專(zhuān)利名稱(chēng)：患者康復(fù)訓(xùn)練步行狀態(tài)分析系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及人體運(yùn)動(dòng)功能及康復(fù)評(píng)定系統(tǒng)，具體涉及ー種患者康復(fù)訓(xùn)練步行狀態(tài)分析系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
人體步態(tài)分析是研究人體步行規(guī)律的檢查方法，通過(guò)分析癱瘓者、膝關(guān)節(jié)炎患者、下肢假肢者的步長(zhǎng)、步幅、步速、步頻、步寬、足偏角、歩行周期等步態(tài)特征，來(lái)掲示人體步態(tài)異常的關(guān)鍵環(huán)節(jié)、影響因素、功能、療效與殘疾評(píng)定，指導(dǎo)步行訓(xùn)練，并用于人體的骨、關(guān)節(jié)假體與義肢的設(shè)計(jì)。步態(tài)分析已有ー百多年的歷史,但真正應(yīng)用干臨床僅二十多年。步態(tài)分析分定性與定量分析。定性分析是從前、后、側(cè)三個(gè)方向觀察病人在行走過(guò)程中關(guān)節(jié)、肌肉、骨盆的運(yùn)動(dòng)情況以及姿勢(shì)的協(xié)調(diào)性，對(duì)患者步態(tài)進(jìn)行評(píng)價(jià)，即目測(cè)法，該方法簡(jiǎn)便易行，但是不能定量，具有很強(qiáng)的主觀性。定量分析是ー種直觀描述步行過(guò)程中肢體運(yùn)動(dòng)的量化檢查與分析手段，可為臨床評(píng)定下肢功能狀態(tài)提供了一些有效的途徑，分析指標(biāo)很多，如運(yùn)動(dòng)學(xué)分析、動(dòng)力學(xué)分析、表面肌電分析以及氧耗分析等，其中研究最多、臨床應(yīng)用最廣泛的指標(biāo)是運(yùn)動(dòng)學(xué)中的歩行時(shí)空參數(shù)。歩行時(shí)空參數(shù)的測(cè)定，最常用方法是足印法，即在受試者足底涂上墨汁，囑受試者在鋪有白紙的步行通道上行走，留下足跡便可以進(jìn)行步態(tài)分析，雖然這種方法簡(jiǎn)單、快捷，但其準(zhǔn)確性在很大程度上受到測(cè)試者技術(shù)水平的影響，且測(cè)試參數(shù)有限，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足臨床步態(tài)分析的需要。誕生于上世紀(jì)九十年代的三維步態(tài)分析技術(shù)具有精度高、信息量大等優(yōu)點(diǎn)，可以彌補(bǔ)目測(cè)法、足印法的不足，對(duì)臨床治療具有很大的指導(dǎo)價(jià)值，但這種步態(tài)分析系統(tǒng)大多采用專(zhuān)用的視頻設(shè)備和計(jì)算機(jī)設(shè)備，價(jià)格昂貴且不易更新?lián)Q代，雖然精度較高，但同時(shí)也使操作過(guò)程具有很強(qiáng)的專(zhuān)業(yè)性、復(fù)雜性，難以普及使用。因此，目前在我國(guó)的絕大多數(shù)醫(yī)療和科研機(jī)構(gòu)，仍采用目測(cè)、秒表、米尺等簡(jiǎn)單工具對(duì)患者的步態(tài)進(jìn)行定性分析及診斷?？傊S著科技的發(fā)展，步態(tài)分析手段已經(jīng)從最初的目測(cè)法發(fā)展為現(xiàn)今的三維步態(tài)分祈。由包括反光標(biāo)志點(diǎn)的光電系統(tǒng)、肌電描記系統(tǒng)、同步攝像系統(tǒng)組成的三維步態(tài)分析系統(tǒng)，能夠客觀、定量地評(píng)定人體的歩行功能，測(cè)試的精確性和可靠性較目測(cè)法、足印法都有了很大提高，但是這種方法存在操作復(fù)雜、專(zhuān)業(yè)性強(qiáng)、設(shè)備昂貴等不足。因此，急需研究ー種操作簡(jiǎn)單快捷、測(cè)定準(zhǔn)確客觀的步態(tài)分析系統(tǒng)，以滿(mǎn)足臨床工作之需要。
