康复辅具的生物力学研究

康复辅具对于提高残障人的生活质量、减轻家庭和社会负担具有重要意义。近年来,我国的康复辅具研究已经有了比较大的进步,而且从政策支持、科研资助、产业环境等不同角度看,目前都正处于最好的发展时机。生物力学在康复辅具的设计中具有重要作用,一方面,对身体障碍的生物力学特征的测量和评价是康复辅具设计的重要依据;另一方面,人体与辅具交互作用的生物力学问题,是康复辅具设计必须考虑的重要因素。作为本期专栏的导言文章,本文将简要综述我国康复辅具研究的现状,然后介绍康复辅具设计中的一些生物力学研究。     

阅读辅助机器人取书装置设计

背景：康复辅具是利用辅助技术将辅助器具产品配置于残障者,最大限度实现生活自理和参与社会活动。 目的：分析了国内外阅读辅助机器人的研究现状,并对该领域的一些关键技术进行探讨,并设计出了一种新型取书装置。 方法：依据阅读辅助机器人的发展特点和应用背景,设计一种阅读辅助机器人的取书装置,帮助肢体残疾者从书架上获取书籍。 结果与结论：基于三维设计软件UG设计了阅读辅助机器人的取书装置。通过运动仿真,功能满足拟人化,能够完成取书的动作。仿真表明该装置可靠安全,有效可行。     

虚拟现实技术应用于运动障碍康复的研究

概述了近年来虚拟现实技术在运动障碍康复中的应用.介绍了该技术在运动障碍康复领域的四个重点研究方向:康复机器人、虚拟人、基于触觉反馈和力反馈的虚拟现实康复平台以及游戏机Wii的应用和新进展.最后总结了虚拟现实应用于运动障碍康复的优势及面临的主要挑战.     

具备力传感监测的上肢外骨骼康复系统的设计与实现

目的 近年来,外骨骼机器人正逐渐走入临床康复实践,自由度、运动模式和力反馈评价是影响外骨骼机器人康复效果的重要因素,实验设计并实现了多抗阻训练模式的上肢外骨骼康复系统,该系统具备6个自由度并可全程跟踪用户与外骨骼间的接触力。方法 通过人体上肢运动学分析,对上肢外骨骼康复系统的关节和自由度进行设计,主要由配重箱体、升降台、横梁、外骨骼机械臂组成;考虑不同体型患者要求,配置可调节长度导轨;硬件系统采用主控板、节点板的分层控制方法;软件系统使用模块化设计。在上肢外骨骼康复系统与人体接触处设置多个三维力传感器。使用角度和力传感器对上肢外骨骼康复系统的运动角度空间、疲劳测试下控制稳定度及主、被动模式下的接触力分布进行分析。最终征募17例受试者进行肩关节的伸展运动,采集不同阻抗等级下的力传感器数据,并进行主观体验问卷调查。结果 上肢外骨骼康复系统工作空间角度幅值与设计要求相同,误差小于5%;连续工作4 h情况下,运动角速度变化率不超过1%。主动运动模式下,17例受试者人机接触力男性测量值（23.63±5.26） N,女性（21.54±5.16） N;人机接触力较小,其中15例受试者给出了舒适度较高...     

机器视觉技术在康复领域的应用

机器视觉技术通过视觉采集和分析系统对外界环境进行实时图像采集和处理,得到目标的特征信息,最终实现外部设备的控制.机器视觉技术具有精度高、实时性强、自动化与智能化程度高的优点,已广泛应用于机器人控制、工业生产、辅助医疗诊断等领域.随着医疗技术的发展,机器视觉作为人工智能的重要分支,在康复领域也得到越来越多的应用.本文综述了机器视觉的基本结构和工作原理,并对其在辅助辅具、肢体康复、心理康复等5种康复领域的常见应用进展状况进行简要归纳与介绍,最后总结了机器视觉应用于康复领域的主要问题和发展趋势.     

