專利名稱：基于虛擬環(huán)境的肌力功能訓(xùn)練方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及醫(yī)療器械的使用方法，特別涉及一種基于虛擬環(huán)境的肌力功能訓(xùn)練方法。
背景技術(shù)：
據(jù)調(diào)查，1987年全國腦血管病患病率高達245. 58/10萬人，死亡率達77. 15/10萬人。近年其發(fā)病率仍在上升，已增長為219/10萬人，雖然由于醫(yī)療水平的發(fā)展，死亡率有所下降，但致殘率卻非常高。加之我國人口老齡化趨勢明顯，自然災(zāi)害與交通事故頻發(fā)，導(dǎo)致殘疾人數(shù)逐年增加，給患者和家屬帶來很大的痛苦。在患者的康復(fù)訓(xùn)練中，肌力功能的評定及訓(xùn)練顯得尤為重要。目前在臨床上一般肌力功能訓(xùn)練包括主動訓(xùn)練和被動訓(xùn)練,其中被動訓(xùn)練包括理療、按摩等。主動訓(xùn)練目前主要借助各種器械進行訓(xùn)練，即由治療師根據(jù)患者的實際情況為其制定訓(xùn)練計劃，訓(xùn)練過程枯燥，且無反饋性，使患者很容易對訓(xùn)練產(chǎn)生厭煩心理，失去訓(xùn)練的信心。目前尚缺乏一款集訓(xùn)練性及游戲性于一體的訓(xùn)練裝置。目前的肌力功能訓(xùn)練，在訓(xùn)練的過程中患者不能準(zhǔn)確的了解到訓(xùn)練的結(jié)果，及康復(fù)訓(xùn)練的效果如何，不易激起患者的訓(xùn)練積極性及自主性。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的，就是為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，提供一種基于虛擬環(huán)境的肌力功能訓(xùn)練方法。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案一種基于虛擬環(huán)境的肌力功能訓(xùn)練方法，通過一套肌力功能訓(xùn)練系統(tǒng)實現(xiàn)，該系統(tǒng)包括測力計、計算機和顯示屏；測力計內(nèi)設(shè)有傳感器、放大模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊和發(fā)送模塊；計算機內(nèi)設(shè)有接受模塊及信息處理模塊；患者對測力計施力，傳感器采集到施力信號經(jīng)放大模塊放大和A/D轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后由發(fā)送模塊發(fā)送給計算機，計算機的接受模塊接受到信號后，傳輸給信息處理模塊對信息進行分析和處理，將信息轉(zhuǎn)換成虛擬物體的運動顯示在顯示屏上，并給出相應(yīng)的聽覺反饋，顯示屏上顯示有游戲界面。所述的虛擬物體包括可以左右運動的盒子和可以上下運動的球，所述的游戲界面上設(shè)有向上運動、向下運動、向左運動和向右運動四種供選擇的運動方式。所述的訓(xùn)練分階段進行，一個階段結(jié)束后，系統(tǒng)將生成報告，得到各項力學(xué)參數(shù)的測試結(jié)果，所述力學(xué)參數(shù)包括峰力矩、峰力矩體重比、平均力矩、拮抗肌峰力矩比、最大單次做功量、最大單次做功量體重比、平均功率、力矩加速能和50%做功量衰減試驗。所述的峰力矩是指手指用力過程中肌肉收縮產(chǎn)生的最大力矩輸出，反映了肌力的大??；所述的拮抗肌峰力矩比是主動肌與拮抗肌兩肌群峰力矩的比值，反映了手指用力過 程中兩組肌群之間的肌力平衡情況；所述的50%做功量衰減試驗是用重復(fù)次數(shù)的多少作為耐力指標(biāo)，即測定力量下降到初始力量50%時的次數(shù)，反映了肌肉抗疲勞的能力。
