一种跟随人体重心高度的骨盆支撑减重康复系统EI北大核心CSCD

支撑减重康复训练系统现已成为下肢运动功能障碍康复的重要治疗方法。本文针对现有的恒定阻抗减重的骨盆支撑减重康复系统在康复训练过程中骨盆机构提供固定的运动轨迹、患者主动参与康复训练程度低等问题,提出了一种跟随人体重心高度(CoMH)的骨盆支撑减重康复系统。该系统通过惯性测量单元采集人体下肢运动信息,经过人工神经网络对CoMH进行预测,实现骨盆支架高度的跟踪控制。通过偏瘫患者康复训练进行试验,结果表明,相比于骨盆支架运动轨迹固定的传统减重康复训练,跟随CoMH骨盆支撑减重康复训练使患者患侧髋、膝关节活动范围分别提升25.0%和31.4%,患侧摆动相与支撑相占比更接近健侧步态相位。该减重康复训练模式的骨盆支架的运动轨迹取决于当前训练者的状态,可实现偏瘫患者健侧主动运动引导行走训练。动态调整减重支撑的策略更有助于提高行走康复训练效率。     

下肢康复训练方法的研究现状

下肢运动功能障碍严重影响了患者的日常生活及步行的功能,严重时会造成偏瘫等现象,越来越多的研究者致力于寻找新的有效的下肢康复训练方法。目前临床常用的下肢康复训练方法有肌电生物反馈与综合康复训练结合法、针灸联合康复训练法、电刺激疗法和步态训练法。本文针对近年来下肢康复训练方法的多样性进行了系统回顾及总结,尤其对早期介入的减重步态训练康复模式进行了综述及展望。     

基于虚拟现实的交互式上肢康复训练系统研究

该文主要介绍针对上肢功能障碍的患者使用的基于虚拟现实的交互式上肢康复训练系统的研究,通过机械设计和力学计算,设计了康复训练系统中的减重设备部分;依据提高患者训练效果和兴趣的设计目的,结合无线三轴传感器的应用程序接口,运用Unity3D引擎进行康复训练游戏的设计。患者穿戴上传感器后能够使用减重设备进行康复游戏,完成康复训练。经实验验证,该系统能够有效的辅助患者进行康复训练并且记录患者的关节运动信息。虚拟现实训练能够提高康复训练的质量和效率。     

一种用于偏瘫患者的减重多态康复训练评定系统的设计

设计一台减重式多态康复训练评定系统,通过具有倾斜功能的训练床来实现人体不同程度的减重,通过主控计算机控制驱动装置来实现患者在减重状态下进行下肢主动屈伸和被动屈伸的运动训练,并能对主动运动和被动运动状态下的足底压力、运动参数以及静态平衡参数进行测试和统计分析。对45名健康受试者进行测试,静态平衡各参数的组内相关系数(ICC)均大于0.7,说明该系统具有良好的可靠性。结果表明,该系统可为临床制定康复治疗方案提供科学数据,具有重要的临床应用价值。     

压差式气动减重康复步行训练系统的设计

本研究设计开发了基于空气压差技术的减重康复步行训练系统。该系统采用比例-积分-微分控制器(PID)控制算法精确控制人体减重量,以美国德州仪器公司的混合信号处理器MSP430F149作为气压控制的核心,并使用微软公司的Microsoft Visual C++6.0开发程序设计上位机训练软件。该系统能够为下肢运动功能障碍患者提供舒适的减重步行训练环境,并能够实现对患者肌电信号的采集,以便于进一步对患者的信息进行科学、规范的管理。本文通过该训练系统对10名正常人进行下肢初始承重量、最大减重后下肢承重量、最大减重百分比等参数进行采集,分析结果显示,其组内相关系数(ICC)值均大于0.6。本文研究结果证实,该步行训练系统可靠性高,能够为临床下肢减重康复步行训练提供科学的数据。     