踝关节可左右摆动的康复器具设计

背景：下肢康复辅具在下肢功能恢复训练中占有越来越重要的地位。 目的：设计了一种新型的踝关节康复器具,达到对髋关节、膝关节、踝关节康复运动的目的。 方法：基于三维设计软件Solidworks,设计了一种新型踝关节康复辅具,增加了踝关节左右摆动功能。 结果与结论：在国内外踝关节康复器具研究基础上,增加了踝关节左右摆动功能的新型踝关节康复器具,3D运动仿真结果表明方案有效可行。     

康复移位装置多体动力学建模和力学响应研究

为解决目前国内外对移位机结构设计、力学特性研究不足的问题,利用多体传递矩阵法建立液压驱动移位机模型。模型中采用弹簧阻尼对液压缸进行等效,把支撑臂和摆臂当作Euler-Bernoulli柔性梁处理。利用90和120 kg的质量进行不同人员乘坐模拟。计算结果表明:油缸部位最大受力达到1 200和1 400 N,满足部件的安全使用标准;以上两种质量人员移位机模型的末端振动位移最大达到45和50 mm,符合设备的抗变形能力。通过对移位机样机上的60名样本人员试验乘坐,显示设计的产品符合乘坐需求和产品设计目的。多体传递矩阵法可为肢体康复移位机产品设计提供有效的参数化建模和计算条件,能满足不同人员、不同型号产品的设计需求,得出运动过程中不同工况的动力学响应,所得结果为移位机及临床医疗设备的智能控制和患者乘坐的安全性、舒适性提供帮助。     

一种可监测人体脉搏波的汽车方向盘辅助装置

目的脉搏波的波形特征与心血管疾病密切相关。本文拟设计一种安装在汽车方向盘上的能独立实时监测脉搏波信号的辅助装置,在驾驶员无意识下获取其血流动力学的相关信息,为监测健康状况提供数据支持。方法该装置利用置于方向盘套表面的反射式脉搏波光电传感器采集脉搏波信号。经过滤波、放大和A／D转换,利用嵌于方向盘助力器内的配套装置对脉搏波信号进行数字处理,实现对脉搏波信号周期的确定、心率和平均动脉压数据的计算,以及信号和数据的存储。最后将处理后的脉搏波波形、心率数据及平均动脉压显示在配套装置的液晶显示屏上,还可通过配套装置中的SD卡接口进行数据传输及存储。结果经受试者实际测试,传感器能够准确测出手指脉搏波并输出,使得方向盘套和助力器具有测量脉搏波、心率及平均动脉压的功能。结论该汽车方向盘辅助器可为用户实时监测脉搏波、心率和平均动脉压,帮助使用者实时监测自己的健康状况。     

人体运动量及能耗的测量方法

正确评价人体运动量是研究运动与健康、训练与训练效率之间关系的关键。近几十年来 ,研究者们一直在寻找一种能客观、准确、可靠评估人体运动的方法。近几年出现的基于加速度计的运动数据处理装置为评估人体运动提供了新的思路和实际方法。本文对近年来这方面的研究进展作了一个较为详细的综述。并对基于三维加速度计的新型人体运动数据处理装置应用于评估人体运动的原理和具体方法进行了介绍。     

膝关节置换后康复远程监测系统的应用研究

目的全膝关节置换术(total knee arthroplasty,TKA)后的居家康复训练非常重要,但是目前缺乏对患者居家康复训练的监控和指导手段,因此设计一套远程监测系统指导TKA患者在家进行屈膝和行走训练。方法系统分为数据采集模块(包括加速度计、陀螺仪、磁传感器)、患者端手机应用程序(App)、云端服务器、医生端App,患者端App可以识别屈膝训练和行走训练两种运动。采用有限状态机模型,实现坐位屈膝角度和次数的计算;采用自适应零交叉法,实现行走步数和距离的计算。选取12例健康受试者(年龄26.4岁±3.8岁、身高1.71 m±0.05 m、体重63.6 kg±8.5 kg)和12例TKA患者(年龄62.1岁±6.6岁、身高1.65 m±0.07 m、体重66.8 kg±3.5 kg)进行系统测量准确性验证。结果系统能够获取康复数据并通过患者手机端App传输到云端,医生能通过医生端App从云端读取患者的康复数据。健康受试者组和TKA患者组屈膝次数的计算准确率均为100%,步数的计算误差分别为1.6%±1.3%和3.0%±2.2%,距离误差分别为5.3%±2.9%和6.5%±4.9%。结论监测系统实现了TKA术后屈膝和行走训练的准确识别,为术后居家康复训练的远程监控和指导提供了有效方法。     

