專利名稱：一種肌力訓(xùn)練與測評裝置及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及康復(fù)設(shè)備領(lǐng)域，特別涉及一種肌力訓(xùn)練與測評裝置及其方法。
背景技術(shù)：
肌肉功能檢查和評價(jià)是康復(fù)醫(yī)學(xué)中最基本，最重要的內(nèi)容之一。對肌肉功能的檢 查有助于了解患者肌肉和神經(jīng)的損害程度，訓(xùn)練前后的定期檢查可以作為評定康復(fù)治療效 果的指標(biāo)。在臨床中，當(dāng)患者肌力在3-4級時(shí)，應(yīng)進(jìn)行抗阻運(yùn)動(dòng)，使肌肉在運(yùn)動(dòng)中承受較大的 阻力以增加肌纖維募集率，從而促進(jìn)肌力較快地增長。在骨科創(chuàng)傷與疾病中，如無嚴(yán)重神經(jīng) 損害，肌力多在3級以上，因此，阻抗訓(xùn)練應(yīng)用十分廣泛。根據(jù)肌肉收縮方式的不同，可以把康復(fù)醫(yī)學(xué)中應(yīng)用的阻抗訓(xùn)練分為以下幾種1、等張訓(xùn)練，又稱動(dòng)力性訓(xùn)練，即利用肌肉等張收縮進(jìn)行的阻抗訓(xùn)練。所謂等張收 縮是指收縮時(shí)，肌肉張力大于阻力，肌肉可自由縮短引起響應(yīng)的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)，因此又稱為動(dòng)力 性收縮。等張訓(xùn)練的典型的方法是直接或通過滑輪舉起重物的訓(xùn)練，如舉 鈴、沙袋、或拉 力器訓(xùn)練。其特點(diǎn)是所用器械產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)負(fù)荷不變。肌肉產(chǎn)生的最大力矩不同，所能克服 的負(fù)荷也不同，為了完成全幅度的運(yùn)動(dòng)，負(fù)荷不能太大，加上運(yùn)動(dòng)加速與減速時(shí)受慣性的影 響，阻力矩不能經(jīng)常與肌肉的最大力矩相稱，使運(yùn)動(dòng)中一大部分時(shí)間阻力矩低于肌肉最大 力矩，影響鍛煉的效果。用等張訓(xùn)練增進(jìn)肌力的關(guān)鍵在于用較大阻力以求重復(fù)較少次數(shù)的 運(yùn)動(dòng)就能引起肌肉疲勞，即大負(fù)荷少重復(fù)的原則。2、等長訓(xùn)練，即利用肌肉等長收縮進(jìn)行的肌力訓(xùn)練，由于不引起明顯的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)， 因此，又稱為靜力訓(xùn)練。所謂等長收縮是指在肌肉收縮的張力與阻力相稱時(shí)，肌肉沒有明顯 的縮短或延長，同時(shí)不產(chǎn)生明顯的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)，因此等長收縮又稱為靜力收縮。等長訓(xùn)練操作 簡便，可在肢體被固定、關(guān)節(jié)活動(dòng)度明顯受限制或存在關(guān)節(jié)損傷包括軟骨軟化癥或關(guān)節(jié)炎 等情況下進(jìn)行，以及時(shí)預(yù)防肌肉萎縮或促進(jìn)肌力恢復(fù)，在骨科康復(fù)中應(yīng)用廣泛。其缺點(diǎn)是被 認(rèn)為主要增強(qiáng)靜態(tài)肌力。而且有顯著的角度特異性，即只對增強(qiáng)訓(xùn)練角度附近約20度范圍 內(nèi)的肌力有效。3、等速訓(xùn)練，即利用肌肉的等速收縮進(jìn)行的阻抗訓(xùn)練。所謂等速運(yùn)動(dòng)，是指在運(yùn)動(dòng) 中，運(yùn)動(dòng)速度恒定而阻力可變，運(yùn)動(dòng)中的速度預(yù)先在等速儀器上設(shè)定，一旦設(shè)定速度，不管 受試者用多大的力量，肢體運(yùn)動(dòng)的速度都不會(huì)超過預(yù)先設(shè)定的速度，受試者的主觀用力只 能使肌肉張力提升，力矩輸出增加，而不能產(chǎn)生加速度的一種運(yùn)動(dòng)。等速運(yùn)動(dòng)時(shí)，肌纖維長 度可縮短或拉長，引起明顯的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)，是一種動(dòng)力性收縮。類似于肌肉等張收縮。但運(yùn)動(dòng) 中，等速儀器提供的是一種順應(yīng)性阻力，阻力大小髓肌肉收縮張力的大小而變化，類似肌肉 等長收縮。因此，等速肌肉收縮兼有等張收縮和等長收縮的某些特點(diǎn)或優(yōu)點(diǎn)，是一種特殊的 肌肉收縮形式。另外，當(dāng)患者肌力不足以進(jìn)行阻抗訓(xùn)練時(shí)，需要醫(yī)護(hù)人員或者康復(fù)設(shè)備對患者施 力，進(jìn)行被動(dòng)訓(xùn)練。
