减重式手脚协调趣味训练方法

专利名称：减重式手脚协调趣味训练方法
技术领域：
本发明涉及一种下肢平衡功能障碍患者的康复训练方法，尤其涉及一种减重式手 脚协调趣味训练方法。
背景技术：
据统计，我国脑血管病、帕金森病、颅脑外伤、脊髓损伤年发病率在逐年增加。这些 疾病和损伤会造成平衡功能障碍，乃至残疾。以目前存活的320 400万脑血管病重残患 者为例，平衡功能障碍是主要致残因素之一。多个循证医学证据表明，平衡功能练习是改善 功能障碍的重要方式。对于平衡功能障碍患者来说，运动协调能力训练可以改善神经系统募集运动单位 的机能能力，改善对抗肌之间及肌纤维之间的协调关系，提高肌肉收缩力量的效能，有利于 获得更高的训练效应，完成一定的操作技能。运动协调能力包括手-脚之间的协调能力。人 体在利用手脚进行有目的的相关操作过程中，手、脚动作与目测的信息进行匹配，匹配的准 确性、敏捷性、连贯性极大地依赖于人的协调能力，因此手脚协调能力训练意义重大。国内外平衡训练系统发展多年，下肢康复产品品种繁多，如=Ultracare和Biodex 平衡测试训练系统，但不足之处是训练功能单一，尤其缺乏手脚协调训练功能。目前康复功能训练产品的第二大缺点是训练趣味性不够，缺乏视觉、听觉反馈系 统，造成患者和康复仪器之间互动困难，容易使患者对长期的重复简单动作产生厌烦和抵 触情绪，无法激发患者训练的兴趣，影响康复进程。目前康复训练产品的第三大缺点是减重方式不合理，主要使用悬吊设备进行减重 训练。悬吊设备使用悬吊带向上牵引患者体重，需束缚患者躯干部，操作较繁琐，且易带来 患者不适，若要患者控制重心移动，尤为困难。

发明内容
本发明的目的，就是为了解决上述问题，提供一种减重式手脚协调趣味训练方法。为了达到上述目的，本发明在软硬件方面采用了以下技术方案设计一套减重式 手脚协调趣味训练装置和趣味训练软件。装置包括训练床、手动控制装置、控制箱、主控计 算机、患者用显示装置和主显示屏；训练床包括床座、床架和床板，床架安装在床座上并与床座可转动相连，在床架的 前端连接有左、右脚踏板组件，在左右脚踏板组件上分别设有左右足底压力传感装置，床架 一侧设有手动控制装置，在床架与床座之间设有床板角度调节机构，该床板角度调节机构 包含一台直线步进电机；控制箱内设有传感装置接口电路、手动控制装置信号处理电路和电机驱动模块。 传感装置接口电路与左右足底压力传感装置电信号相连，手动控制装置信号处理电路和手 动控制装置信号相连，电机驱动模块与床板角度调节机构中的直线步进电机电信号相连。 主控计算机设置在操作台上，主控计算机内设有数据采集模块和运动控制模块，数据采集模块与控制箱中的传感装置接口电路电信号相连，运动控制模块与控制箱中的电机驱动模 块电信号相连；主控计算机的串口与控制箱中的手动控制装置信号处理电路电信号相连。 患者用显示装置活动设置在训练床的旁边并与主控计算机电信号相连。主显示屏设置在操 作台上并与主控计算机电信号相连。所述的左、右脚踏板组件结构对称相同，各包括脚踏板支架、脚前端缓冲器、脚后 跟导向轴和脚踏板；脚踏板支架与床架固定相连；脚前端缓冲器和脚后跟导向轴分别连接 在脚踏板与脚踏板支架之间；在脚踏板周围设有足底压力传感装置，足底压力传感装置与 控制箱内的传感装置接口电路电信号相连。足底压力传感装置由贴有四根应变片的悬臂梁 组成，贴有四根应变片的悬臂梁插装在由脚踏板、脚踏板支架、脚前端缓冲器和脚后跟导向 轴组成的脚底受力部件内。