专利名称：蹲立式下肢功能评定训练系统的制作方法据统计，我国脑血管病、帕金森病、颅脑外伤、脊髓损伤年发病率各为219/10万、 100/10万、55. 4/10万和6/10万。而且由于老龄化、自然灾害频发和意外事故增加的缘故， 发病率在逐年增加。这些疾病和损伤会造成下蹲站起功能障碍。下蹲和站起是为保持功能 独立性而每日多次进行的功能性活动，在评价残疾的各种ADL量表(如Barthel量表)中， 转移、如厕均与此直接有关，而且通常占评分较大比例。有资料表明，卒中患者的跌倒较多 发生在下蹲_站起过程中。因此，有效地改善下蹲_站起功能是康复的重要举措。临床上一般通过肉眼观察或使用简单的计时工具观察患者的下蹲-站起功能，更 复杂的运动学和动力学评定需通过高速摄像机及动作分析系统进行。下蹲_站起功能训 练上，一般为治疗师针对造成下蹲_站起功能障碍的具体问题，如肌力、平衡、痉挛等，进行 对应的具体练习及整合练习。目前尚缺乏针对下蹲_站起功能进行整体化训练的智能化设 备。针对缺乏独立下蹲-站起能力的患者，如何早期进行训练也是需要进行解决的问题。目前的下肢功能康复训练，由于没有减重，只适合静态平衡较好、具有独立站立功 能患者。对于缺乏独立站立能力的严重患者，无法采用该方式进行训练。因此，提出一种减 重方式下的蹲立式下肢功能训练是临床上迫切需要进行解决的问题。此外，以往的康复功能训练产品往往缺乏趣味化训练软件和视觉反馈系统，这样 患者和仪器就不能进行互动，而患者也不能判断通过一段时间的康复训练，自己恢复的情 况如何。长期枯燥乏味的训练，使病人逐渐缺乏训练信心，会影响患者的康复进程，导致康 复效果不理想。
本发明的目的，就是为了解决上述问题，提供一种蹲立式下肢功能评定训练系统。为了达到上述目的，本发明采用了以下技术方案一种蹲立式下肢平衡功能评定 训练系统，主要部件包括训练床、控制箱、主控计算机、主显示屏和患者用显示装置；训练 床包括床座、床架和床板，床架安装在床座上并与床座可转动相连，床板分为背部滑动板和 下肢支撑板，下肢支撑板固定在床架上作为支撑下肢用，背部滑动板作为人体支撑用，该训 练床的最大特点在背部滑动板与床架之间装有滑动装置(滑动道轨和滑块)，背部滑动板 可以沿床架前后滑动，患者背靠背部滑动板做下蹲站起动作进行训练和评估。在背部滑动 板下方装有位移传感装置；在床架的前端连接有左、右脚踏板组件，左右脚踏板组件上分别 设有足底压力传感装置，实现下蹲站起过程位移及压力实时数据采集。在床架与床座之间 设有床板角度调节机构，该床板角度调节机构包含一台直线步进电机和顶杆。控制箱，安装在训练床的床架下面，控制箱内设有传感装置接口电路、电机驱动模 块和电源模块，电源模块分别为传感装置接口电路和电机驱动模块提供电源；电机驱动模块与床板角度调节机构中的直线步进电机电信号相连；主控计算机，设置在操作台上，主控计算机内设有数据采集模块、运动控制模块以 及下蹲站起功能评定训练软件；数据采集模块与控制箱中的传感装置接口电路电信号相 连，运动控制模块与控制箱中的电机驱动模块电信号相连；下蹲站起功能评定训练软件包 含测试评估模块和功能训练模块；患者用显示装置，活动设置在训练床的旁边并与主控计算机电信号相连；主显示屏，设置在操作台上并与主控计算机电信号相连。