單片機在平衡能力靜態(tài)測試及動(dòng)態(tài)訓練中應用方案

1. 引言

人類(lèi)的平衡能力是人能夠進(jìn)行各種運動(dòng)的基礎，人的站立、坐臥、行走都需要有平衡能力。一旦人的平衡能力有障礙，則人的行動(dòng)能力就受制約，給學(xué)習、生活帶來(lái)極大的不便。在現代化的社會(huì )，人口老齡化問(wèn)題突出，老年人因某種疾病而導致腦損傷引起平衡能力降低，行動(dòng)能力受阻。因此，在臨床治療中,需要一種能對平衡功能檢驗的設備。我校在上海瑞金醫院的協(xié)作下，在分析了國際、國內有關(guān)資料的基礎上，應用先進(jìn)的計算機控制技術(shù)研制成功了多功能的人體平衡康復儀。使用該儀器可以客觀(guān)、定量地進(jìn)行平衡功能的測試、分析和訓練，可以地進(jìn)行平衡能力的靜態(tài)測試和動(dòng)態(tài)訓練。為臨床研究提供了有效的手段。

2.儀器功能

·儀器的測量范圍：10---360kg

·重心位置：±1.0mm

·供電220V交流

·儀器可提供重心分布圖、位移圖、平衡雷達圖、重心譜圖，可以進(jìn)行人體平衡能力的定量分析。

·儀器可實(shí)現靜態(tài)的睜眼和閉眼兩種狀態(tài)下的人體重心軌跡的測試。

·儀器可以供人體平衡能力的動(dòng)態(tài)測試和訓練。

3.衡康復儀的設計原理

平衡康復儀是通過(guò)測量人體的重心運動(dòng)軌跡圖，并對重心運動(dòng)軌跡圖進(jìn)行分析從而獲得人體平衡能力的一系列數據。一個(gè)物體的重心就是該物體的各部分重力的合力的作用點(diǎn)，而人體的重心則是人體的各部分重力的合力的作用點(diǎn)。人體站立時(shí)，會(huì )不可避免地存在著(zhù)輕微的晃動(dòng)和搖擺，而人體的各個(gè)部分的任何活動(dòng)都會(huì )引起人體重心位置的變化，因此這些輕微的晃動(dòng)和搖擺必然引起人體的重心位置的改變。這種重心位置的變化，反映了人體晃動(dòng)和搖擺的程度和規律，是研究人體平衡功能狀態(tài)的重要依據。

因此，在平衡康復儀中，我們用重力應變器和單片機構成一個(gè)重力測試平臺，對人體站立時(shí)的重心運動(dòng)軌跡進(jìn)行實(shí)時(shí)測量，將測量得到的人體重心運動(dòng)軌跡數據通過(guò)RS-232串行接口傳送到上位計算機，重力測試平臺每秒鐘測試30個(gè)人體重心運動(dòng)軌跡數據。在上位計算機中，應用VISUAL BASIC可視化語(yǔ)言編程，對重力測試平臺傳送的人體重心運動(dòng)軌跡數據進(jìn)行計算、分析后，畫(huà)出人體重心運動(dòng)的動(dòng)態(tài)軌跡圖、重心分布圖、位移圖、重心譜圖、平衡雷達圖和參數表，可以分睜眼和閉眼兩種方式測試人體的重心運動(dòng)軌跡。臨床醫生通過(guò)對圖形和參數表的觀(guān)察、分析，能對病情進(jìn)行判斷和治療。

為了幫助有平衡障礙的患者恢復平衡能力，需要對患者進(jìn)行平衡能力的訓練。在平衡康復儀中，我們應用VISUAL BASIC可視化語(yǔ)言以及多媒體技術(shù)，設計了動(dòng)態(tài)平衡能力訓練程序。在該程序中，利用語(yǔ)言、音樂(lè )和動(dòng)態(tài)圖形，使患者在愉快、輕松的虛擬環(huán)境中進(jìn)行平衡能力的訓練，并可以根據患者的平衡能力選擇適合自己的訓練強度的方式進(jìn)行平衡能力的康復訓練。臨床醫生也可以選擇合適的方案，對患者進(jìn)行平衡能力的康復訓練和治療，或進(jìn)行平衡能力的動(dòng)態(tài)測試。

在平衡康復儀中，人體重心運動(dòng)軌跡的測量是該儀器的關(guān)鍵所在。為了使測試平臺便于使用和校驗，我們使用單片機進(jìn)行人體重心運動(dòng)軌跡的實(shí)時(shí)測量，使用PC機進(jìn)行數據處理和生成所需的圖形。

4. 康復儀的結構

4.1 康復儀的結構示意圖