所述的手动控制装置还包括固定支架、横杆、水平连杆、竖直连杆和支撑底座，固 定支架固定安装在床架的一侧，横杆活动套装在固定支架上可以上下升降和水平转动，水 平连杆与横杆套接相连可以水平伸缩，竖直连杆与水平连杆活动相连可以绕水平连杆沿竖 直方向转动，支撑底座与竖直连杆固定相连，所述的游戏操作柄安装在支撑底座上，在支撑 底座上还安装有游戏开始按键和游戏结束按键，游戏开始按键和游戏结束按键分别与控制 箱电信相连，并通过串口线连接到主控计算机。所述的训练床的床座上安装有多个万向调节脚轮，并相应设有多个用于调节脚轮 上下伸缩的调节机构。所述的训练床包括床板角度显示器，该床板角度显示器安装在床架上随床架一起 移动。减重式手脚协调康复趣味训练软件是一套打飞机游戏软件，软件包含功能训练模 块，功能训练模块包含测试查看模块。功能训练模块提供不同难度的虚拟现实的打飞机游 戏过程，测试查看模块专供医生查看和分析在游戏过程中左右脚对左右脚踏板的压力平均 值和各项静态姿势图参数。在趣味康复训练过程中，患者手脚并用进行击中敌机、躲避子弹 等相关操作，实现手、脚动作与目测的信息进行匹配。本发明减重式手脚协调康复趣味训练软件由主控计算机实现中心控制，由两个显 示屏进行显示。其中主显示屏放置在操作台上，供医护人员使用。患者用显示屏位于患者 训练时的前方，便于患者观察趣味训练图像和训练过程。所述的减重式手脚协调趣味训练方法包括以下步骤a、让患者倾斜躺在训练床上，并让其左右脚分别踩在左右脚踏板上，使左右脚踏 板处于同一水平面上；b、根据患者的实际情况确定所需的减重重量，并通过调节训练床的倾斜角度以实 现该减重重量；C、让计算机进入功能训练模块的打飞机游戏软件，设定合适的游戏时间，让患者 根据我方战机的位置(人体重心投影)，实时调节双下肢用力中心位置，控制我方战机上下 左右方向移动，在合适位置歼灭敌机并躲避敌机的炮弹及避免与敌机相撞，同时用手控制 游戏操作柄选择武器类型并发射炮弹，打击敌机，训练成绩以击落敌机架数和拥有生命点 数评定。d、患者游戏过程中的重心投影的获取过程一般人体重心(center ofgratitude, COG)在第二骶骨前，重心投影指的是人体重心在脚踏板范围内的投影，又由于 人体处于站立平衡游戏过程中侧向力很小，因此人体重心投影位置测试原理就可以简化 为χ = (Fa+Fb-Fc-Fd) · L/Gy = (Fb+Fd-Fa-Fc) · M/G式中，L为四个足底压力传感装置的中心点在X轴上到传感装置的距离，M为四个 足底压力传感装置的中心点在Y轴上到传感装置的距离，G为减重后的患者人体的重量，F a>F b,F c,F D分别为四个足底压力传感装置的读数；所述的正常重心投影零位即四个足底 压力传感装置的中心点。e、患者游戏过程中的手部游戏信号的获取过程手动控制装置包含游戏操作柄和 两个按键，游戏操作柄用于选择并发射机关炮、导弹和散弹枪三种武器，两个按键分别控制 游戏开始、游戏结束。这些选择信号，通过信号线连到控制箱，经过手动控制装置信号处理 电路和接口电路模块，将手动操作柄等信号经串口连接线实时送主控计算机，患者所选择 武器类型和两个按键状态在界面上同步显示，便于医生观察了解。手脚协调打飞机趣味训练方法的具体设计过程是a、下肢训练活动点设计方法重心投影设定为一个活动点，活动点以我方战机图 片显示，初始位置在图像底部的中心，调节双脚用力，使重心投影上下左右移动，实现我方 战机位置在屏幕图象中实时移动，尽量躲避敌机的子弹和与敌机相撞，进行游戏。b、游戏难度设计方法游戏难度分为低级、中级和高级，难度等级由敌机的生成速 度和下降速度决定，同一种敌机设定有三种速度高速、低速和中速，下降速度越快，敌机发 射的炮弹越多，难度越大。在相同的难度级别中，小型白色、中型红白色、大型红色三种敌机 的下降速度都不一样，每一种敌机的下降速度通过程序预先设定。