基本信息
- 项目名称：
- 人体静、动态平衡功能测定与训练仪
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 生命科学
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 本系统主要由静态平衡测定仪、动态平衡测定仪以及平衡功能评定与康复训练软件三部分组成。前者测量人体重心在踏板上的投影轨迹，不同的平衡障碍疾病部位对应不同的重心轨迹图，因此静态平衡测定可以协助医生更为准确的诊断。后者测出患者行走时足底压力分布情况，采用了三维立体显示，方便实时观察患者行走的步态状况，且采用无线传输方式。另外，康复训练游戏，缓解了“患者多，医生少”的矛盾。
- 详细介绍：
- 本系统主要由静态平衡测定仪、动态平衡测定仪以及平衡功能评定与康复训练软件三部分组成。 静态平衡测定仪主要由测力平台组成。其中，测力平台由四个轮辐式力传感器和信号调理与采集电路组成，用于测量人体重心在踏板上的投影位置，不同的平衡障碍疾病部位对应不同的重心轨迹图，因此静态平衡测定可以协助医生更为准确的诊断。测定仪通过四个轮辐式压力传感器测量载人踏板的受力情况，与此同时，通过安装在踏板上的压力传感器将采集患者静态站立时足底的压力分布状况，并将力信号转化为电信号，经由信号调理放大电路，输送到下位机混合信号微控制器ADC模块，再通过无线蓝牙通讯模块将数字信号传送给上位机PC进行数据处理及结果计算。 动态平衡测定仪利用安放于足底的柔性压力传感器（按人行走时足底压力的分布情况安放）测出患者行走时足底压力信号。将传感器信号经调理、放大等初步处理后，送入微处理器，并利用无线蓝牙传输的方式，将处理后的压力信号送往PC机。动态平衡测定主要面向行走功能减退的老年人以及由偏瘫，脑瘫等引起的行走能力有障碍的人群，其数据分析结果采用了三维立体显示，使康复医生在操作的时候更加直观，方便实时观察患者行走的步态状况。无线传输方式让患者摆脱了电缆等物理媒介的束缚，这样，医生得到的数据更加真实，从而，制定的康复治疗计划也更加的切合实际情况。本项目的平衡功能评定与康复训练软件部分利用Measurement Studio在MFC框架下开发了一套虚拟仪器应用软件，通过蓝牙接收下位机采集的数据，将数据处理后通过重心轨迹、雷达图、三维立体图等的图形化的方式显示，可以将受测者的平衡测定参数定量、客观的显示出来。同时生成患者的平衡功能评定报表，对患者信息进行管理。此外，软件设置了康复训练模块，该模块利用虚拟现实游戏对患者进行训练，界面生动友好，沉浸感强，提高了患者训练的积极性。游戏可以根据患者设置不同的训练模式和难度。游戏中患者被要求通过控制自身重心的移动来完成某个任务。当游戏结束时对患者的平衡能力进行评分，使患者对自己的训练情况有一个直观的了解。另外，康复游戏中不但有视觉提示，而且有语音提示，这给患者带来了极大的方便，并减小了医生的工作量，因此缓解了“患者多，医生少”的矛盾。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 目的： 本作品主要针对平衡功能障碍患者，研发一种静、动态平衡功能测定与训练仪作为一种客观评定方法，可以评估患者的平衡功能损害程度及类型，对于指导拟定康复计划和治疗措施。 基本思路： （1）、静态平衡测定是在患者静态站立时，通过患者重心轨迹来鉴定其平衡能力的受损程度。 （2）、动态步态测定面向行走能力有障碍或减退的人群，利用无线步态测量技术检测患者行走时足底压力的分布情况。 （3）、康复治疗采用的是虚拟现实游戏。进行重心控制能力的训练，帮助治疗。 创新点： 1、在动态步态测量方面，采用柔性薄膜传感器，增加舒适性。 2、系统采用了无线传输的方式。 3、系统在康复治疗方面设有游戏，使患者更积极配合治疗。 技术关键： 1、搭建静态姿势图记录平台，包括测力台、静态测试项目和应用程序的设计和完善。 2、按照人行走时足底压力的分布情况来安排传感器的位置，以及鞋垫的多层结构。 3、无线传感网络的组建。 4、接收机与上位机实现USB设备形式，即插即用。 5、上位机软件：就压力大小，实现3D立体直观显示，而重心位置则采用的是轨迹记录方式。 6、针对临床应用设计平衡测试与康复训练应用软件。 主要技术指标： 1、上位机软件采用三维立体显示。 2、在测量患者行走步态时采用无线通信的方式，让患者摆脱了电缆等物理媒介的束缚。 3、与上位机之间采用USB接口。 4、重心测量方面，实现高精度测量，硬件设计简洁可靠。测力台测量重心位置的精度为±2mm。
科学性、先进性