左、右脚踏板组件结构对称相同，各包括脚踏板支架、脚前端缓冲器、脚后跟导向 轴和脚踏板；脚踏板支架与床架固定相连；脚前端缓冲器和脚后跟导向轴分别连接在脚踏 板与脚踏板支架之间；所述的足底压力传感装置设置在脚踏板的脚掌部和脚跟部的下方， 足底压力传感装置与控制箱内的传感装置接口电路电信号相连。足底压力传感装置的实时 数据是动力学参数以及重心评估的基础。足底压力传感装置由贴有四根应变片的悬臂梁组成，贴有四根应变片的悬臂梁插 装在由脚踏板、脚踏板支架、脚前端缓冲器和脚后跟导向轴组成的脚底受力部件内。在背部滑动板下方床架上装有位移传感装置。位移传感装置与控制箱内的传感装 置接口电路电信号相连，实现下蹲站起过程位移实时数据采集，该数据与足底压力传感装 置数据结合，进行做功以及功率等参数评估。患者用显示装置包括移动小车、安装在移动小车上的支架和安装在支架上的显示 屏，显示屏与支架活动连接，显示屏的高度和角度可以调节。移动小车训练床的床座上安装有多个万向调节脚轮，并相应设有多个用于调节脚轮上下伸 缩的调节机构。还包括床板角度显示器，该床板角度显示器安装在床架上随床架一起移动。蹲立式下肢功能评定训练系统主控计算机设有下蹲站起功能评定训练软件，它包 含测试评估模块和功能训练模块，通过对病人进行背部支撑减重(或不减重)形式下的下 蹲站起功能的测试评估，获取数据，有针对性地对病人进行下蹲站起平衡训练，有利于加快 平衡功能障碍患者的康复。本发明的下蹲站起评定训练床在使用时，患者依靠倾斜的背部滑动板，沿床架前 后滑动，主动做下蹲站起动作，在任意背部支撑角度(0-90° )及独立站立状态下进行相应 训练和功能评定。在硬件设计上，利用角度可调的床板对背部的支撑作用产生任意的减重 效果，利用滑动装置中滑动轨道和滑块之间很小的摩擦阻力，帮助患者背靠滑板主动做下 蹲站起动作，首次实现减重方式下的下蹲站起训练，帮助患者进行早期下蹲站起功能训练。 在软件设计上，可以利用先进的计算机控制和传感装置技术反映人体在下蹲站起过程中的 重心和姿势变化，通过患者显示器视觉反馈，对有无法独立站立的患者，改善其动作的对称 性，实现了各阶段尤其是早期的下蹲站起训练。下蹲站起评定训练系统开启了使用智能化 设备进行下蹲站起训练和评估的范例。它的功能主要为1、功能评定任意背部支撑角度(0-90° )及站立状态下的下蹲_站起动态姿势 图，所得评定参数包括额状面摆动频率、平均重心、额状面最大摆幅、额状面平均摆幅、重心 移动轨迹总长度、重心移动轨迹总面积和额状面侧方摆速、测试周期内左右下肢平均做功量和测试周期内左右下肢平均做功功率；功能训练任意背部支撑角度(0-90° )及站立状态下的下蹲_站起练习，实现相 应的逐级难度递进的练习方案，有视觉和声音反馈和虚拟环境训练方案及游戏训练方案。图1是本发明蹲立式下肢功能评定训练系统的整体结构示意图；图2是足底压力传感装置放置位置示意图。本发明采用主控计算机实现中心控制，由两个显示屏进行显示。其中主显示屏放 置在操作台上，供医护人员使用。主显示屏能显示包含病人信息、测试报告、功能训练、游戏 训练、生成报告、系统设置等所有内容，同时能控制患者用显示屏的内容。患者用显示屏位 于患者训练时的前方，便于患者观察训练过程中左右腿用力大小的实时变化，实时主动调 节平衡，患者用显示屏能显示训练过程、游戏的参与过程以及训练的结果等内容，供患者使 用。本发明中数据的采集和处理，由压力传感装置组采集足底压力数据，传输到控制 箱内的传感装置接口电路，由位移传感装置采集背部滑动过程中的实时位移，由多路传感 变送集成装置(经过信号放大、滤波、采样保持)进入数据采集卡，然后输出到主控计算机 对信号进行处理，使左右下肢用力大小以直观的柱状图，数字大小的形式显示出来，从而使 病人可以了解到自己的实际情况，适当调节姿势和力度。