设定敌机生成速度，生成 速度越快，游戏难度越大。敌机生成的初始位置是随机的，每一种敌机预设好对应的快、中、 慢三种生成速度。C、手部动作设计方法游戏操作柄上设计三种武器选择挡位机关炮、导弹和散 弹枪，机关炮集中发射、导弹略微散射，散弹枪向前方分散发射，通过患者推动游戏操作柄 至相关武器选择挡位，完成游戏武器类型选择、按下游戏操作柄进行武器发射操作，每按一 次，发射该武器一次，长时间按下，按一定时间间隔，连续发射。游戏过程中，可以随时更换 选择的武器，以增加游戏的灵活性和趣味性。d、手部动作与下肢运动协调设计方法在趣味康复训练过程中，患者利用手脚并 用的方法，实时调节双下肢用力中心位置，控制我方战机上下左右方向移动，用手控制游戏 操作柄选择武器类型并发射炮弹，进行击中敌机、躲避子弹等相关操作，使患者在训练下肢 平衡的同时合理地训练了患者的手脚协调能力，实现手、脚动作与目测的信息相匹配。e、游戏成绩综合评定设计方法游戏成绩内容包括我方飞机的生命值，击落敌机 数，玩家获得的分数和玩家等级，其中玩家获得的分数根据歼灭和击伤敌机数量累积计算， 玩家等级由玩家获得分数与我方战机丢失的生命值的比值确定的游戏得失系数综合评定， 根据玩家等级，打飞机趣味训练软件自动设定低、中、高级游戏难度。f、循序渐进游戏难度自动升级训练设计方法游戏综合评定1-10级玩家等级，再 根据玩家等级为3级以下时，自动将游戏难度设为低级，玩家等级为3-6级时，自动将游戏难度设为中级，玩家等级为7-10级时，自动将游戏难度设为高级的方法，逐渐加大难度，循 序渐进，实现患者逐渐康复训练的要求。g、测试结果查看功能实现过程测试结果查看功能以柱状图形式显示左右脚对左 右脚踏板的压力平均值和各项静态姿势图参数，专供医生查看分析额状面摆动频率、平均 重心、额状面最大摆幅、额状面平均摆幅、重心移动轨迹总长度、重心移动轨迹总面积和额 状面侧方摆速等参数。h、游戏的多种听觉效果设计方法打飞机游戏有多种声音配有连续的武器发射 声、歼灭敌机时的爆炸声、我方战机与敌机相撞时激烈响亮的轰鸣声、躲避敌机炮弹时的提 示音，各种声音的制作合成，增强了听觉反馈效果。i、游戏的多种视觉效果设计方法打飞机游戏有多种图片，配有我方战机图片、三 种敌机图片、我方战机发射的三种武器的图片、敌机发射的炮弹图片、敌机中弹时的受伤图 片、敌机中弹时的爆炸图片、我方战机和敌机相撞时激烈爆炸图片和背景图片，各种图片在 软件需要时进行调用，增强了视觉反馈效果。本发明减重式手脚协调趣味训练方法具有以下特点1、本发明中的手动控制装置具有折叠收放功能，通过转动横杆等机构实现，方便 患者上下床。同时该手动装置具有左右、前后、上下位置调节功能以适合身高及臂长不同的 各种患者。2、本发明中的手动控制装置一端固定在训练床的一侧，另一端位于患者前方，便 于患者用手操作。手动控制装置包含手动游戏操作柄和两个按键及相关接口电路，通过患 者推动游戏操作柄至相关武器选择挡位，完成游戏武器类型选择、按下游戏操作柄进行武 器发射操作，同时生成相关控制信号，实时发送到主控计算机，参与游戏过程。两个按键分 别完成游戏开始和游戏结束动作，方便患者控制，游戏开始和游戏结束也可由主控计算机 控制。3、游戏中患者根据敌机和敌机发射炮弹的方位来控制双下肢的用力大小和和移 动方向，同时推动游戏操作柄至相关的武器选择挡位，选择武器类型并发射炮弹，努力歼灭 敌机，移动我方战机位置以躲避敌机的炮弹，还要尽量避免与敌机相撞，减少我方战机损失 数量。患者主动控制左右下肢的用力，调节人体重心在游戏中的位置，手脚协调并用，尽可能 击中敌机，同时维持站立平衡，在训练下肢平衡的同时合理地训练了患者的手脚协调能力。