目前，國內(nèi)對患者上、下肢肌力的等速、等長及被動(dòng)訓(xùn)練大部分由醫(yī)護(hù)人員借助簡 單的設(shè)備如 鈴、沙袋等簡單的康復(fù)器材完成，而且對訓(xùn)練的結(jié)果沒有一個(gè)科學(xué)的數(shù)據(jù)進(jìn) 行比較和診斷。而進(jìn)行等速測試或訓(xùn)練，需要有專門的等速儀器。在國內(nèi)，肌力康復(fù)技術(shù)的 研究剛剛起步，到目前為止還沒有進(jìn)行康復(fù)儀器的開發(fā)和研制。所有使用的設(shè)備全部依靠 進(jìn)口，因此，所進(jìn)行研究都圍繞著昂貴的進(jìn)口設(shè)備進(jìn)行，需要花費(fèi)大量的資金，這極大的限 制了我國在這一領(lǐng)域的發(fā)展。由于設(shè)備昂貴，在康復(fù)和臨床醫(yī)學(xué)工作中肌力康復(fù)的研究也 很少，從而反過來又限制了肌力康復(fù)設(shè)備的發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種能夠?qū)崟r(shí)測量和顯示等速、等長、等張肌力的方法，并能 夠進(jìn)行等速、等長、等張等多種阻抗訓(xùn)練和被動(dòng)訓(xùn)練的肌力訓(xùn)練與測評裝置及其方法。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案是一種肌力訓(xùn)練與測評裝置，具有底座，所述底座上 設(shè)有可上下調(diào)節(jié)的升降支撐桿，升降支撐桿上端轉(zhuǎn)動(dòng)連接支架，支架上轉(zhuǎn)動(dòng)連接動(dòng)力輸出 組件，所述動(dòng)力輸出組件的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線與支架的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線垂直，動(dòng)力輸出組件的輸出軸后端 設(shè)有傳感器，前端固定連接傳動(dòng)桿，動(dòng)力輸出組件上還可調(diào)設(shè)有限制傳動(dòng)桿轉(zhuǎn)動(dòng)角度的限 位塊。上述一種肌力訓(xùn)練與測評裝置的動(dòng)力輸出組件具有殼體、端蓋以及設(shè)置在殼體內(nèi) 的驅(qū)動(dòng)電機(jī)。上述一種肌力訓(xùn)練與測評裝置的設(shè)置在動(dòng)力輸出組件輸出軸后端的傳感器為檢 測輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)角度的角度傳感器和檢測輸出軸扭矩的力傳感器。上述一種肌力訓(xùn)練與測評裝置的支架為“U”形支架，其底部與升降支撐桿連接，上 部設(shè)置在動(dòng)力輸出組件的殼體兩側(cè)，與動(dòng)力輸出組件轉(zhuǎn)動(dòng)連接，動(dòng)力輸出組件的轉(zhuǎn)動(dòng)角度 通過緊固件固定。上述一種肌力訓(xùn)練與測評裝置的裝置還具有上位機(jī)系統(tǒng)和下位機(jī)系統(tǒng)，上位機(jī)系 統(tǒng)包括用于接收、處理、顯示、存儲(chǔ)所采集到的數(shù)據(jù)的主機(jī)、顯示器和軟件處理模塊，下位機(jī) 系統(tǒng)包括PLC、電機(jī)控制模塊、信息采集模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊，主要作用是控制電機(jī)提供阻力 的方式、采集被測者的肌力信號(hào)、轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后傳遞給上位機(jī)。一種肌力訓(xùn)練與測評方法，利用上述肌力訓(xùn)練與測評裝置提供各種阻抗訓(xùn)練的阻 力和被動(dòng)訓(xùn)練的驅(qū)動(dòng)力，通過對電機(jī)的控制來實(shí)現(xiàn)等長、等張、等速、被動(dòng)等不同模式的訓(xùn) 練；并可進(jìn)行訓(xùn)練效果測試，通過力矩傳感器、角度傳感器分別采集被測人員的關(guān)節(jié)力、關(guān) 節(jié)運(yùn)動(dòng)速度等信號(hào)，通過下位機(jī)的A/D轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換后傳遞到上位機(jī)，經(jīng)過計(jì)算、分析后實(shí) 時(shí)顯示，通過表格、圖形等方法科學(xué)地顯示康復(fù)醫(yī)療的效果。