專利名稱：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：
本實用新型涉及人體運動功能及康復(fù)評定系統(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，通過分析癱瘓者、膝關(guān)節(jié)炎患者、下肢假肢者的步長、步幅、步速、步頻、步寬、足偏角、歩行周期等步態(tài)特征，來掲示人體步態(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。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)三個方向觀察病人在行走過程中關(guān)節(jié)、肌肉、骨盆的運動情況以及姿勢的協(xié)調(diào)性，對患者步態(tài)進行評價，即目測法，該方法簡便易行，但是不能定量，具有很強的主觀性。定量分析是ー種直觀描述步行過程中肢體運動的量化檢查與分析手段，可為臨床評定下肢功能狀態(tài)提供了一些有效的途徑，分析指標很多，如運動學(xué)分析、動力學(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)用最廣泛的指標是運動學(xué)中的歩行時空參數(shù)。歩行時空參數(shù)的測定，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，留下足跡便可以進行步態(tài)分析，雖然這種方法簡單、快捷，但其準確性在很大程度上受到測試者技術(shù)水平的影響，且測試參數(shù)有限，遠遠不能滿足臨床步態(tài)分析的需要。誕生于上世紀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，可以彌補目測法、足印法的不足，對臨床治療具有很大的指導(dǎo)價值，但這種步態(tài)分析系統(tǒng)大多采用專用的視頻設(shè)備和計算機設(shè)備，價格昂貴且不易更新?lián)Q代，雖然精度較高，但同時也使操作過程具有很強的專業(yè)性、復(fù)雜性，難以普及使用。因此，目前在我國的絕大多數(shù)醫(yī)療和科研機構(gòu)，仍采用目測、秒表、米尺等簡單工具對患者的步態(tài)進行定性分析及診斷?？傊?，隨著科技的發(fā)展，步態(tài)分析手段已經(jīng)從最初的目測法發(fā)展為現(xiàn)今的三維步態(tài)分祈。由包括反光標志點的光電系統(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、定量地評定人體的歩行功能，測試的精確性和可靠性較目測法、足印法都有了很大提高，但是這種方法存在操作復(fù)雜、專業(yè)性強、設(shè)備昂貴等不足。因此，急需研究ー種操作簡單快捷、測定準確客觀的步態(tài)分析系統(tǒng)，以滿足臨床工作之需要。
發(fā)明內(nèi)容針對上述技術(shù)問題，本實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)置若干個用于發(fā)出電信號的按鍵；以及與按鍵板電連接的多個按鍵控制模塊，該按鍵控制模塊用于讀取按鍵板上每個按鍵的狀態(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)控制器提供的信號讀取按鍵板上各個按鍵的狀態(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，當人在按鍵板上行走時，腳接觸和離開按鍵板時產(chǎn)生壓カ使按鈕的開、合，經(jīng)過信號轉(zhuǎn)換成高電平，未受壓的按鍵則始終發(fā)出低電平信號，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，因此通過高低電平則可表時按鍵的狀態(tài)。由于按鍵控制模塊實時接收各個按鍵發(fā)出的信號，在控制器的控制下，按鍵控制模塊將獲取的按鍵狀態(tài)也實時傳送給控制器。本實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，通過步伐采集裝置對步伐圖像進行采集，通過PC機計算出步長、步幅、步速、步頻、步寬、足偏角、歩行周期等時空參數(shù)，供醫(yī)生對患者的步態(tài)功能進行綜合評估。實現(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按鍵的狀態(tài)；以及與步伐采集裝置電連接的PC機，PC機根據(jù)步伐采集裝置提供的各個按鍵狀態(tài)，還原步伐圖像并計算步伐數(shù)據(jù)。采用了上述方案，當人按鍵板上行走時，通過腳接觸和離開步態(tài)墊控制壓カ按鈕的開、合，經(jīng)過信號轉(zhuǎn)換，PC機就可實時收集。通過計算、分析,求出步長、步幅、步速、步頻、步寬、足偏角、歩行周期等時空參數(shù)。