4、游戏综合评定1-10级玩家等级，再根据玩家等级为3级以下时，自动将游戏难 度设为低级，玩家等级为3-6级时，自动将游戏难度设为中级，玩家等级为7-10级时，自动 将游戏难度设为高级的方法，逐渐加大难度，循序渐进，实现患者逐渐康复训练的要求。5、本发明的装置中设有背部支撑减重方式，实现了患者训练强度可调。6、本发明的游戏综合手脚协调、视觉、听觉融合的训练效果，提高患者康复训练趣 味性和真实性。7、本发明综合打飞机游戏测试结果，可供医生查看和分析在打飞机游戏过程中左 右脚对左右脚踏板的压力平均值和各项静态姿势图参数。


图1是本发明所采用的减重式手脚协调趣味训练装置的整体结构示意图2是手动控制装置示意图；图3是游戏操作手柄组件示意图；图4是足底压力传感装置放置位置示意图；图5是床身倾斜模块程序流程图；图6a、mK6C、6d和6e是开始游戏模块程序流程图；图7是结束游戏模块程序流程图；图8是录入成绩模块程序流程图；图9是测试查看模块程序流程图；图10是病人信息界面；图11是功能训练-趣味游戏项目选择界面；图12是机关炮打飞机游戏训练界面；图13是导弹打飞机游戏训练界面；图14是散弹枪打飞机游戏训练界面；图15是打飞机游戏测试查看结果界面。
具体实施例方式参见图1，配合参见图2、图3、图4，本发明中的减重式手脚协调趣味训练装置，包 括训练床1、控制箱2、主控计算机3、患者用显示装置4、主显示屏5和手动控制装置16。控 制箱2安装在训练床的床座11上，主控计算机3设置在操作台(操作台未图示出来)上， 患者用显示装置4活动设置在训练床的旁边并与主控计算机电信号相连，主显示屏5设置 在操作台上并与主控计算机电信号相连。训练床1包括床座11、床架12和床板13，床架12安装在床座11上，与床座11通 过转轴6可转动相连，并通过两顶杆9 (分别设置在两侧)支撑在床座11上方。床板13固 定在床架12上，在床架12的前端连接有左、右脚踏板组件14，手动控制装置16连接在训练 床上。在床架12与床座11之间设有床板角度调节机构15，该床板角度调节机构包含一台 直线步进电机。在训练床的床座11上安装有多个万向调节脚轮111，并相应设有多个用于 调节脚轮上下伸缩的调节机构112。在床架12上还安装有床板角度显示器8，床板角度显 示器8随床架12 —起移动用于显示床架12及床板13倾斜的角度。左、右脚踏板组件14结构对称相同，各包括脚踏板支架141、脚前端缓冲器142、脚 后跟导向轴143和脚踏板144。脚踏板支架141与床架12固定相连；脚前端缓冲器142和 脚后跟导向轴143分别连接在脚踏板144与脚踏板支架141之间。在脚踏板144周围设有 足底压力传感装置，该足底压力传感装置由贴有四根应变片的悬臂梁组成，贴有四根应变 片的悬臂梁插装在由脚踏板、脚踏板支架、脚前端缓冲器和脚后跟导向轴组成的脚底受力 部件内，并分别与控制箱2内的传感装置接口电路电信号相连，使左右脚对脚踏板的压力 大小，由装在脚踏板上的压力传感装置导入计算机。足底压力传感装置的安装位置如图4 所示，Fa、Fb, Fc、Fd分别表示四个足底压力传感装置的安装位置的受力，0为四个足底压力 传感装置的中心点，将正常人静止不动时重心投影作为传感装置的中心点0，然后放置相应 的四个足底压力传感装置(正常重心投影零位与四个足底压力传感装置的中心点重合)。L 为四个足底压力传感装置的中心点在X轴上到传感装置的距离，M为四个足底压力传感装置的中心点在Y轴上到传感装置的距离。