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在(1)本發(fā)明可根據(jù)被訓(xùn)練對象先通 過上位機(jī)界面選擇測試和訓(xùn)練的模式，通過調(diào)整動(dòng)力輸出組件的高度、轉(zhuǎn)角，使其基本與被 測者運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)相匹配；再通過測試被測者最大運(yùn)動(dòng)角度，用機(jī)械塊進(jìn)行運(yùn)動(dòng)范圍的限位，操 作靈活方便，安全可靠；(2)本發(fā)明方法可以實(shí)時(shí)、高精度地顯示被測者關(guān)節(jié)的肌力，充分 顯示康復(fù)訓(xùn)練的效果，所測數(shù)據(jù)可以作為醫(yī)生針對病情進(jìn)行進(jìn)一步診斷的依據(jù)；(3)本發(fā) 明可以對膝、肩、肘、腕、踝、髖等關(guān)節(jié)進(jìn)行外展/內(nèi)收測評，測評模式有等速、等長、等張測 試和被動(dòng)訓(xùn)練。


為了使本發(fā)明的內(nèi)容更容易被清楚的理解，下面根據(jù)的具體實(shí)施例并結(jié)合附圖， 對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明，其中圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為動(dòng)力輸出組件內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖；圖3為本發(fā)明的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。
具體實(shí)施例方式(實(shí)施例1)見圖1至圖4，本發(fā)明具有底座1，底座1上設(shè)有可上下調(diào)節(jié)的升降支撐桿2，升降 支撐桿2上端轉(zhuǎn)動(dòng)連接支架3，支架3上轉(zhuǎn)動(dòng)連接動(dòng)力輸出組件4，動(dòng)力輸出組件4具有殼體 41、端蓋42以及設(shè)置在殼體41內(nèi)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)43;支架3為“U”形支架，其底部與升降支撐 桿2連接，上部設(shè)置在動(dòng)力輸出組件4的殼體41兩側(cè)，與動(dòng)力輸出組件4轉(zhuǎn)動(dòng)連接，動(dòng)力輸 出組件4的轉(zhuǎn)動(dòng)角度通過緊固件31固定；動(dòng)力輸出組件4的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線a與支架3的轉(zhuǎn)動(dòng)軸 線b垂直，動(dòng)力輸出組件4的輸出軸后端設(shè)有傳感器，傳感器為檢測輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)角度的角度 傳感器和檢測輸出軸扭矩的力傳感器；動(dòng)力輸出組件4的輸出軸前端固定連接傳動(dòng)桿5，動(dòng) 力輸出組件4上還可調(diào)設(shè)有限制傳動(dòng)桿5轉(zhuǎn)動(dòng)角度的限位塊6。裝置還具有上位機(jī)系統(tǒng)和 下位機(jī)系統(tǒng)，上位機(jī)系統(tǒng)包括用于接收、處理、顯示、存儲(chǔ)所采集到的數(shù)據(jù)的主機(jī)、顯示器和 軟件處理模塊，下位機(jī)系統(tǒng)包括PLC、電機(jī)控制模塊、信息采集模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊，主要作 用是控制電機(jī)提供阻力的方式、采集被測者的肌力信號(hào)、轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后傳遞給上位機(jī)。