發(fā)明內(nèi)容針對(duì)上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型的目的之ー是提供一種用于采集步伐圖像的步伐采集裝置。實(shí)現(xiàn)上述目的之一的技術(shù)方案如下步伐采集裝置，包括按鍵板，該按鍵板上設(shè)置若干個(gè)用于發(fā)出電信號(hào)的按鍵；以及與按鍵板電連接的多個(gè)按鍵控制模塊，該按鍵控制模塊用于讀取按鍵板上每個(gè)按鍵的狀態(tài)；以及與按鍵控制模塊電連接的控制器，按鍵控制模塊根據(jù)控制器提供的信號(hào)讀取按鍵板上各個(gè)按鍵的狀態(tài)，并將讀取的按鍵狀態(tài)輸出到該控制器。采用了上述方案，當(dāng)人在按鍵板上行走時(shí)，腳接觸和離開(kāi)按鍵板時(shí)產(chǎn)生壓カ使按鈕的開(kāi)、合，經(jīng)過(guò)信號(hào)轉(zhuǎn)換成高電平，未受壓的按鍵則始終發(fā)出低電平信號(hào)，因此，發(fā)出高電平的按鍵表明受到了腳的壓力，而發(fā)出低電平的按鍵表明未受壓力，因此通過(guò)高低電平則可表時(shí)按鍵的狀態(tài)。由于按鍵控制模塊實(shí)時(shí)接收各個(gè)按鍵發(fā)出的信號(hào)，在控制器的控制下，按鍵控制模塊將獲取的按鍵狀態(tài)也實(shí)時(shí)傳送給控制器。本實(shí)用新型的目的之ニ是提供ー種患者康復(fù)訓(xùn)練步行狀態(tài)分析系統(tǒng)及方法，通過(guò)步伐采集裝置對(duì)步伐圖像進(jìn)行采集，通過(guò)PC機(jī)計(jì)算出步長(zhǎng)、步幅、步速、步頻、步寬、足偏角、歩行周期等時(shí)空參數(shù)，供醫(yī)生對(duì)患者的步態(tài)功能進(jìn)行綜合評(píng)估。實(shí)現(xiàn)上述目的之ニ的技術(shù)方案如下患者康復(fù)訓(xùn)練步行狀態(tài)分析系統(tǒng)，包括步伐采集裝置，該步伐采集裝置用于采集按鍵板上各個(gè)按鍵的狀態(tài)；以及與步伐采集裝置電連接的PC機(jī)，PC機(jī)根據(jù)步伐采集裝置提供的各個(gè)按鍵狀態(tài)，還原步伐圖像并計(jì)算步伐數(shù)據(jù)。采用了上述方案，當(dāng)人按鍵板上行走時(shí)，通過(guò)腳接觸和離開(kāi)步態(tài)墊控制壓カ按鈕的開(kāi)、合，經(jīng)過(guò)信號(hào)轉(zhuǎn)換，PC機(jī)就可實(shí)時(shí)收集。通過(guò)計(jì)算、分析,求出步長(zhǎng)、步幅、步速、步頻、步寬、足偏角、歩行周期等時(shí)空參數(shù)。伐采集裝置不僅操作簡(jiǎn)單、快捷，而且具有很高的信度、效度、精度，非常適合于臨床使用；同吋，步態(tài)墊可以折疊攜帯，不占空間，還適合于野外環(huán)境使用。本實(shí)用新型的步態(tài)分析系統(tǒng)通過(guò)測(cè)量患者步長(zhǎng)、步幅、步速、步頻、步寬、足偏角、歩行周期等步態(tài)特征，與正常的步行時(shí)空參數(shù)以及患者健側(cè)的步行參數(shù)進(jìn)行比較，找出客觀的數(shù)值差異和步行時(shí)存在的問(wèn)題。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的康復(fù)治療后再進(jìn)行步態(tài)分析，測(cè)得的數(shù)值與第一次的進(jìn)行比較，能夠客觀地觀察療效。本實(shí)用新型的步態(tài)分析是研究步行規(guī)律的檢查方法，它可掲示步態(tài)異常的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和影響因素；功能、療效與殘疾評(píng)定；指導(dǎo)步行訓(xùn)練；骨、關(guān)節(jié)假體與義肢設(shè)計(jì)等。通過(guò)計(jì)算、分析，求出步長(zhǎng)、步幅、步速、步頻、步寬、足偏角、歩行周期等時(shí)空參數(shù)。操作非常簡(jiǎn)單、快捷，毎次測(cè)定僅需數(shù)分鐘。非常適用于臨床使用。