控制箱2安装在训练床的床座11上，控制箱内设有传感装置接口电路、手动控制 装置信号处理电路、电机驱动模块和电源模块(未图示出来)，电源模块分别为传感装置 接口电路和电机驱动模块提供电源；传感装置接口电路与左右足底压力传感装置电信号相 连，手动控制装置信号处理电路和手动操作柄等信号相连，电机驱动模块与床板角度调节 机构中的直线步进电机电信号相连。主控计算机3设置在操作台(操作台未图示出来)上，主控计算机内设有数据采 集模块、运动控制模块(未图示出来)、功能训练模块。数据采集模块与控制箱中的足底压 力传感装置接口电路电信号相连，主控计算机的串口与控制箱中手动控制装置处理电路相 连。运动控制模块与控制箱中的电机驱动模块电信号相连，功能训练模块与主显示屏5电 信号相连。患者用显示装置4活动设置在训练床1的旁边并与主控计算机3电信号相连，该 患者用显示装置4包括移动小车41、安装在移动小车上的支架42和安装在支架上的显示屏 43，显示屏与支架活动连接，显示屏的高度和角度可以调节。主显示屏5设置在操作台上并与主控计算机3电信号相连。手动控制装置16固定在训练床上，折叠放置在训练床架的一侧，需要时可伸展至 患者前方，便于患者用手操作。手动控制装置包含手动游戏操作柄和两个按键及相关接口 电路，通过患者推动游戏操作柄至相关武器选择挡位，完成游戏武器类型选择、按下游戏操 作柄进行武器发射操作，同时生成相关控制信号，实时发送到主控计算机，参与游戏过程。 两个按键分别完成游戏开始和游戏结束动作，方便患者控制，游戏开始和游戏结束也可由 主控计算机控制。该手动控制装置16分为5个模块固定架161、转动横杆162、水平杆163、竖直杆 164和终端机构165。固定架161用于固定手动控制装置，包含与床连接的固定块1611及 向上竖起的直杆1612;转动横杆162用于调节游戏柄的上下高度，包含中空横杆1621、上下 套筒1622、高度固定螺栓1623及左右长度固定螺栓1624、出线引导孔1625 ；水平杆163用 于调节游戏柄的左右水平位置，包含进线孔1631、出线孔1632、竖直杆转动角度固定螺栓 1633 ；竖直杆164用于调节游戏柄的左右倾斜角度，包含进线孔1641、出线孔1642、定位台 阶1643 ；终端机构165用于安装固定游戏柄、安装游戏开始及结束按钮，并调节游戏柄的前 后倾斜角度，包含底座1651、套筒1652、底座倾角调节螺栓1653、游戏操作手柄1654、游戏 开始按钮1655和游戏结束按钮1656。该手动控制装置的5个模块顺序连接，最终游戏操作柄的采用如下的顺序被予以 固定终端机构165上的游戏操作柄16M固定在底座1651上，终端机构165通过其上的套 筒1652固定到竖直杆164的终端上，164的另一端通过旋紧螺栓1632套入水平杆163内。 水平杆163又被套入中空的转动横杆162内，通过旋紧螺栓16M固定。转动横杆162通过 其上的上下套筒1622套入固定架161的竖起直杆1612上并由螺栓1623锁定。固定架161 通过其上的固定块1611经螺栓固定在床架12上，位置在床的中间，左侧或右侧均可。该手动控制装置具有折叠收放功能，可方便患者上下床。通过拧松螺栓1623转动 162使该结构移离床面的位置，后由螺栓1623锁紧固定。该手动控制装置中的游戏操作柄具有左右、前后、上下位置调节功能，适合身高及臂长不同的各种患者。游戏操作柄左右调节调节通过松掉螺栓1624，拉出或推进163到合 适位置，再次旋紧16M即可实现。游戏操作柄前后调节通过松掉螺栓1623，旋转162到合 适的位置并旋紧，然后松掉螺栓1632向反方向转动适当角度即可。游戏操作柄上下调节通 过松掉螺栓1623，上下移动162到合适高度，再次旋紧螺栓1623即可。该手动控制装置中的游戏操作柄16M具有全方位角度调节功能，游戏操作柄的 前后仰角调节通过松掉螺栓1653，旋转游戏操作柄16M的底座1651到合适前后角度，锁紧 螺栓1653实现。