辅助骨盆骨折复位的弹性牵引装置实验研究

目的提出弹性牵引理论,即通过下肢弹性牵引装置平衡骨盆周围主要肌肉的阻力,利用弹性牵引装置中弹性体在牵引过程中产生的弹性形变提升医生复位操作过程中的灵活性,以此解决现有骨折复位机器人无法兼顾大负载与操作灵活性要求,并在搭建的骨盆骨折复位过程中肌肉约束力模拟平台上进行重复复位实验,以探究弹性牵引对骨盆骨折复位力及操作灵活性影响,为骨盆骨折复位手术机器人开发提供实验依据。方法基于肌肉弹性体简化条件,搭建了模拟骨盆骨折复位过程中肌肉约束力的实验平台,模拟骨盆损伤状态下肌肉在复位过程中产生的阻力,并利用该模拟平台开展验证实验,测试比较了0 kg、5 kg、10 kg不同下肢弹性牵引条件下复位实验过程中复位力曲线,并对复位操作过程中复位力进行单因素误差分析及LSD事后多重检验分析,以此分析下肢弹性牵引装置对复位力大小的影响。最后,将患侧骨盆分别沿x、y方向平移3 cm,分析弹性牵引对平移操作灵活性的影响。结果弹性牵引可以显著减小复位操作力大小。在复位维持阶段,5 kg和10 kg弹性牵引使维持复位位置所需的把持力分别减小32. 99%和60. 85%(1号把持螺钉),以及31. 06%和62. 72%(2号把持螺钉)。在操作灵活性实验中,弹性牵引辅助下操作力相较于无弹性牵引时平均减小60%以上。结论本研究初步验证了弹性牵引对辅助骨盆骨折复位的有效性,下肢弹性牵引可以有效减小复位操作过程中复位力的大小,并兼顾操作灵活性,同时有利于正确复位位置的稳定维持。     

基于人体骨盆运动轨迹的康复辅助机构设计

针对临床康复医师提出在下肢行走障碍患者康复训练过程中,患者身体重心缺乏在左右两脚之间的横向移动能力,从而影响行走甚至导致跌倒的问题,本文通过健康人步态行走过程的骨盆运动特征,对复杂的骨盆运动学和运动轨迹进行分析,提炼出骨盆侧向移动的轨迹和范围。根据人体工学分析,设计辅助骨盆侧向移动的机构,配合康复机器人应用在下肢行走训练,使得康复训练更接近健康人的自然状态,有利于训练过程中机械设备和人的相互作用。此方法获得医生和治疗师们的高度评价,并通过仿真试验做出了验证。     

腕功能康复机器人按需辅助控制策略研究

在康复机器人辅助脑卒中患者进行康复训练时,为激发患者的主动参与意识,康复机器人应按照患者康复需求提供其所需的辅助力矩。本文针对腕功能康复机器人提出一种按需辅助控制策略:首先制定能力评估规则,并依据该规则评估患者能力;然后设计控制器,控制器可基于评估结果求解出患者完成康复训练任务所需的辅助力矩,并下发指令至电机;最后控制电机输出指令值,辅助患者完成康复训练任务。将该控制策略应用于腕功能康复机器人,不仅实现了按需辅助的训练模式,而且能够避免辅助力矩激增,同时康复治疗师可在线调节能力评估规则中的多个参数,为不同康复状态的患者定制任务难度。本文所提方法不依赖于力学传感器信息,降低了开发成本且易于实现,具有一定的工程应用价值。     

全髋关节置换术前康复教育对术后康复效果的研究

目的 研究全髋关节置换术前康复教育对术后康复效果的影响.方法 选择择期行全髋关节置换术的患者60例,将随机分为实验组和对照组(各31)例)实验组术前接受康复教育,并掌握排尿功能及肢体功能康复训练方法,对照组术前只做常规指导,2组术后的康复训练程序完全一致,比较术后心理状态,第一次排尿情况、术后第1、3、6个月末临床康复效果评价及4周末康复训练计划完成量和术后180d生活质量比较,结果实验组术后心理状态明显优于对照组,差异有统计学意义(P<0.05);术后第1、3、6个月时,实验组的置换髋关节功能评分分别显著高于对照组,2组间差异有统计学意义(P<0.05),术后180d生活质量评分分别高于对照组,差异有统计学意义.结论 术前开展康复教育,普及保健知识,可提高术后肢体早期功能训练的效率,促进肢体功能早日恢复,提高生存质量,减少术后并发症.     