將本實(shí)用新型的步態(tài)分析系統(tǒng)用于臨床測(cè)試，以期獲得偏癱、膝關(guān)節(jié)炎、大腿假肢者的步態(tài)特征。本實(shí)用新型可明確患者是否存在異常步態(tài)以及步態(tài)異常的性質(zhì)和程度，掲示患者步態(tài)異常的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和影響因素，步態(tài)分析還可以更好地評(píng)定患者的功能、療效與殘疾程度；協(xié)助完成骨、關(guān)節(jié)假體與義肢的設(shè)計(jì)和修改；針對(duì)性地指導(dǎo)患者進(jìn)行步行訓(xùn)練，為制定完善的康復(fù)治療計(jì)劃提供必要的依據(jù)。本項(xiàng)目中采用新技術(shù)至少適合于以下傷病的評(píng)估I.神經(jīng)系統(tǒng)傷病腦卒中、腦外傷、脊髓損傷、格林-巴利綜合征、帕金森氏征、腦癱、坐骨神經(jīng)痛等。2.肌肉骨骼系統(tǒng)傷病骨關(guān)節(jié)損傷、關(guān)節(jié)炎、關(guān)節(jié)置換、腰腿痛、截肢等。

圖I為本實(shí)用新型中步伐采集裝置的電路方框圖；[0021]圖2為步伐采集裝置的控制器與按鍵控制模塊的電路結(jié)構(gòu)圖；圖3為步伐采集裝置的單個(gè)鍵盤(pán)控制芯片與按鍵板連接的結(jié)構(gòu)圖；圖4為本實(shí)用新型中患者康復(fù)訓(xùn)練步行狀態(tài)分析系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意具體實(shí)施方式
參照?qǐng)DI至圖3，本實(shí)用新型的步伐采集裝置1，步伐采集裝置I采用ASM1117系列芯片的電源模塊為系統(tǒng)提供所需的電源。該步伐采集裝置I包括按鍵板10，該按鍵板上設(shè)置若干個(gè)用于發(fā)出電信號(hào)的按鍵。 以及與按鍵板電連接的多個(gè)按鍵控制模塊20，該按鍵控制模塊用于讀取按鍵板上每個(gè)按鍵的狀態(tài)；按鍵控制模塊20包括鍵盤(pán)控制芯片20a，用于讀取按鍵板上各個(gè)按鍵的狀態(tài)，并將獲得的按鍵狀態(tài)輸出到控制器；以及與鍵盤(pán)控制芯片電連接的譯碼器20b，該譯碼器根據(jù)控制器提供的控制信號(hào)，發(fā)出控制命令使鍵盤(pán)控制芯片讀取按鍵板上各個(gè)按鍵的狀態(tài)。每ー個(gè)按鍵板I與5塊按鍵控制模塊2進(jìn)行連接，每ー塊按鍵控制模塊20控制384個(gè)按鍵。每個(gè)按鍵控制模塊20包括I塊譯碼器20b (74HC138芯片)和6塊鍵盤(pán)控制芯片20a (ZLG7289芯片)，通過(guò)控制器(MCU)的I/O數(shù)字ロ，輸入到譯碼器20b的3個(gè)輸入端，再通過(guò)譯碼器20b控制鍵盤(pán)控制芯片20a就能順序的讀取I個(gè)按鍵控制模塊控制的384個(gè)按鍵的狀態(tài)。圖3示意出了單個(gè)鍵盤(pán)控制芯片與按鍵板連接的結(jié)構(gòu)，鍵盤(pán)控制芯片2b使能管腳接收譯碼器2a輸出的控制信號(hào)，從而完成單片鍵盤(pán)控制芯片2b控制的64個(gè)按鍵狀態(tài)的讀取。圖3中在按鍵與鍵盤(pán)控制芯片2b之間設(shè)置了限流電阻，因?yàn)槭亲x取按鍵的狀態(tài)值，因此使用限流電阻降低系統(tǒng)的功耗。以及與按鍵控制模塊電連接的控制器30，按鍵控制模塊根據(jù)控制器2提供的信號(hào)讀取按鍵板上各個(gè)按鍵的狀態(tài)，并將讀取的按鍵狀態(tài)輸出到該控制器?？刂破?0選用DSP系列芯片或者ARM系列芯片。通過(guò)控制器(MCU)的數(shù)字I/O ロ接到譯碼器20b的3位輸入端，選用8路輸出中的6路分別使能6片鍵盤(pán)控制芯片20a，讀取6片鍵盤(pán)控制芯片20a控制的384個(gè)按鍵狀態(tài)。這樣，控制器通過(guò)順序控制5片譯碼器20b，就可以分別讀出30片鍵盤(pán)控制芯片20a控制的1920個(gè)按鍵狀態(tài)。通過(guò)RS232串ロ通信模塊，按鍵狀態(tài)被送到上位的PC機(jī)中，通過(guò)處理后，得到還原地步伐圖像及相關(guān)數(shù)據(jù)。