練界面等。

下肢運(yùn)動(dòng)采用足底驅(qū)動(dòng)方式。左、右腳運(yùn)動(dòng)由常州海頓直線電機(jī)有限公司生產(chǎn)的E87H4Z-05-018型兩個(gè)直線步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，床身的旋轉(zhuǎn)由浙江新昌醫(yī)療器材設(shè)備有限公司生產(chǎn)的JC-35C型電動(dòng)推桿驅(qū)動(dòng)，3個(gè)電機(jī)均安裝于床身下方。在床身底座上安裝有控制箱，控制箱內(nèi)設(shè)有傳感裝置接口電路、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊和電源模塊，電源模塊分別為傳感裝置接口電路和電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊提供電源；電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊分別與床板角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、左下肢和右下肢支架移動(dòng)機(jī)構(gòu)中直線步進(jìn)電機(jī)的電信號(hào)相連，傳感裝置接口電路與足底壓力電信號(hào)相連?？刂葡?安裝于床體的底座上（見(jiàn)圖1）。

為了保證系統(tǒng)的安全性，訓(xùn)練時(shí)用安全帶將患者固定于床上，同時(shí)按照GB9701.1的要求，在訓(xùn)練床上安裝限位裝置和急停開(kāi)關(guān)，以保證緊急狀態(tài)下使訓(xùn)練系統(tǒng)迅速停止。

主控計(jì)算機(jī)集成了數(shù)據(jù)采集裝置以及運(yùn)動(dòng)控制裝置，足底壓力信號(hào)經(jīng)過(guò)信號(hào)濾波及放大進(jìn)入數(shù)據(jù)采集裝置（研華PC1710），由主控計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理并將相關(guān)信息輸出。急停、限位等開(kāi)關(guān)信號(hào)直接進(jìn)入采集裝置，用于控制運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的緊急停止。計(jì)算機(jī)集成雙軸運(yùn)動(dòng)控制裝置（研華PCI1420U），通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制模塊，控制左右腳踏板，實(shí)現(xiàn)患者雙側(cè)同步屈伸、雙側(cè)交替屈伸運(yùn)動(dòng)以及單腿屈伸訓(xùn)練等；計(jì)算機(jī)通過(guò)運(yùn)動(dòng)控制模塊，驅(qū)動(dòng)床板角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)中的直線步進(jìn)電機(jī)，使床板能在0～90°間任意傾斜，實(shí)現(xiàn)對(duì)患者不同程度的減重。控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖見(jiàn)圖6。

圖6 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Fig.6 Diagram of control system

5 結(jié)果

通過(guò)自編的專(zhuān)用軟件（版本號(hào)：HLX-1a），實(shí)現(xiàn)對(duì)足底壓力、關(guān)節(jié)角度等信號(hào)的采集和處理，并能實(shí)時(shí)顯示各參數(shù)的變化情況，圖7為正常人受試者下肢不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的足底壓力隨時(shí)間的變化規(guī)律，其中（a）為下蹲站起主動(dòng)訓(xùn)練時(shí)的足底壓力隨時(shí)間的變化曲線，（b）為雙腿交替曲伸被動(dòng)運(yùn)動(dòng)時(shí)的足底壓力隨時(shí)間的變化曲線。

圖7 正常人受試者在不同訓(xùn)練狀態(tài)時(shí)的足底壓力信息。（a）下蹲站起時(shí)左右足底壓力曲線；（b）雙腿交替屈伸時(shí)足底壓力曲線Fig.7 Training status of normal subject.（a）the plantar pressure in squat and stand up；（b）the plantar pressure curve in alternating flexion and extension legs

根據(jù)足底壓力傳感的數(shù)據(jù)信息，實(shí)現(xiàn)了對(duì)患者靜止?fàn)顟B(tài)、主動(dòng)運(yùn)動(dòng)及被動(dòng)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)的測(cè)試和評(píng)估，評(píng)估的參數(shù)有：額狀面擺動(dòng)頻率、平均重心、額狀面最大擺幅、額狀面平均擺幅、重心移動(dòng)軌跡總長(zhǎng)度、重心移動(dòng)軌跡總面積、額狀面?zhèn)确綌[速等。圖8為受試者被動(dòng)雙側(cè)同步屈伸運(yùn)動(dòng)時(shí)的多參數(shù)顯示界面，左側(cè)兩個(gè)柱狀圖為左右腳的壓力實(shí)時(shí)顯示值，右側(cè)為人體運(yùn)動(dòng)學(xué)各參數(shù)。