上述基于虛擬環(huán)境的肌力功能訓(xùn)練方法具體包括以下步驟a、患者手持測力計坐于顯示屏前，目視顯示屏上的游戲界面；b、在游戲界面上為患者設(shè)定好運動方式，即是向上運動、向下運動、向左運動還是向右運動；C、根據(jù)患者的實際情況為其選擇訓(xùn)練的難度等級，游戲難度越大推動虛擬物體移動單位距離需要做功越多；d、開始訓(xùn)練，患者肢體對測力計施力，傳感器采集到患者所施力，傳輸?shù)接嬎銠C，計算機經(jīng)過處理后將力轉(zhuǎn)換成虛擬物體的運動，當(dāng)虛擬物體的運動距離達到一定值時，會有聲音的反饋“非常好”、“做的不錯”，鼓勵患者繼續(xù)努力，從而使訓(xùn)練進入良性循環(huán)；e、訓(xùn)練結(jié)束后，系統(tǒng)生成報告，得到各項力學(xué)參數(shù)的測試結(jié)果，所述力學(xué)參數(shù)包括峰力矩、峰力矩體重比、平均力矩、拮抗肌峰力矩比、最大單次做功量、最大單次做功量體重t匕、平均功率、力矩加速能和50%做功量衰減試驗。本發(fā)明的基于虛擬環(huán)境的肌力功能訓(xùn)練方法通過游戲的方式達到訓(xùn)練的效果，可以增加訓(xùn)練的趣味性，提高患者的訓(xùn)練熱情與自主性，有利于提高患者的訓(xùn)練效果。
圖I是本發(fā)明基于虛擬環(huán)境的肌力功能訓(xùn)練方法的流程圖；圖2是視覺反饋流程圖；
圖3是聽覺反饋流程圖；圖4是選擇上下運動時患者的反饋流程圖；圖5是選擇上下運動時醫(yī)生的反饋流程圖；圖6是選擇左右運動時患者的反饋流程圖；圖7是選擇左右運動時醫(yī)生的反饋流程圖；圖8是球上下運動時的訓(xùn)練界面；圖9是盒子左右運動時的訓(xùn)練界面；圖10是選擇向上運動時的初始界面；圖11是選擇向下運動時的初始界面；圖12是選擇向右運動時的初始界面；圖13是選擇向左運動時的初始界面。
具體實施例方式本發(fā)明基于虛擬環(huán)境的肌力功能訓(xùn)練方法，是通過一套肌力功能訓(xùn)練系統(tǒng)實現(xiàn)，該系統(tǒng)包括測力計、計算機和顯示屏；測力計內(nèi)設(shè)有傳感器、放大模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊和發(fā)送模塊；計算機內(nèi)設(shè)有接受模塊及信息處理模塊；患者對測力計施力，傳感器采集到施力信號經(jīng)放大模塊放大和A/D轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后由發(fā)送模塊發(fā)送給計算機，計算機的接受模塊接受到信號后，傳輸給信息處理模塊對信息進行分析和處理，將信息轉(zhuǎn)換成虛擬物體的運動顯示在顯示屏上，并給出相應(yīng)的聽覺反饋，顯示屏上顯示有游戲界面。所述的虛擬物體包括可以左右運動的盒子和可以上下運動的球，所述的游戲界面上設(shè)有向上運動、向下運動、向左運動和向右運動四種供選擇的運動方式。