游戏操作柄的左右仰角通过松掉螺栓1632，旋转竖直杆164到合适角度， 再次锁紧螺栓1632实现。该手动控制装置中的游戏操作柄的信号线通过中空的竖直杆164的下入口 1641 进入，信号线经由竖直杆164的出口 1642进入中空的水平杆163的入口 1631中，再经由水 平杆163的出口 1632进入转动横杆162中，经由转动横杆162的出口 1625进入床下的控 制箱。本发明的减重式手脚协调趣味训练方法，通过上述减重式手脚协调趣味训练装置 进行。该方法在背部支撑减重辅助下，提供游戏、视觉、听觉反馈、手脚并用互动训练平台， 使患者在康复训练的同时轻轻松松玩游戏，有利于分散患者注意力，减少患者的训练枯燥 感，接受长期的训练，达到促进患者康复的目的。具体使用方法是a、患者倾斜躺在床上紧靠床板，并让其左右脚分别踩在左右脚踏板上，保持左右 脚踏板在同一水平面上。b、根据患者的实际情况由医生设定并输入床的倾斜角度，来实现不同程度的减 重，安装在床架上的床板角度显示器随床架一起移动，角度越小，减重程度越大。C、进入病人信息界面如图10所示，新建、修改或读取病人信息，如训练日期、病人 编号、姓名、性别、年龄和体重，以及患者刚入院时的病征——左瘫还是右瘫信息；使用时须 注意必须选中需要训练的患者，否则功能训练模块将无法执行，同时，系统将会提示选中需 要训练的患者。d、从计算机中调出功能训练-趣味游戏选择界面，图11所示为输入减重角度75 度的“打飞机”趣味游戏选择界面，该界面上自动显示编号和姓名，白色底版编辑框的内容 自动生成不可更改。点击“开始训练”按钮，计算机自动将训练床调整到所设减重角度，同 时进入打飞机游戏训练界面。e、打飞机游戏训练界面如图12所示，左侧设有打飞机游戏画面，画面底部设有能 实时显示患者重心位置的我方战机，红色、白色、红白色三种敌机从画面顶部向下飞行，界 面右侧顺序设有“游戏难度”、“武器选择”、“游戏时间”、“游戏成绩”栏目和时间滑动条，右 侧下方设有“开始游戏”、“结束游戏”、“录入成绩”、“测试查看”和“返回”按钮；游戏难度分 为低级、中级和高级，级别越高，敌机的飞行速度越快，敌机发射的炮弹也越多。“游戏时间” 由医生根据患者实际情况，输入合适的游戏训练时间。f、在游戏开始前，先根据患者以前打飞机游戏的玩家等级记录自动给出游戏难 度，对初次打飞机游戏训练或以前玩家等级为3级以下的患者，游戏难度自动设为低级，对 以前玩家等级为3-6级内的患者，游戏难度自动设为中级；对以前玩家等级为7-10级内的 患者，游戏难度自动设为高级。点击“开始游戏”按钮开始游戏，患者根据敌机和敌机发射炮弹的方位来控制双下肢重心投影位置和移动方向，同时推动游戏操作柄至相关的武器选择挡位，选择一种武器 作为我方战机的发射武器，按下游戏操作柄发射该武器，努力歼灭敌机，游戏过程中，可以 随时更换选择的武器，便于更快、更准、更狠歼灭敌机，同时移动我方战机位置以躲避敌机 的炮弹，还要尽量避免与敌机相撞，减少我方战机损失数量。“游戏成绩”里实时显示我方战机拥有生命数、击落敌机数、获得分数，并综合评定 玩家等级，根据获得分数与我方战机丢失的生命值指标，综合评定1-10级玩家等级。各种 游戏成绩实时显示和玩家等级的综合评定，有利于激励患者加快移动重心的速度，加强手 脚协调控制能力，提高灵敏度。图12为我方战机发射机关炮打击敌机的游戏场面，机关炮垂直集中发射，图13为 我方战机发射导弹打击敌机的游戏场面，导弹会根据我方战机的飞行方向略微散射，以适 当减少我方战机的移动距离，图14为我方战机发射散弹枪打击敌机的游戏场面，散弹枪以 不同角度间隔向前方分散发射，可大大减少我方战机的移动距离。