種肌力訓(xùn)練與測評方法是利用上述肌力訓(xùn)練與測評裝置提供各種阻抗訓(xùn)練的阻 力和被動(dòng)訓(xùn)練的驅(qū)動(dòng)力，通過對電機(jī)的控制來實(shí)現(xiàn)等長、等張、等速、被動(dòng)等不同模式的訓(xùn) 練；并可進(jìn)行訓(xùn)練效果測試，通過力矩傳感器、角度傳感器分別采集被測人員的關(guān)節(jié)力、關(guān) 節(jié)運(yùn)動(dòng)速度等信號(hào)，通過下位機(jī)的A/D轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換后傳遞到上位機(jī)，經(jīng)過計(jì)算、分析后實(shí) 時(shí)顯示，通過表格、圖形等方法科學(xué)地顯示康復(fù)醫(yī)療的效果。在訓(xùn)練的過程中，先通過上位機(jī)界面選擇測試和訓(xùn)練的模式，通過升降支撐桿2 調(diào)整動(dòng)力輸出組件4的高度、轉(zhuǎn)角，使其基本與被測者運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)相匹配；再通過支架3將傳 動(dòng)桿5調(diào)整到其軸線與被測者運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)軸線共線的位置；接著測試被測者最大運(yùn)動(dòng)角度， 用限位塊6進(jìn)行運(yùn)動(dòng)范圍的限位，驅(qū)動(dòng)電機(jī)43通過傳動(dòng)桿5輸出相對于被測者運(yùn)動(dòng)方向的 阻力，來實(shí)現(xiàn)等長、等張、等速、被動(dòng)等不同模式的訓(xùn)練，被測者的關(guān)節(jié)力由力傳感器測得， 經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后由下位機(jī)系統(tǒng)傳遞給上位機(jī)系統(tǒng)，最終實(shí)時(shí)顯示在顯示器上，關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)的 角速度由編碼器采集后，經(jīng)由驅(qū)動(dòng)器、下位機(jī)傳遞給上位機(jī)，實(shí)時(shí)顯示在顯示器上。顯然，本發(fā)明的上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對 本發(fā)明的實(shí)施方式的限定，對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可 以做出其他不同形式的變化或變動(dòng)。這里無需也無法對所有的實(shí)施方式予以窮舉，而這些 屬于本發(fā)明的精神所引出的顯而易見的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā)明的保護(hù)范圍之中。
權(quán)利要求
一種肌力訓(xùn)練與測評裝置，具有底座(1)；其特征在于所述底座(1)上設(shè)有可上下調(diào)節(jié)的升降支撐桿(2)，升降支撐桿(2)上端轉(zhuǎn)動(dòng)連接支架(3)，支架(3)上轉(zhuǎn)動(dòng)連接動(dòng)力輸出組件(4)，所述動(dòng)力輸出組件(4)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線(a)與支架(3)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線(b)垂直，動(dòng)力輸出組件(4)的輸出軸后端設(shè)有傳感器，前端固定連接傳動(dòng)桿(5)，動(dòng)力輸出組件(4)上還可調(diào)設(shè)有限制傳動(dòng)桿(5)轉(zhuǎn)動(dòng)角度的限位塊(6)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種肌力訓(xùn)練與測評裝置，其特征在于所述動(dòng)力輸出組件 (4)具有殼體(41)、端蓋(42)以及設(shè)置在殼體(41)內(nèi)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)(43)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種肌力訓(xùn)練與測評裝置，其特征在于所述設(shè)置在動(dòng)力輸 出組件(4)輸出軸后端的傳感器為檢測輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)角度的角度傳感器和檢測輸出軸扭矩 的力傳感器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種肌力訓(xùn)練與測評裝置，其特征在于所述支架(3)為“U” 形支架，其底部與升降支撐桿(2)連接，上部設(shè)置在動(dòng)力輸出組件(4)的殼體(41)兩側(cè)，與 動(dòng)力輸出組件(4)轉(zhuǎn)動(dòng)連接，動(dòng)力輸出組件(4)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度通過緊固件(31)固定。