所述的訓(xùn)練分 階段進行，一個階段結(jié)束后，系統(tǒng)將生成報告，得到各項力學(xué)參數(shù)的測試結(jié)果，所述力學(xué)參數(shù)包括峰力矩、峰力矩體重比、平均力矩、拮抗肌峰力矩比、最大單次做功量、最大單次做功量體重比、平均功率、力矩加速能和50%做功量衰減試驗。所述的峰力矩是指手指用力過程中肌肉收縮產(chǎn)生的最大力矩輸出，反映了肌力的大??；所述的拮抗肌峰力矩比是主動肌與拮抗肌兩肌群峰力矩的比值，反映了手指用力過程中兩組肌群之間的肌力平衡情況；所述的50%做功量衰減試驗是用重復(fù)次數(shù)的多少作為耐力指標(biāo)，即測定力量下降到初始力量50%時的次數(shù)，反映了肌肉抗疲勞的能力。本發(fā)明的具體實施步驟如下I、令患者手持測力計坐于顯示屏前，顯示屏上顯示有游戲界面。2、游戲分為推球及推盒子，球可以上下運動，盒子可以左右運動，訓(xùn)練前為患者設(shè)定好運動方式，即是向上、向下、向左或向右運動a、選擇向上運動為患者選擇向上運動時,如圖8或圖11所示游戲界面上將顯示球位于界面的下方，患者施力時,球向上運動；b、選擇向下運動為患者選擇向下運動時，如圖10所示游戲界面上將顯示球位于界面的上方，患者施力時，球向下運動；C、選擇向左運動為患者選擇向左運動時，如圖13所示游戲界面上將顯示盒子位于界面的右方，患者施力時，盒子向左運動；d、選擇向右運動為患者選擇向右運動時,如圖12所示游戲界面上將顯示盒子位于界面的左方,患者施力時，盒子向右運動。3、根據(jù)患者的實際情況為其選擇不同難度的訓(xùn)練，游戲難度越大推動球(盒子)移動單位距離需要的力越大。4、開始訓(xùn)練，患者手指對虛擬球(或盒子)施力，傳感器采集到患者所施力，由藍牙傳輸?shù)接嬎銠C，經(jīng)過處理后屏幕上的球(或盒子)根據(jù)患者施力大小移動相應(yīng)的位移。當(dāng)患者將球(或盒子)推到一定高度或位置時，有聲音的反饋“非常好”、“做的不錯”，鼓勵患者繼續(xù)努力，從而使訓(xùn)練進入良性循環(huán)；5、訓(xùn)練兩分鐘為一階段，一階段結(jié)束后，系統(tǒng)將生成報告，以得到各項力學(xué)參數(shù)的測試結(jié)果，所述動力學(xué)參數(shù)包括峰力矩、峰力矩體重比、平均力矩、拮抗肌峰力矩比、最大單次做功量、最大單次做功量體重比、平均功率、力矩加速能、50%做功量衰減試驗。下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細(xì)說明。本發(fā)明的基于虛擬環(huán)境的肌力功能訓(xùn)練方法的流程圖如圖I所示，訓(xùn)練前由醫(yī)生為患者選擇訓(xùn)練方式及訓(xùn)練難度，患者根據(jù)所選方式施力，測力計中的傳感器采集力的信號，信號經(jīng)放大模塊放大后由A/D轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，再由藍牙傳輸系統(tǒng)傳輸給計算機進行處理，計算機根據(jù)處理結(jié)果給出相應(yīng)的視聽反饋，患者視聽系統(tǒng)接收反饋，對肌肉用力實施控制，從而調(diào)整施力。視覺反饋流程圖如圖2所示，訓(xùn)練前由醫(yī)生為患者選擇訓(xùn)練方式及訓(xùn)練難度，患者根據(jù)所選方式施力，測力計采集并處理信息后，信息傳送至計算機，計算機對信息進行處理，根據(jù)處理結(jié)果計算機顯示屏上顯示視覺反饋，患者視覺系統(tǒng)采集信號并傳遞給大腦，大腦分析信息并控制肌肉施力。聽覺反饋流程圖如圖3所示，醫(yī)生為患者選擇訓(xùn)練方式及訓(xùn)練難度，患者根據(jù)所選方式施力，測力計采集并處理信息后，信息傳送至計算機，計算機對信息進行處理后給出聽覺反饋，患者聽覺系統(tǒng)采集信息傳遞給大腦，根據(jù)信息大腦控制肌肉施力。選擇上下運動時患者的反饋流程圖如圖4所示，醫(yī)生為患者選擇上下運動，并選擇訓(xùn)練難度，患者按照要求上下施力 ，測力計采集并處理信息后，信息傳送至計算機，計算機對信息進行處理，計算機根據(jù)處理結(jié)果給出相應(yīng)的視聽反饋，反饋刺激患者的視聽系統(tǒng)，患者大腦對反饋信息進行分析，根據(jù)分析結(jié)果控制肌肉施力。