当然病人也可以直观的了解到通 过一段时间的训练，自己取得了多大的进步，有利于帮助病人建立康复的信心，激发他们的 训练欲望。同时能通过采集的各种信号，进行额状面摆动频率、平均重心、额状面最大摆幅、 额状面平均摆幅、重心移动轨迹总长度、重心移动轨迹总面积和额状面侧方摆速、左右下肢 做功量、左右下肢做功功率等参数的计算评估及显示。本发明中的主控计算机内设有运动控制模块，主控计算机通过运动控制模块驱动 床板角度调节机构中的直线步进电机。通过同步控制步进电机使其正、反转来实现床板的 转动，以此来达到床板0 90度任意倾斜的效果，同时，也可以通过安装在床架上的角度 显示器观察，实现患者平躺、斜躺甚至站立进行训练，实现各种角度减负状态下的评估与训 练。床板角度调节机构中的直线步进电机控制床板运动，实现身体的倾斜。本发明蹲立式下肢功能评定训练系统使用过程如下1、患者倾斜躺在床上紧靠背部滑动板，并让其左右脚分别踩在左右脚踏板上，使 左右脚踏板处于同一水平面上。2、根据患者的实际情况自动调节床的倾斜角度，来实现不同程度的减重，床板角 度显示器随床架一起移动，反馈显示床板的实际倾斜角度，与主控计算机自动调节角度比 较，角度越小，减重程度越大。3、患者背靠滑动床板，主动下蹲站起，滑动床板跟随患者运动，达到运动过程背部 支撑减重效果。4、让计算机进入下蹲站起功能评定训练系统的测试评估模块，让病人进行10秒 钟的下蹲站起初始测试，以适应这种测试方式。5、让病人做下蹲站起运动进行测试，以得到各项动力学参数的测试评估结果，所 述动力学参数包括额状面摆动频率、平均重心、额状面最大摆幅、额状面平均摆幅、重心移 动轨迹总长度、重心移动轨迹总面积、额状面侧方摆速、测试周期内左右下肢平均做功量和 测试周期内左右下肢平均做功功率。6、让计算机进入下蹲站起功能评定训练软件的功能训练模块，根据测试评估结 果，选择合适的训练周期和减重角度，让病人做下蹲站起运动进行训练，训练成绩以重心落 在离正常重心零位士5%、士 10%、士20%和士30%区域内的时间比和良好重心百分比表示。该装置中参数评估实现方法如下
a、患者下蹲站起运动过程中的重心变化是下蹲站起动力学参数评估的基础，在下 面所述的i^一个参数的计算中都要用到。一般人体重心(center ofgratitude, COG)在第 二骶骨前。该系统中的重心投影指的是人体重心在脚踏板上的投影，又由于人体处于站立 平衡下蹲站起过程中侧向力很小，因此人体重心投影位置测试原理就可以简化为


本发明提供了一种蹲立式下肢功能评定训练系统，系统包括训练床、控制箱、主控计算机、患者用显示装置和主显示屏。其中训练床包括床座、床架和床板，床架安装在床座上并与床座可转动相连，床板分为背部滑动板和下肢支撑板，背部滑动板装有滑动装置，滑动板跟随患者做下蹲站起运动，实现背部支撑减重。滑动板下方装有位移传感装置，左、右脚踏板组件上分别设有压力传感装置，实现下蹲站起过程位移及压力实时数据采集，在床架与床座之间设有自动床板角度调节机构，调节患者减重程度。患者用显示装置反馈评估和训练过程及结果。主控计算机对各种参数评估。本发明首次实现减重方式下的下蹲站起功能评估和训练，帮助患者实现了早期的下蹲站起训练。