- 1)本项目上位机软件中添加了康复训练模块，让患者在游戏中进行康复训练，大大激发患者兴趣。 2)本项目采用USB接口，安装简单、即插即用的特点。 3)本项目能实现高精度测量，硬件设计简洁可靠。测力台测量重心位置的精度可以达到±2mm。 4)本项目在足底选取具有代表性的点来布置传感器，大大减少传感器的数量，在不失有效数据的前提下提高采样率，提升可靠性，也使成本降低。 5)本项目同时采用了立体山峰图显示和压力波形显示，方便实时观察患者行走的步态状况。 6)本项目采用无线通信的方式，让患者摆脱了电缆等传统物理媒介的束缚，给予患者“无线”的自由，使医生得到的数据更加真实，且能实时地观察患者行走站时足底的压力分布情况，从而，制定的康复治疗计划也更加的切合实际情况。 7)本项目采用的是柔性薄膜压力传感器，贴合在常用的纤维鞋垫内层，每个传感器都配有柔软凸点，既保证了舒适性，又加强了压力传感器的灵敏度，所测得数据更加真实。
获奖情况及鉴定结果
- 本作品与四月八号获得校挑战杯选拔赛一等奖
作品所处阶段
- 本作品样机设计制作已经完成，并已申请专利，在相关医院已经做过验证实验，并未进行商业转化。
技术转让方式
- 获得专利权的技术
作品可展示的形式
- 实物现场演示
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 使用说明： 本系统包括静态平衡仪和无线步态测量子系统，分别可以评定人体静态平衡能力和动态平衡能力。静态评定时，受检者安静地站立在静态平衡仪的测力平台上，则其在一定时间内投影到测力台上的重心位置变化情况被记录下来；无线步态测量时，受检者将内含传感器的步态测量鞋垫放入鞋内，将与鞋垫连接的发射器固定在小腿上，按平时行走方式行走，则其步态足底压力被记录下来。医生通过观察重心轨迹图形，分析所得的评价指标就可以对受检者的平衡功能进行评定。对于具有平衡功能障碍的患者，可以利用虚拟现实游戏对其进行重心控制能力的康复训练。 适用范围及推广前进： 平衡仪不仅对由脑卒中、偏瘫、梅尼艾氏综合症等疾病引起的平衡失调的评估及治疗具有重要意义，而且对儿童注意缺陷多动障碍，中老年人的平衡失调问题、特种医学的研究也具有不可估量的价值。此外，对于众多平衡类的体育运动项目，平衡仪也可以辅助提高竞技水平。因此，静、动态平衡测定训练仪具有广阔的市场应用前景和良好的经济效益。
同类课题研究水平概述
- 1、国外研究现状： 国外的静态平衡仪发展已较为成熟，对静态平衡仪进行改进所形成的踏板类动态平衡仪成为了研究的热点。美国Neurocom international公司的一系列平衡功能评定系（Equitest, Smart Balance Master等）是目前功能和技术最先进的平衡功能检测系统。其由美国航天局（NASA）和美国国家卫生研究院支持研发的智能平衡诊断概念已为公众所接受。该公司最先进的Smart Balance Master可实现一维旋转及平动踏板，并采用视觉环绕技术进行视觉干扰，德国的medilogic公司研制的脚垫式测力仪通过每个脚垫上的64个压力传感器,可以实时采集足底压力,并将信号无线发射至电脑进行处理和分析。它的每只脚垫上含有64个FSR高敏感压力传感器，可测试站立、走、跑等多种运动状态下的足底压力变化，可实时无线传输鞋底压力信号，并通过软件控制和分析。这套系统具有便捷的录制、停止及回放功能，可显示压力值、三维网格、彩色压力频谱，并可进行一侧或左右压力对比，数据可储存并转换为多种格式。 2、国内研究现状： 在我国, 临床平衡功能的检测普遍采用传统的目测法。80年代以后, 部分单位引进了国外平衡功能检测仪, 对不同年龄、性别及某些疾病的姿势图进行了研究。但与国际先进水平相比, 还有一段距离。目前，对于静态平衡仪的研究国外已经比较成熟，国内也有很多单位对此进行了研究。但是目前我国平衡仪发展仍处于初步阶段，存在许多的不足：数据采集通过数据采集卡实现，同时目前平衡仪主要进行平衡功能的评定，康复训练环节薄弱。 动态平衡研究方面，国内尚属起步阶段，部分单位也逐渐沿步态压力以及步态加速度方向研究。中国科技大学研究生院和中国人民解放军总医院联合研究的“人体步态分析系统足底压力测量系统”，能基本实现足底压力信号的采样，但采样率较低，引线较多，使用时不够方便且具有一定局限性。 3、小结： 平衡测试仪作为一种人体平衡能力的客观评定方法，具有广阔的开发前景。综合比较国内外平衡仪的发展，可以得出如下结论：国外平衡仪的起步较早，研究较为深入，各种平衡仪均达到一定的发展水平，但其科研成本大，费用较高。相对而言，国内的平衡仪仍处于初级发展阶段，大多数平衡仪只能进行平衡功能的评定，康复训练环节较为薄弱。此外，动态平衡的测量始终是个难题，该方向还有很大的研究及发展空间。