坐姿下肢康复训练系统的结构设计与分析

目的设计一台基于坐姿的下肢康复训练系统,以帮助各类下肢运动功能障碍患者实现髋、膝、踝关节的有效康复训练。方法首先设计坐姿下肢康复训练系统的整体结构;然后采用SolidWorks对系统整体结构进行三维建模,并用有限元分析软件Ansys对主要受力部件进行变形量分析和强度校核;最后对实体样机进行调试,验证本训练系统设计的可行性和合理性。结果该系统主要包括可移动训练座椅、外骨骼机械腿、髋关节间距调节装置以及电控部分。座椅支撑最大的等效应力为5.2315 MPa,且最大变形量仅为0.0128 mm;移动导杆最大等效应力为204.59MPa,最大变形量为1.72 mm;脚踝部分最大等效应力为97.326 MPa,脚踝部分最大变形量为0.62mm。该训练系统可以满足身高在155~190 cm内的患者使用。机械腿膝关节运动到最大及最小极限角度的可靠性组内相关系数(intraclass correlation coefficient,ICC)分别为0.823和0.895;踝关节运动到背屈、趾屈极限位角度的可靠性ICC值分别为0.861和0.833。结论本训练系统各主要受力部件的强度和变形量都能满足要求;能够达到髋、膝、踝三关节预定动作范围,可带动受试者实现各种模式的下肢康复训练,具有较好的可行性和合理性。     

基于PCI-1240运动控制卡的肢体康复训练控制系统的实现与软件设计EI北大核心CSCD

本研究开发了一种基于坐姿的下肢康复运动控制系统,该系统包括下肢外骨骼机构、电机驱动控制电路、运动控制程序等。通过6个电机为髋、膝、踝关节转动提供动力,采用PCI-1240运动控制卡作为控制核心,实现了下肢各关节重复性转动训练和步态康复训练的速度、角度和运动时间的精确控制和调节。本文试验结果表明,该运动控制系统能很好地满足下肢功能障碍患者重复性康复训练运动的需求。本文为康复训练机器人中运动控制系统提供了更多的方法数据,可促进工业自动化设备向医疗领域转变,有利于康复机器人的更进一步研究。     

基于减重步行训练的双气囊结构设计与计算分析

目的 研究开发一种基于减重功能训练的双气囊减重设备,并分析该结构设计的合理性。方法 建立双气囊中充气过程中的数学模型,利用Gambit软件建立双气囊三维模型并进行网格划分,利用Fluent软件对气囊内部气体流动进行模拟计算。在装置的设计与样机初步加工的基础上,选取体重范围在80 kg内不同体重的正常人进行临床实验。结果 上、下气囊的充气时间为16.9 s,最大减重比为90%,内部压力均在2 kPa,初步临床实验获得减重比与气囊内部气压值的关系,验证了结构设计的合理性。结论 设计的双气囊结构符合减重训练的需求,可为下肢功能障碍患者康复训练提供一种有效的减重方法和结构设计的思路。     

下肢康复机器人结构设计的研究进展

下肢康复机器人是一种针对下肢功能障碍进行针对性康复训练的工具,能够为神经损伤导致的行走功能障碍患者提供安全、有效的步行训练,其结构和功能是影响患者功能恢复的关键因素。因此对下肢康复机器人的结构和功能进行系统总结能够为结构优化和功能提升提供重要的参考。本文从下肢康复机器人的分类、驱动方式和临床应用三个方面对下肢康复机器人的研究现状进行综述,并对下肢康复机器人的研究方向进行展望。     

基于PCI-1240运动控制卡的肢体康复训练控制系统的实现与软件设计

本研究开发了一种基于坐姿的下肢康复运动控制系统,该系统包括下肢外骨骼机构、电机驱动控制电路、运动控制程序等。通过6个电机为髋、膝、踝关节转动提供动力,采用PCI-1240运动控制卡作为控制核心,实现了下肢各关节重复性转动训练和步态康复训练的速度、角度和运动时间的精确控制和调节。本文试验结果表明,该运动控制系统能很好地满足下肢功能障碍患者重复性康复训练运动的需求。本文为康复训练机器人中运动控制系统提供了更多的方法数据,可促进工业自动化设备向医疗领域转变,有利于康复机器人的更进一步研究。     