當(dāng)床身旋轉(zhuǎn)至90°時(shí)，康復(fù)效果較好的患者可做下蹲站起主動(dòng)運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練，系統(tǒng)可獲得主動(dòng)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下人體的有關(guān)動(dòng)態(tài)參數(shù)。圖9為主動(dòng)雙側(cè)同步屈伸時(shí)（主動(dòng)下蹲站起）正常人受試者的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)圖，其中：上圖顯示左右腳的壓力隨時(shí)間變化曲線，下圖顯示重心位置隨時(shí)間變化的曲線；從上到下代表重心位置從左腳移動(dòng)到右腳（整個(gè)區(qū)間），中間為平衡位置；不同顏色的線條之間的間距代表不同的重心百分比，與右邊百分比顯示相對(duì)應(yīng)。良好重心百分比是指重心落在5％區(qū)間內(nèi)的比例，計(jì)算方法是：落在5％內(nèi)的采樣數(shù)據(jù)數(shù)量除以總的采樣數(shù)據(jù)數(shù)量，再乘以100％。根據(jù)患者重心的良好百分比，可以判斷患者的平衡能力，為臨床診斷提供依據(jù)。

圖8 受試者被動(dòng)雙側(cè)同步屈伸運(yùn)動(dòng)時(shí)的多參數(shù)顯示界面Fig.8 Multi-parameter display interface of bilateral simultaneousflexion and extension movement of the testees

圖9 受試者主動(dòng)雙側(cè)同步屈伸運(yùn)動(dòng)時(shí)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)（上圖為足底壓力隨時(shí)間的變化規(guī)律，下圖為人體重心良好百分比程度）Fig.9 Bilateral simultaneous flexion and extension movement active movement state diagram of testees（the picture above illustrates plantar pressure variation with time；the picture below shows degree of the percentage of a good body center of gravity）

6 系統(tǒng)的可靠性測(cè)試

6.1 受試對(duì)象

本試驗(yàn)受試對(duì)象為健康成年人45名，其中男性13名、女性32名。入組標(biāo)準(zhǔn)：無(wú)認(rèn)知障礙、無(wú)視力障礙、無(wú)平衡障礙。排除標(biāo)準(zhǔn)：神經(jīng)肌肉系統(tǒng)及肌肉骨骼系統(tǒng)的疾病，如卒中后、帕金森??；有不穩(wěn)、眩暈、感覺(jué)功能缺失等癥狀；患有其他可能引起平衡異常的疾病；關(guān)節(jié)炎；未能糾正的視力障礙；體位性高血壓者；服用鎮(zhèn)靜藥、安眠藥、抗焦慮藥、抗抑郁藥者。

6.2 評(píng)定指標(biāo)

由1名熟練的康復(fù)醫(yī)師操作多態(tài)康復(fù)訓(xùn)練評(píng)定系統(tǒng)，對(duì)受試者進(jìn)行靜態(tài)平衡參數(shù)的測(cè)定，所測(cè)定的靜態(tài)平衡參數(shù)包括對(duì)稱性參數(shù)和穩(wěn)定性參數(shù)。其中，對(duì)稱性參數(shù)為平均重心（average center of gravity，COG），穩(wěn)定性參數(shù)包括額狀面平均擺幅（mean sway in frontal plane）、額狀面最大擺幅（maximum sway in frontal plane）、重心移動(dòng)軌跡總長(zhǎng)度（cover length）、重心移動(dòng)軌跡總面積（cover area）、額狀面?zhèn)确綌[速（velocity in frontal plane）。評(píng)定分為兩次進(jìn)行，第二次評(píng)定在第一次評(píng)定后7天進(jìn)行，以評(píng)定系統(tǒng)的可靠性。

6.3 試驗(yàn)方法及結(jié)果

試驗(yàn)前先向受試者說(shuō)明試驗(yàn)?zāi)康暮妥⒁馐马?xiàng)，以得到受試者的充分配合和理解。當(dāng)床體旋轉(zhuǎn)至垂直位置時(shí)，受試者站立于腳踏板上，身體不與床面接觸，兩眼平視前方，盡量將重心控制在兩足間，兩腳均勻承重，盡量控制身體，以減少前后左右搖擺。

保持試驗(yàn)環(huán)境安靜、通風(fēng)，環(huán)境光線適當(dāng)，視覺(jué)環(huán)境良好，盡量減少噪聲和無(wú)關(guān)人員的干擾，叮囑受試者放松心情。試驗(yàn)前詢問(wèn)受試者年齡、身高、體重等信息，并加以記錄。

數(shù)據(jù)采集分為兩次進(jìn)行，在第一次采集數(shù)據(jù)后7天進(jìn)行第二次數(shù)據(jù)采集，保持兩次試驗(yàn)環(huán)境相同。該訓(xùn)練系統(tǒng)的可靠性（重復(fù)性）試驗(yàn)結(jié)果如表2所示，可見(jiàn)受試者的對(duì)稱性參數(shù)和穩(wěn)定性參數(shù)的組內(nèi)相關(guān)系數(shù)（ICC）均大于0.7，證明多態(tài)康復(fù)訓(xùn)練評(píng)定系統(tǒng)的可靠性良好。