選擇上下運動時醫(yī)生的反饋流程圖如圖5所示，醫(yī)生為患者選擇上下運動，并選擇訓(xùn)練難度，患者按照要求上下施力，測力計采集并處理信息后，信息傳送至計算機，計算機對信息進行處理，計算機根據(jù)處理結(jié)果給出相應(yīng)的視聽反饋，醫(yī)生的試聽系統(tǒng)接收到反饋信息，醫(yī)生大腦對患者信息進行分析，在下次的訓(xùn)練中根據(jù)信息為患者選擇最佳的訓(xùn)練方式及難度。選擇左右運動時患者的反饋流程圖如圖6所示，醫(yī)生為患者選擇左右運動，并選擇訓(xùn)練難度，患者按照要求左右施力，測力計采集并處理信息后，信息傳送至計算機，計算機對信息進行處理，計算機根據(jù)處理結(jié)果給出相應(yīng)的視聽反饋，反饋刺激患者的視聽系統(tǒng)，患者大腦對反饋信息進行分析，根據(jù)分析結(jié)果控制肌肉施力。選擇左右運動時醫(yī)生的反饋流程圖如圖7所示，醫(yī)生為患者選擇上下運動，并選擇訓(xùn)練難度，患者按照要求上下施力，測力計采集并處理信息后，信息傳送至計算機，計算機對信息進行處理，計算機根據(jù)處理結(jié)果給出相應(yīng)的視聽反饋，醫(yī)生的試聽系統(tǒng)接收到反饋信息，醫(yī)生大腦對患者信息進行分析，在下次的訓(xùn)練中根據(jù)信息為患者選擇最佳的訓(xùn)練方式及難度。球上下運動時的訓(xùn)練界面如圖8所示，為患者選擇上下運動時，游戲界面上將顯示球，患者施力時，球可以上下運動。球左右運動時的訓(xùn)練界面如圖9所示，為患者選擇左右運動時，游戲界面上將顯示盒子，患者施力時，盒子可以左右運動。選擇向下運動時的初始界面如圖10所示，為患者選擇向下運動時，游戲的初始界面中球位于界面的上方，患者施力時，球可以向下運動。選擇向上運動時的初始界面如圖11所示,為患者選擇向上運動時,游戲的初始界面中球位于界面的下方，患者施力時，球可以向上運動。選擇向右運動時的初始界面如圖12所示，為患者選擇向右運動時，游戲的初始界面中盒子位于界面的左方，患者施力時，盒子可以向右運動選擇向左運動時的初始界面如圖13所示，為患者選擇向左運動時，游戲的初始界面中盒子位于界面的右方，患者施力時，盒子可以向左運動。
權(quán)利要求
1.一種基于虛擬環(huán)境的肌力功能訓(xùn)練方法，其特征在于通過一套肌力功能訓(xùn)練系統(tǒng)實現(xiàn)，該系統(tǒng)包括測力計、計算機和顯示屏；測力計內(nèi)設(shè)有傳感器、放大模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊和發(fā)送模塊；計算機內(nèi)設(shè)有接受模塊及信息處理模塊；患者對測力計施力，傳感器采集到施力信號經(jīng)放大模塊放大和A/D轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后由發(fā)送模塊發(fā)送給計算機，計算機的接受模塊接受到信號后，傳輸給信息處理模塊對信息進行分析和處理，將信息轉(zhuǎn)換成虛擬物體的運動顯示在顯示屏上，并給出相應(yīng)的聽覺反饋，顯示屏上顯示有游戲界面。
2.如權(quán)利要求I所述的基于虛擬環(huán)境的肌力功能訓(xùn)練方法，其特征在于所述的虛擬物體包括可以左右運動的盒子和可以上下運動的球，所述的游戲界面上設(shè)有向上運動、向下運動、向左運動和向右運動四種供選擇的運動方式。