伐采集裝置不僅操作簡單、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。本實用新型的步態(tài)分析系統(tǒng)通過測量患者步長、步幅、步速、步頻、步寬、足偏角、歩行周期等步態(tài)特征，與正常的步行時空參數(shù)以及患者健側(cè)的步行參數(shù)進行比較，找出客觀的數(shù)值差異和步行時存在的問題。經(jīng)過一段時間的康復(fù)治療后再進行步態(tài)分析，測得的數(shù)值與第一次的進行比較，能夠客觀地觀察療效。本實用新型的步態(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、療效與殘疾評定；指導(dǎo)步行訓(xùn)練；骨、關(guān)節(jié)假體與義肢設(shè)計等。通過計算、分析，求出步長、步幅、步速、步頻、步寬、足偏角、歩行周期等時空參數(shù)。操作非常簡單、快捷，毎次測定僅需數(shù)分鐘。非常適用于臨床使用。將本實用新型的步態(tài)分析系統(tǒng)用于臨床測試，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)計和修改；針對性地指導(dǎo)患者進行步行訓(xùn)練，為制定完善的康復(fù)治療計劃提供必要的依據(jù)。本項目中采用新技術(shù)至少適合于以下傷病的評估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鍵盤控制芯片與按鍵板連接的結(jié)構(gòu)圖；圖4為本實用新型中患者康復(fù)訓(xùn)練步行狀態(tài)分析系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意具體實施方式
參照圖I至圖3，本實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)置若干個用于發(fā)出電信號的按鍵。 以及與按鍵板電連接的多個按鍵控制模塊20，該按鍵控制模塊用于讀取按鍵板上每個按鍵的狀態(tài)；按鍵控制模塊20包括鍵盤控制芯片20a，用于讀取按鍵板上各個按鍵的狀態(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，發(fā)出控制命令使鍵盤控制芯片讀取按鍵板上各個按鍵的狀態(tài)。每ー個按鍵板I與5塊按鍵控制模塊2進行連接，每ー塊按鍵控制模塊20控制384個按鍵。每個按鍵控制模塊20包括I塊譯碼器20b (74HC138芯片)和6塊鍵盤控制芯片20a (ZLG7289芯片)，通過控制器(MCU)的I/O數(shù)字ロ，輸入到譯碼器20b的3個輸入端，再通過譯碼器20b控制鍵盤控制芯片20a就能順序的讀取I個按鍵控制模塊控制的384個按鍵的狀態(tài)。圖3示意出了單個鍵盤控制芯片與按鍵板連接的結(jié)構(gòu)，鍵盤控制芯片2b使能管腳接收譯碼器2a輸出的控制信號，從而完成單片鍵盤控制芯片2b控制的64個按鍵狀態(tài)的讀取。圖3中在按鍵與鍵盤控制芯片2b之間設(shè)置了限流電阻，因為是讀取按鍵的狀態(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提供的信號讀取按鍵板上各個按鍵的狀態(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片鍵盤控制芯片20a，讀取6片鍵盤控制芯片20a控制的384個按鍵狀態(tài)。這樣，控制器通過順序控制5片譯碼器20b，就可以分別讀出30片鍵盤控制芯片20a控制的1920個按鍵狀態(tài)。通過RS232串ロ通信模塊，按鍵狀態(tài)被送到上位的PC機中，通過處理后，得到還原地步伐圖像及相關(guān)數(shù)據(jù)。參照圖4，本實用新型的患者康復(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按鍵的狀態(tài)；以及與步伐采集裝置電連接的PC機2，PC機2根據(jù)步伐采集裝置提供的各個按鍵狀態(tài)，還原步伐圖像并計算步伐數(shù)據(jù)。本實用新型的患者康復(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按鍵的狀態(tài)提供給PC機；步驟I中步伐采集裝置獲取按鍵板上各個按鍵的狀態(tài)的步驟如下步驟10，開機后控制器發(fā)出控制信號，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，行走時腳接觸和離開按鍵板產(chǎn)生的壓カ使按鍵板上按鈕的開合產(chǎn)生高電平電信號，未被腳壓的按鍵始終發(fā)出低電平信號；步驟12，按鍵控制模塊實時讀取按鍵板上每個按鍵的發(fā)出的電信號，井根據(jù)控制器的請求將獲取的各個按鍵的狀態(tài)發(fā)送給控制器。