表2 靜態(tài)平衡對(duì)稱性參數(shù)和穩(wěn)定性參數(shù)的測(cè)試結(jié)果Tab.2 The test results of the symmetry and stability parameters when the static balance

7 結(jié)論

本研究設(shè)計(jì)的背部減重多態(tài)康復(fù)訓(xùn)練評(píng)定系統(tǒng)，通過(guò)調(diào)節(jié)訓(xùn)練床的旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行不同程度的減重，避免了目前市場(chǎng)上康復(fù)機(jī)器人采用的懸吊減重使患者不舒適和結(jié)構(gòu)復(fù)雜等缺點(diǎn)，懸吊減重方式不能根據(jù)患者病情對(duì)減重量的大小進(jìn)行調(diào)節(jié)，其應(yīng)用范圍具有很大的局限性。本研究設(shè)計(jì)的系統(tǒng)集訓(xùn)練功能和評(píng)定功能于一體，與以往報(bào)道的康復(fù)機(jī)器人相比，具有體積小、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、功能全面等優(yōu)點(diǎn)。該系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)使腦卒中等疾病患者以患病早期腿腳功能很差時(shí)的被動(dòng)訓(xùn)練過(guò)渡到功能逐漸恢復(fù)后的主動(dòng)訓(xùn)練。此外，該系統(tǒng)還具有人體運(yùn)動(dòng)學(xué)和生物力學(xué)多參數(shù)實(shí)時(shí)檢測(cè)功能，可以精確獲得人體靜態(tài)平衡和各運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和力學(xué)參數(shù)，從而對(duì)病人各階段的康復(fù)狀況進(jìn)行科學(xué)的定量分析，為臨床診斷和制訂康復(fù)治療方案提供科學(xué)的依據(jù)。

［1］David AW，Aftab EP，James SF.Assessment of balance control in humans［J］.Medical Progress Through Technology，1990，16：31－35.

［2］Dietz V.Many small steps may trigger great improvement［EB/OL］.http：//www.hocoma.com/en/products/overview/2009 －1－10/2010－5－10.

［3］Jezern IS，Colombo M，MorariM.Automatic gait-pattem adaptation algorithms for rehabilitation with a 4-DOF robotic orthosis［J］.Rorotics and Automation，2004，20（3）：574 －582.

［4］ALTACRO：a Step Rehabilitation Robot［EB/OL］.http：//altacro.vub.ac.be/.2006－08－01/2010－05－10.

［5］張博，劉天孚.下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］. 微計(jì)算機(jī)信息，2009，25（3－2）：261－263.

［6］楊輝，章亞男，沈林勇.下肢康復(fù)機(jī)器人減重支撐系統(tǒng)的研究［J］. 機(jī)電工程，2009，26（7）：28－31.

［7］Paraskevi G，Ioannis GA，Amiridis AZ.Static balance control and lower limb strength in blind and sighted women［J］.Eur J Appl Physiol 2009，107（5）：571 －579.

［8］Emery CA，Cassidy JD，Terry PK，et al.Development of a clinical static and dynamic standing balance measurement tool appropriate for use in adolescents［J］.Physical Therapy，2005，85（6）：502－514.

［9］Emery CA，Cassidy JD，Klassen TP，et al.Balance training to prevent sport injuries ［J］.American Academy of Pediatrics，2006，15：22 －23.

［10］Emery CA，Cassidy JD，Terry PK，et al.Effectiveness of a home-based balance-training program in reducing sports-related injuries among healthy adolescents.a cluster andomized controlled trial［J］.CM AJ，2005，172（6）：1503 － 1510.

［11］Nashner LM.Computerized dynamic posturography［A］.In：Jacobson GP eds.Handbook of balance function testing［C］.Seattle：St Louis Inc，1993.280 －307.

［12］惲?xí)云?平衡檢測(cè)系統(tǒng)在康復(fù)醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用［J］.引進(jìn)國(guó)外醫(yī)藥技術(shù)與設(shè)備，1998，4：113－116.

［13］Homby TG，Zemon DH，Campbell D.Robotic-assisted，body weight-supported treadmill training in individuals following motor incomplete spinal cord injury ［J］.Physical Threapy，2005，85（1）：52－66.

［14］Colombo G，Wirz M，Dietz V.Driven gait orthopedics for improvement of locomotor training in paraplegic patient［J］.Spinal Cord，2001，39（5）：252 －255.

［15］Feikes J.Articular surface representation in a 32D model of knee mobility［J］.J Biom，1998，31：148.

［16］James W，Stuart H.Technical note：beyond the four-bar knee［J］.Journal of Prosthetics and Orthotics（S1040 － 8800），1998，10（3）：77－80.