參照?qǐng)D4，本實(shí)用新型的患者康復(fù)訓(xùn)練步行狀態(tài)分析系統(tǒng)，包括步伐采集裝置1，該步伐采集裝置用于采集按鍵板上各個(gè)按鍵的狀態(tài)；以及與步伐采集裝置電連接的PC機(jī)2，PC機(jī)2根據(jù)步伐采集裝置提供的各個(gè)按鍵狀態(tài)，還原步伐圖像并計(jì)算步伐數(shù)據(jù)。本實(shí)用新型的患者康復(fù)訓(xùn)練步行狀態(tài)分析方法，包括以下步驟步驟1，伐采集裝置將獲取的各個(gè)按鍵的狀態(tài)提供給PC機(jī)；步驟I中步伐采集裝置獲取按鍵板上各個(gè)按鍵的狀態(tài)的步驟如下步驟10，開(kāi)機(jī)后控制器發(fā)出控制信號(hào)，向按鍵控制模塊索取按鍵狀態(tài)；步驟11，患者赤腳在按鍵板上行走，行走時(shí)腳接觸和離開(kāi)按鍵板產(chǎn)生的壓カ使按鍵板上按鈕的開(kāi)合產(chǎn)生高電平電信號(hào)，未被腳壓的按鍵始終發(fā)出低電平信號(hào)；步驟12，按鍵控制模塊實(shí)時(shí)讀取按鍵板上每個(gè)按鍵的發(fā)出的電信號(hào)，井根據(jù)控制器的請(qǐng)求將獲取的各個(gè)按鍵的狀態(tài)發(fā)送給控制器。[0034]步驟I完成后進(jìn)入步驟2 步驟2，PC機(jī)根據(jù)各個(gè)按鍵的狀態(tài)還原步伐圖像；步驟3，根據(jù)還原的圖像，判斷是否存在偽影或錯(cuò)誤的腳印；則刪除在偽影或錯(cuò)誤的腳印后進(jìn)入步驟4;步驟4，若步驟3的判斷結(jié)構(gòu)為否，則順序連接步伐圖像，獲取整體的步伐軌跡曲線；步驟5，根據(jù)步伐軌跡曲線計(jì)算得到每步左右腳的步長(zhǎng)、步幅、步寬、歩行時(shí)間、擺動(dòng)時(shí)間、站立時(shí)間、單腳支撐時(shí)間、雙腳支撐時(shí)間、歩行速率以及每種數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差，根據(jù)這些計(jì)算值班評(píng)估被測(cè)者的步態(tài)功能。再通過(guò)以下步驟對(duì)本實(shí)用新型的步行狀態(tài)分析系統(tǒng)進(jìn)行說(shuō)明 I.選擇偏癱患者、膝關(guān)節(jié)炎患者、大腿假肢穿戴患者各20例。2.采集受試者性別、年齡、身高、體重、腿長(zhǎng)等人口學(xué)基本資料。3.患者脫鞋后在步墊上行走，收集每人4次步行數(shù)據(jù)。4.應(yīng)用Gaitmat II軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，取4次步行數(shù)據(jù)的平均值形成分析樣本，建立相關(guān)檔案，判斷患者異常步態(tài)程度。5. 一定治療時(shí)間后，對(duì)同一患者再次進(jìn)行步態(tài)測(cè)試，收集每人4次步行數(shù)據(jù)，應(yīng)用Gaitmat II軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，取4次步行數(shù)據(jù)的平均值。得出的平均值與前次結(jié)果進(jìn)行比較分析，從而對(duì)人體運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng)疾病的病因分析和診斷；對(duì)功能、療效與殘疾進(jìn)行評(píng)定；指導(dǎo)骨、關(guān)節(jié)假體與義肢設(shè)計(jì)；指導(dǎo)偏癱、骨骼肌肉關(guān)節(jié)疾病等病人的行走功能重建治療。通過(guò)對(duì)7例腦卒中偏癱患者進(jìn)行步態(tài)分析，并與正常參考值相比較，首次發(fā)現(xiàn)步長(zhǎng)、單腿支撐時(shí)間、步速異常是影響腦卒中偏癱患者歩行能力恢復(fù)的主要因素，采取針對(duì)性康復(fù)訓(xùn)練后，患者歩行能力、日常生活活動(dòng)能力取得顯著改善。