3.如權(quán)利要求I所述的基于虛擬環(huán)境的肌力功能訓(xùn)練方法，其特征在于所述的訓(xùn)練 分階段進行，一個階段結(jié)束后，系統(tǒng)將生成報告，得到各項力學(xué)參數(shù)的測試結(jié)果，所述力學(xué)參數(shù)包括峰力矩、峰力矩體重比、平均力矩、拮抗肌峰力矩比、最大單次做功量、最大單次做功量體重比、平均功率、力矩加速能和50 %做功量衰減試驗。
4.如權(quán)利要求3所述的基于虛擬環(huán)境的肌力功能訓(xùn)練方法，其特征在于所述的峰力矩是指手指用力過程中肌肉收縮產(chǎn)生的最大力矩輸出，反映了肌力的大小；所述的拮抗肌峰力矩比是主動肌與拮抗肌兩肌群峰力矩的比值，反映了手指用力過程中兩組肌群之間的肌力平衡情況；所述的50%做功量衰減試驗是用重復(fù)次數(shù)的多少作為耐力指標(biāo)，即測定力量下降到初始力量50%時的次數(shù)，反映了肌肉抗疲勞的能力。
5.如權(quán)利要求I所述的基于虛擬環(huán)境的肌力功能訓(xùn)練方法，其特征在于具體包括以下步驟 a、患者手持測力計坐于顯示屏前，目視顯示屏上的游戲界面； b、在游戲界面上為患者設(shè)定好運動方式，即是向上運動、向下運動、向左運動還是向右運動； C、根據(jù)患者的實際情況為其選擇訓(xùn)練的難度等級，游戲難度越大推動虛擬物體移動單位距離需要做功越多； d、開始訓(xùn)練，患者肢體對測力計施力，傳感器采集到患者所施力，傳輸?shù)接嬎銠C，計算機經(jīng)過處理后將力轉(zhuǎn)換成虛擬物體的運動，當(dāng)虛擬物體的運動距離達到一定值時，會有聲音的反饋“非常好”、“做的不錯”，鼓勵患者繼續(xù)努力，從而使訓(xùn)練進入良性循環(huán)； e、訓(xùn)練結(jié)束后，系統(tǒng)生成報告，得到各項力學(xué)參數(shù)的測試結(jié)果，所述力學(xué)參數(shù)包括峰力矩、峰力矩體重比、平均力矩、拮抗肌峰力矩比、最大單次做功量、最大單次做功量體重比、平均功率、力矩加速能和50%做功量衰減試驗。
全文摘要
一種基于虛擬環(huán)境的肌力功能訓(xùn)練方法，通過一套肌力功能訓(xùn)練系統(tǒng)實現(xiàn)，該系統(tǒng)包括測力計、計算機和顯示屏；測力計內(nèi)設(shè)有傳感器、放大模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊和發(fā)送模塊；計算機內(nèi)設(shè)有接受模塊及信息處理模塊；患者對測力計施力，傳感器采集到施力信號經(jīng)放大模塊放大和A/D轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后由發(fā)送模塊發(fā)送給計算機，計算機的接受模塊接受到信號后，傳輸給信息處理模塊對信息進行分析和處理，將信息轉(zhuǎn)換成虛擬物體的運動顯示在顯示屏上，并給出相應(yīng)的聽覺反饋，顯示屏上顯示有游戲界面。本發(fā)明的基于虛擬環(huán)境的肌力功能訓(xùn)練方法通過游戲的方式達到訓(xùn)練的效果，可以增加訓(xùn)練的趣味性，提高患者的訓(xùn)練熱情與自主性，有利于提高患者的訓(xùn)練效果。
文檔編號A63F13/00GK102641578SQ20111004030
公開日2012年8月22日 申請日期2011年2月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月18日
發(fā)明者嚴(yán)榮國, 徐秀林, 李放, 蔣奇永, 郭旭東 申請人:上海理工大學(xué)