基于减重步行训练的下肢康复机器人结构设计与分析

提出了一款基于气囊式减重原理的下肢康复训练机器人。它集主动训练与被动训练、静态平衡与功能评定于一体,适用于下肢偏瘫的脑卒中患者。装置的机械结构包括减重支持结构、步行器、拉伸锁定结构配合U型架、箱体结构和外框架辅助结构。对跑步机这一运动部件用SolidWorks软件进行三维建模,并用有限元分析软件Ansys进行应力计算表明:跑步机最大应力值为3.593 2 MPa,最大变形值为1.062 7 mm,均在材料容许范围以内,验证了设计的合理性与可行性。     

基于斜床减重式下肢康复训练的人体关节受力分析

基于斜床减重式下肢康复训练,对人体下肢屈伸运动过程的关节进行运动与受力分析,将人体简化为7刚体模型,采用Lagrange方法进行动力学建模与分析,并在Matlab中对数学模型仿真,获得人体在斜床不同倾角下训练时关节所受力矩。关节力矩随着斜床倾角的增大而增大;随着人体大、小腿之间夹角的减小而增大。在ADAMS中根据人体参数建立几何模型进行仿真分析,计算两种模型结果间的相关系数,结果显示两种方法获得的关节力矩组间相关系数接近于1,验证了Lagrange方法建立的数学模型的合理性。本研究结果对制定个性化下肢康复训练方案提供良好的参考依据,并对下肢训练康复器械的开发具有指导意义。     

减重步行康复训练机器人的设计及其临床应用

目的为提高减重步行训练机器人的临床应用,进一步促进康复机器人的实际应用与推广提供方法和措施,针对以往步行训练机器人临床应用性不强的问题,提出一种操作简单、结构灵活、实用性强的下肢康复机器人设计方案。方法利用模块化、集约化的设计方法,从人机工程学、康复医学、机械设计等方面对机器人整体进行穿戴式外骨骼、减重训练架、自适应跑台、悬吊背心等功能模块的划分和设计。同时,结合理论计算与SolidWorks有限元仿真,对机器人的关键部位进行优化分析。结果经过实体样机加工和初步临床实验,验证了该减重步行康复训练机器人设计的可行性和科学性。结论本次临床应用性设计研究可以提高减重步行训练机器人的实用性,可以为类似的研究和设计提供参考。     

脑卒中患者上肢康复机器人及评价方法综述

利用机器人技术进行上肢康复训练是脑卒中患者进行康复治疗的重要手段之一。本文根据中枢神经系统具有高度的可塑性,分析了机器人辅助康复训练的理论依据。并且依据康复机器人的社会需求和研究意义,归纳总结了5种上肢康复机器人的研究进展和研究成果,其中包括上肢康复机器人、功能性电刺激辅助上肢康复机器人、基于虚拟现实技术的上肢康复机器人、基于sEMG的上肢康复训练机器人、基于BCI上肢康复训练机器人。为完善康复机器人的功能,实现对脑卒中患者上肢运动功能的量化评估,本文还分析了目前临床上常用的几种评价方法,即Brunnstrom等级评价法、Fugl?Meyer量表评价法、上田敏评价法和Bobath评价法。最后分析了上肢康复机器人在机械设计、控制策略和评价方法等方面的发展趋势。     

充气式下肢外固定器的相关研究

目的:研制一种在创伤救治中携带方便、操作简单、能满足急救固定兼顾抗休克的骨折外固定器材.方法:采用聚丙烯热塑材料制作大、中、小不同型号的充气式下肢外固定器;利用生物力学实验,测定该固定器与小夹板弹性及刚度的差别,并测试固定器阻断下肢动脉血流时所需充气压力.结果:该固定器弹性及强度均优于传统小夹板,可100%阻断下肢血流,充气压力随肢体周径的增粗而增大.结论:经生物力学实验及压力测定,该固定器固定牢靠,与肢体服帖,具有可阻断下肢动静脉血流的作用.     

