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。     

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。     

机器人模式设计对脊髓损伤患者步态的影响

背景：治疗师帮助的减重运动平板训练方法是一种效果较好的步态训练方法,但因其对治疗师体力消耗较大,且人员需要较多,临床应用受到一定限制。机器人帮助的减重运动平板训练受到广泛关注。 目的：总结机器人在脊髓损伤患者步态康复中的作用及其对下肢运动及肌肉活动模式的影响。 方法：由第一作者检索PubMed数据库(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/PubMed)1995-01/2010-12涉及机器人、Lokomat、减重运动平板训练及脊髓损伤步态康复内容的文献,英文关键词为“spinal cord injury,gait,walking,locomotor,locomotion,rehabilitation,robot,robotic,Lokomat ”,排除陈旧性、重复性文献,保留30篇文献归纳总结。 结果与结论：虽然到时目前为止还没有证据证明机器人运动训练方法优越于其他方法,但其在脊髓损伤康复领域的应用也有明显的优势。机器人设备对下肢运动的被动引导及固定步行模式的重复训练不利于患者最大自主肌力的发挥及步行循环周期之间的变动,不能做到治疗师那样敏感地感受患者的运动表现。治疗师只有全面了解机器人设备并根据患者的运动能力不断调整训练参数,以致使患者在精确控制环境下最大限度地发挥自主运动能力,才能获得最佳的运动训练效果。     

人体平衡功能测试评估和训练系统软件的设计

目的:设计一种具有调节减重功能的平衡能力测试和训练系统软件,改善患者的平衡控制能力。方法:自动调节训练床倾斜角度实现不同程度的减重,采用使用压力传感器组和数据采集卡实时检测双脚受力大小,实现人体平衡能力的测试评估,结合虚拟技术,采用玩游戏的方式进行平衡功能训练。结果:系统减重大小可精确控制,测试评估结果客观快捷,平衡训练过程具有声音、视觉反馈,界面生动有趣,实现了人体重心轨迹实时显示功能,能快速输出检测评估指标和每次训练成绩。结论:评估软件能快速准确评价患者的平衡控制能力,虚拟游戏训练能激发患者的训练热情。     

基于感觉-平衡-运动大鼠训练跑台的设计和实现

研究开发一种集感觉、平衡、运动功能训练为一体的多功能大鼠训练台,进行感觉-平衡-运动的训练。可在0～31 cm/s范围内实现跑道的无级调速,左右最大摇摆角度15°,前后最大摇摆角度10°。在所设定参数范围内该跑台可以完成多功能的训练。对健康大鼠与脑损伤大鼠在不同跑台参数下的运动,通过对跑台运动速度、转动角度、摇摆速度等相关参数的计算建立跑台的运动学模型;通过运动学中矢量法计算训练摇摆速度等参数并与实际测量结果进行比较;用样本量为24（24只健康大鼠）的大鼠训练,选择不同摇摆角度、运动速度等参数的控制做训练运动。结果表明,该跑台左右摇摆、前后摇摆速度误差均在容许误差范围±0.3 次/min内;左右摇摆跑道理论最大摇摆角度值为14.94°,实际测量值为15°;前后摇摆跑道理论最大摇摆角度值为9.93°,实际测量值为10°,两者均在容许误差范围±0.2°内,从而可证明训练跑台设计的合理性。经大鼠训练测试,该跑台运动状态良好,结构稳定,设计方案可满足脑损伤大鼠运动、感觉、平衡综合功能训练的要求。     

基于爬行运动的脊柱康复训练仪的设计

设计出一款多态脊柱康复爬行训练仪。该爬行仪可实现被动形式下的跪撑爬行、攀高爬行、俯式爬行、扭腰摆动等多种爬行训练模式。爬行运动对脊柱有很好的锻炼效果,根据爬行运动设计要实现的动作,利用Solid Works对训练仪整体结构进行三维建模,对训练仪进行运动学和动力学的理论分析,并结合Solid Works Motion进行运动学和动力学仿真。最后通过有限元分析软件ANSYS Workbench对主要受力部件进行静力学分析。通过运动仿真,三维模型可以实现各种预定的运动模式,而且对关键部件进行的强度校核满足强度要求。该训练仪运动模式多样且结构设计合理,选材强度合适,具有一定的可行性。     

多功能动物减重训练跑台的研制

临床实验证实,减重与脊髓硬膜外电刺激相结合的新疗法,具有提高不完全脊髓损伤患者康复后行走能力的功能。研制一种多功能动物减重训练跑台,为医学研究提供先进的动物实验手段。该跑台包括跑步机、减重支持装置和康复机械手,跑步机速度0～25 cm/s内无级可调,减重支持装置用于改变动物后肢负重,康复机械手辅助动物后肢完成训练任务,记录运动轨迹用于定量评价运动功能。初步实验结果表明,该跑台既可对健康大鼠进行不同强度运动训练,又可为具有后肢运动功能障碍的不完全脊髓损伤大鼠提供减重支持,进行减重及其组合疗法的动物实验研究。     

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。     

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。     

基于二次规划的人体屈伸运动肌肉力预测研究

目的研究人体屈伸运动过程中的肌肉力。方法在"中国力学虚拟人"模型的基础上,确定屈伸运动中参与运动肌肉束的生理横截面积及附着点的起止位置,建立完整的人体胸腰部骨肌系统模型。利用NDI运动捕捉系统获取脊柱形状的变化,利用肌电测量系统采集运动中肌肉的肌电信号规律。采用二次规划方法对不同运动速度和不同负载下的肌肉力进行优化预测。结果通过二次规划法预测出的肌肉力与肌电信号具有较好的一致性。结论该方法可以有效地预测人体屈伸运动中的肌肉力,对深入了解肌肉的运动机理,预防和减少运动损伤发生具有重要意义。