[0034]步驟I完成后進入步驟2 步驟2，PC機根據(jù)各個按鍵的狀態(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誤的腳印；則刪除在偽影或錯誤的腳印后進入步驟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)步伐軌跡曲線計算得到每步左右腳的步長、步幅、步寬、歩行時間、擺動時間、站立時間、單腳支撐時間、雙腳支撐時間、歩行速率以及每種數(shù)據(jù)的標準差，根據(jù)這些計算值班評估被測者的步態(tài)功能。再通過以下步驟對本實用新型的步行狀態(tài)分析系統(tǒng)進行說明 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軟件對數(shù)據(jù)進行計算，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. 一定治療時間后，對同一患者再次進行步態(tài)測試，收集每人4次步行數(shù)據(jù)，應(yīng)用Gaitmat II軟件對數(shù)據(jù)進行計算，取4次步行數(shù)據(jù)的平均值。得出的平均值與前次結(jié)果進行比較分析，從而對人體運動系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng)疾病的病因分析和診斷；對功能、療效與殘疾進行評定；指導(dǎo)骨、關(guān)節(jié)假體與義肢設(shè)計；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。通過對7例腦卒中偏癱患者進行步態(tài)分析，并與正常參考值相比較，首次發(fā)現(xiàn)步長、單腿支撐時間、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，采取針對性康復(fù)訓(xùn)練后，患者歩行能力、日常生活活動能力取得顯著改善。若將該本實用新型廣泛應(yīng)用于臨床，如假肢的設(shè)計訓(xùn)練、脊髄損傷、腦外傷等病人的評估與訓(xùn)練，必將帶來顯著的社會效益與經(jīng)濟效益。表I 2是采用本實用新型所述系統(tǒng)的步態(tài)分析(上述7例中的2例)實施例I步態(tài)分析被測人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測試狀態(tài)一人在旁保護，獨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)置若干個用于發(fā)出電信號的按鍵；以及 與按鍵板電連接的多個按鍵控制模塊，該按鍵控制模塊用于讀取按鍵板上每個按鍵的狀態(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)控制器提供的信號讀取按鍵板上各個按鍵的狀態(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，控制器將獲得的各個按鍵的狀態(tài)傳遞給PC機。
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控制芯片，用于讀取按鍵板上各個按鍵的狀態(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，發(fā)出控制命令使鍵盤控制芯片讀取按鍵板上各個按鍵的狀態(tài)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的步伐采集裝置，其特征在于每個按鍵控制模塊由6個鍵盤控制芯片和I個譯碼器組成。
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按鍵的狀態(tài)；以及 與步伐采集裝置電連接的PC機，PC機根據(jù)步伐采集裝置提供的各個按鍵狀態(tài)，還原步伐圖像并計算步伐數(shù)據(jù)。
專利摘要患者康復(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按鍵的狀態(tài)；以及與步伐采集裝置電連接的PC機，PC機根據(jù)步伐采集裝置提供的各個按鍵狀態(tài)，還原步伐圖像并計算步伐數(shù)據(jù)。本實用新型通過步伐采集裝置對步伐圖像進行采集，通過PC機計算出步長、步幅、步速、步頻、步寬、足偏角、步行周期等時空參數(shù)，供醫(yī)生對患者的步態(tài)功能進行綜合評估。
文檔編號A61B5/11GK202619659SQ20122030059
公開日2012年12月26日 申請日期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 申請人:中國人民解放軍第三軍醫(yī)大學(xué)第三附屬醫(yī)院