Training BIG to move faster: the application of the speed–amplitude relation as a rehabilitation strategy for people with Parkinson’s disease

We have used the phenomenon that speed increases with movement amplitude as a rehabilitation strategy. We tested the hypothesis that the generalized training of amplitude in the limb motor system may reduce bradykinesia and hypokinesia in the upper and lower limbs in subjects with Parkinson's disease (PD) across disease severity (Stage I, n=6; Stage II, n=7; Stage III, n=5). While studies have separately examined the relationship of amplitude to speed in reaching and gait, the same study has not reported the relationship for both limb systems. Moreover, the rehabilitation intervention, Training BIG, is unique in that it applies well-established treatment concepts from a proven treatment for the speech motor system in PD [Lee Silverman Voice Treatment (LSVT)] to the limb motor system. Subjects (n=18) participated in intense practice (1-h sessions/4x week/4 weeks) of large amplitude movements involving the whole body (i.e., head, arm, trunk, and leg) while focusing on the sensory awareness of "movement bigness." Testing procedures were designed to demonstrate the transfer of generalized amplitude practice to speed improvements during functional "untrained" tasks in "uncued" conditions with blinded testers. After therapy, the subjects significantly increased their speed of reaching and gait for the preferred speed condition. This effect was greater when the severity of the disease was less. The results support further application and efficacy studies of Training BIG. Amplitude-based behavioral intervention in people with PD appears to be a simple target that may be applied in different contexts for multiple tasks and results in improved speed-amplitude scaling relations across the upper and lower limbs.     

主被动手臂动作的EEG和sEMG特征比较研究

目的：研究人在主动进行肢体运动时脑电（electroencephalogram,EEG）和肢体表面肌电（surface electromyogram,sEMG）信号特征,并与其被动受迫产生相同肢体动作模式时EEG和sEMG信号特征做比较,探讨两者在激活大脑运动皮层神经和产生外周神经-肌肉活动时的不同作用特点与效应,对于了解运动传导通路的功能状态有重要的临床价值,也可为研究开发脑卒中康复治疗新技术提供科学依据.方法：本文主要设计了自主和被动屈腕动作两种实验范式并建立了一套完整的软、硬件系统（LabVIEW软件,DAQ采集卡和视觉反馈系统）进行试验.招募9名被试者（4男,5女）进行了主动和被动屈腕实验,同步采集了被试者EEG和sEMG数据.结果：被动与主动屈腕动作情况下EEG时频变化和平均EMG信号包络幅度的变化及其信号功率谱变化特征趋势大致类似;被动与主动肢体动作事件一样会诱发事件相关去同步（event related de-synchronization,ERD）现象,即证明被动动作下大脑皮层运动区与外周神经系统均能被相应激活,且能够产生联系;被动与主动屈腕时脑-肌电信号频域相干性相似,且被动情况下屈肌EMG与C3脑区EEG信号的相干性幅值比自主动作时增强.这可能是由于被迫动作时会诱发想象动作,从而能增强相应脑区神经元被激发程度.结论：本文结果可支持重复被动肢体运动康复训练的临床实践,并为相关研究提供科学依据.     

四肢联动联合虚拟现实训练对脑卒中恢复期患者 下肢功能与平衡功能的影响

目的 观察四肢联动联合联合虚拟现实技术对脑卒中恢复期患者下肢功能及平衡功能的影响,为脑卒中恢复期患者康复提供有效的方法。方法 将2015年6月~2016年11月30例本院脑卒中患者随机分为实验组和对照组,每组15例。两组均进行常规康复训练,实验组增加四肢联动联合虚拟现实技术,对照组增加下肢重复性运动训练。治疗前后采用改良Ashworth量表评定患者下肢股四头肌、小腿三头肌肌张力,采用Fugl-Meyer评定量表下肢部分评定下肢功能,Berg平衡量表评定平衡功能。结果 治疗后,两组患者下肢股四头肌MAS评分高于治疗前,小腿三头肌MAS评分低于治疗前,差异具有统计学意义（P＜0.05）;实验组患者小腿三头肌MAS评分差值高于对照组,差异具有统计学意义（P＜0.05）。治疗后,两组患者Fugl-Meyer下肢评分及Berg平衡功能评定均较治疗前提高,且实验组Fugl-Meyer下肢评分及Berg平衡功能评定均优于对照组,差异具有统计学意义（P＜0.05）。结论 四肢联动联合虚拟现实技术可提高脑卒中恢复期患者下肢功能及平衡功能,且优于传统康复治疗。