若將該本實(shí)用新型廣泛應(yīng)用于臨床，如假肢的設(shè)計(jì)訓(xùn)練、脊髄損傷、腦外傷等病人的評(píng)估與訓(xùn)練，必將帶來(lái)顯著的社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益。表I 2是采用本實(shí)用新型所述系統(tǒng)的步態(tài)分析(上述7例中的2例)實(shí)施例I步態(tài)分析被測(cè)人XXX研究科題偏癱步態(tài)地址略ID 課題研究日期03/24/11性別男年齡46 身高(m) :1. 72 體重(kgs) :82左腿(cm) :87 右腿(cm) 87測(cè)試狀態(tài)一人在旁保護(hù)，獨(dú)立步行診斷幫助左側(cè)大腦半球出血術(shù)后3月余，康復(fù)治療40天表 1-1第一次
權(quán)利要求1.步伐采集裝置，其特征在于包括按鍵板，該按鍵板上設(shè)置若干個(gè)用于發(fā)出電信號(hào)的按鍵；以及 與按鍵板電連接的多個(gè)按鍵控制模塊，該按鍵控制模塊用于讀取按鍵板上每個(gè)按鍵的狀態(tài)；以及 與按鍵控制模塊電連接的控制器，按鍵控制模塊根據(jù)控制器提供的信號(hào)讀取按鍵板上各個(gè)按鍵的狀態(tài)，并將讀取的按鍵狀態(tài)輸出到該控制器。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的步伐采集裝置，其特征在于還包括與控制器電連接的PC機(jī)，控制器將獲得的各個(gè)按鍵的狀態(tài)傳遞給PC機(jī)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的步伐采集裝置，其特征在于所述按鍵控制模塊包括鍵盤(pán)控制芯片，用于讀取按鍵板上各個(gè)按鍵的狀態(tài)，并將獲得的按鍵狀態(tài)輸出到控制器；以及 與鍵盤(pán)控制芯片電連接的譯碼器，該譯碼器根據(jù)控制器提供的控制信號(hào)，發(fā)出控制命令使鍵盤(pán)控制芯片讀取按鍵板上各個(gè)按鍵的狀態(tài)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的步伐采集裝置，其特征在于每個(gè)按鍵控制模塊由6個(gè)鍵盤(pán)控制芯片和I個(gè)譯碼器組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的步伐采集裝置，其特征在于所述鍵盤(pán)控制芯片為ZLG7289芯片，所述譯碼器為74HC138芯片。
6.ー種患者康復(fù)訓(xùn)練步行狀態(tài)分析系統(tǒng)，其特征在于，包括步伐采集裝置，該步伐采集裝置用于采集按鍵板上各個(gè)按鍵的狀態(tài)；以及 與步伐采集裝置電連接的PC機(jī)，PC機(jī)根據(jù)步伐采集裝置提供的各個(gè)按鍵狀態(tài)，還原步伐圖像并計(jì)算步伐數(shù)據(jù)。
專(zhuān)利摘要患者康復(fù)訓(xùn)練步行狀態(tài)分析系統(tǒng)，包括步伐采集裝置，該步伐采集裝置用于采集按鍵板上各個(gè)按鍵的狀態(tài)；以及與步伐采集裝置電連接的PC機(jī)，PC機(jī)根據(jù)步伐采集裝置提供的各個(gè)按鍵狀態(tài)，還原步伐圖像并計(jì)算步伐數(shù)據(jù)。本實(shí)用新型通過(guò)步伐采集裝置對(duì)步伐圖像進(jìn)行采集，通過(guò)PC機(jī)計(jì)算出步長(zhǎng)、步幅、步速、步頻、步寬、足偏角、步行周期等時(shí)空參數(shù)，供醫(yī)生對(duì)患者的步態(tài)功能進(jìn)行綜合評(píng)估。
文檔編號(hào)A61B5/11GK202619659SQ20122030059
公開(kāi)日2012年12月26日 申請(qǐng)日期2012年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月26日
發(fā)明者舒彬, 蔣宛凌, 曾登芬, 舒春鳳, 林輝勇, 常紅 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍第三軍醫(yī)大學(xué)第三附屬醫(yī)院