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4其中之一所述的一種肌力訓(xùn)練與測評裝置，其特征在于所述 裝置還具有上位機(jī)系統(tǒng)和下位機(jī)系統(tǒng)，上位機(jī)系統(tǒng)包括用于接收、處理、顯示、存儲(chǔ)所采集 到的數(shù)據(jù)的主機(jī)、顯示器和軟件處理模塊，下位機(jī)系統(tǒng)包括PLC、電機(jī)控制模塊、信息采集模 塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊，主要作用是控制電機(jī)提供阻力的方式、采集被測者的肌力信號(hào)、轉(zhuǎn)換成數(shù) 字信號(hào)后傳遞給上位機(jī)。
6.一種肌力訓(xùn)練與測評方法，其特征在于利用上述肌力訓(xùn)練與測評裝置提供各種阻 抗訓(xùn)練的阻力和被動(dòng)訓(xùn)練的驅(qū)動(dòng)力，通過對電機(jī)的控制來實(shí)現(xiàn)等長、等張、等速、被動(dòng)等不 同模式的訓(xùn)練；并可進(jìn)行訓(xùn)練效果測試，通過力矩傳感器、角度傳感器分別采集被測人員 的關(guān)節(jié)力、關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)速度等信號(hào)，通過下位機(jī)的A/D轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換后傳遞到上位機(jī)，經(jīng)過計(jì) 算、分析后實(shí)時(shí)顯示，通過表格、圖形等方法科學(xué)地顯示康復(fù)醫(yī)療的效果。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種肌力訓(xùn)練與測評裝置及其方法，具有底座，所述底座上設(shè)有可上下調(diào)節(jié)的升降支撐桿，升降支撐桿上端轉(zhuǎn)動(dòng)連接支架，支架上轉(zhuǎn)動(dòng)連接動(dòng)力輸出組件，所述動(dòng)力輸出組件的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線與支架的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線垂直，動(dòng)力輸出組件的輸出軸后端設(shè)有傳感器，前端固定連接傳動(dòng)桿，動(dòng)力輸出組件上還可調(diào)設(shè)有限制傳動(dòng)桿轉(zhuǎn)動(dòng)角度的限位塊；通過對電機(jī)的控制來實(shí)現(xiàn)等長、等張、等速、被動(dòng)等不同模式的訓(xùn)練；并可進(jìn)行訓(xùn)練效果測試，通過力矩傳感器、角度傳感器分別采集被測人員的關(guān)節(jié)力、關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)速度等信號(hào)，通過下位機(jī)的A/D轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換后傳遞到上位機(jī)，經(jīng)過計(jì)算、分析后實(shí)時(shí)顯示，通過表格、圖形等方法科學(xué)地顯示康復(fù)醫(yī)療的效果，操作靈活方便，安全可靠。
文檔編號(hào)A63B21/00GK101954169SQ20091030432
公開日2011年1月26日 申請日期2009年7月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月14日
發(fā)明者吳毅, 唐東青, 孫健, 張志華, 徐林森, 時(shí)張杰, 樊金成, 申林, 繆琴, 胡永善 申請人:常州市錢璟康復(fù)器材有限公司;常州機(jī)械電子工程研究所