脑性瘫痪患儿运动障碍的系统康复管理（二）

3 脑瘫患儿运动障碍的常用治疗方法 对脑瘫患儿运动障碍的治疗注重点从最早的改善功能障碍（痉挛与变形），到此后的提高活动能力（步行能力与日常生活能力），近年来如何提高儿童的社会参与能力已经成为脑瘫治疗的新的焦点之一。     

基于脑机接口与虚拟现实技术的手部软康复系统研究

基于脑机接口和虚拟现实技术在康复医学中的巨大应用潜力,以及目前手部康复系统中存在的若干问题,本研究提出一种基于脑机接口与虚拟现实技术的手部软康复系统.与传统康复外骨骼相比,该软康复系统适配不同脑卒中患者手部,允许手和手指在非驱动方向上运动,重量轻、便于携带、透气性强、安全性高.在脑机接口(brain computer ...     

人体肩关节运动功能康复评估研究

目的针对上肢运动功能障碍患者康复治疗中,常规康复评价方法繁琐费时的问题,探讨人体肩关节运动功能康复评价的新方法。方法选取20名健康志愿者,利用上肢多关节复合运动训练系统(multi-joint system,MJS)进行上肢运动功能评价实验,并对肩关节运动功能评价参数进行统计。选取在临床进行康复治疗的20例偏瘫患者作为常规评价组,采用上肢Fugl-Meyer评分(Fugl-Meyerassessment,FMA)评定患者的上肢运动功能,并对上肢运动功能评分的参数数据进行统计分析。结果在健康人MJS运动功能评价实验中,经参数间的相关性分析,统计无显著意义(P005)。在多元逐步回归分析时,只引进了水平外展活动度,差异有统计学意义(P005)。在对偏瘫患者上肢运动功能的评估数据分析中,在多元逐步回归分析时,只引进了水平外展活动度,差异有统计学意义(P005)。结论肩关节外展活动度对肩关节运动评估等级划分和上肢FMA评分影响最大。     

新森田疗法和康复疗法对精神分裂症康复治疗的对照研究

目的比较新森田疗法与康复疗法对精神分裂症康复治疗的效果。方法对符合入组标准的150例精神分裂症患者随机分为新森田疗法组和康复疗法组，治疗10周。于治疗前后分别用IPROS、BPRS、自知力评定进行自身和相互对照以评定疗效。结果两组治疗前后自身对照PPROS分量表及总分值、BPRS量表总分及因子分、自知力恢复情况均有显著差异（P均〈0.01）；相互对照：新森田疗法组康复效果更显著（P〈0.01），焦虑抑郁和缺乏活力因子分的减分率更明显（P〈0.01）。自知力恢复也较康复疗法组更显著（P〈0.01）。结论新森田疗法和康复疗法对协助临床改善精神分裂症的部分精神症状，自知力的恢复和社会功能的提高均有效，两者比较，新森田疗法的疗效更显著。     

基于光学运动捕捉的上肢康复机器人可用性测试研究

目的对一款上肢康复机器人进行可用性测试研究,验证其安全性、有效性和舒适性,并提出改进设计的意见。方法运用光学式运动捕捉系统采集受试者进行康复训练时的角度数据,再对受试者进行主观问卷调查。结果快速上肢评估量表结果显示上肢康复机器人配置相对合适,但需要进一步深入研究。角度数据在肩关节内收外展运动和肘关节屈伸运动上表现出显著相关性,而在腕关节数据的统计结果上表现出无相关性。主观问卷调查总得分表明上肢康复机器人舒适性总体上是令人满意的,但在手臂固定装置的舒适性、训练过程中肌肉拉伸程度和座位高度设置的问题上存在设计不合理。结论运用光学式运动捕捉系统可以定量评价上肢康复机器人的性能,对康复机器人的设计及改进具有重要意义。