打飞机游戏配有刺激有趣的声音效果和各种图片显示，当敌机飞来时，会听到飞 行声，画面上同时出现发射子弹的各种敌机向下飞行；当我方战机发射武器时，会听到激烈 的发射子弹声，画面上同时看到我方战机发射的武器；当我方战机击落敌机时，会听到真实 的爆炸声和爆炸场面，当敌机与我方战机相撞时，画面上同时出现的刺激响亮的爆炸声和 爆炸场面。g、当点击“游戏结束”按钮时，游戏结束，界面上显示尚存的生命点数、击落敌机的 架数、获得的分数以及玩家等级。h、在游戏结束时，可以点击“录入成绩”按钮，存储病人信息和训练结果数据并为 下次再进行打飞机游戏训练提供记录和难度选择依据；此时，如果进入报告模块，可以看到 生成的报告，如果需要还可以以word格式打印报告。i、在游戏结束时，点击“测试查看”按钮可以进入打飞机游戏测试结果查看界面， 如图15所示，该界面专供医生查看和分析在打飞机游戏过程中左右脚对左右脚踏板的压 力平均值和各项静态姿势图参数。左半部分设有显示打飞机游戏时间内左右下肢平均压力 平均值的柱形图，每个柱形图的总高度对应90千克压力，并以每1千克进行了定标，可以比 较准确地读出左右下肢压力。右上角选定参数自动显示已经选定的减重角度和游戏时间； 右半部分中部显示额状面摆动频率、平均重心、额状面最大摆幅、额状面平均摆幅、重心移 动轨迹总长度、重心移动轨迹总面积和额状面侧方摆速各项静态姿势图参数；点击右下角 “录入报告”按钮可以根据医生需要将打飞机游戏的测试结果保存，点击“返回”按钮离开打 飞机游戏测试结果界面，回到打飞机游戏界面。j、在打飞机游戏界面里点击“返回”按钮，退出本轮游戏，结束本轮趣味训练或进 入下轮趣味训练。上述游戏可根据患者特点，综合评定1-10级玩家等级，再根据玩家等级为3级 以下时，自动将游戏难度设为低级，玩家等级为3-6级时，自动将游戏难度设为中级，玩家 等级为7-10级时，自动将游戏难度设为高级的方法，逐渐加大难度，循序渐进，实现患者逐 渐康复训练的要求；综合背部支撑减重方式，实现患者训练强度可调节；综合手脚协调、视 觉、听觉融合的训练效果，提高患者康复训练趣味性和真实性。减重式手脚协调趣味训练方法软件实现流程如下
首先读取病人信息病人编号、姓名和体重等；设置减重角度；再进行硬件检查 (检查压力传感装置是否正常工作，如不能正常工作则退出系统)。数据采集及数据存储模 块是基于数据采集装置设计的，采集装置提供库函数，根据库函数开发采集装置类，管理采 集装置的所有动作。1、打飞机游戏软件的实现流程打飞机游戏训练之前，首先输入减重角度并点击 “开始训练”按钮后，计算机自动执行床身倾斜模块程序流程，将训练床调整到所设倾斜角 度，然后按开始游戏模块程序流程图、结束游戏模块程序流程图、录入成绩模块程序流程 图、测试查看模块程序流程图顺序执行打飞机游戏训练。床身倾斜模块程序流程图如图5所示。本系统采用一个运动控制装置，控制装置的其中一轴(Z轴)对应控制床身倾斜的 电机，床身的升降是通过电机的正反转实现向上运动和向下运动。点击“进入测试”或“进 入训练”按钮，就进入床身倾斜程序流程，打开运动控制装置，设置电机运动速度。医生根 据病人的实际情况输入减重角度。判断当前床身角度与输入角度是否一致如果医生输入 的减重角度大于当前床身角度，计算床身需要上升的角度，把该角度转换为相应的脉冲数， 控制装置发出脉冲，电机正转一定脉冲数对应的角度，床身上升一定角度；若等于当前床身 角度，电机不转，床身不动；小于当前床身角度，计算床身需要下降的角度，控制装置发出脉 冲，电机反转向下运动一定脉冲数对应的角度，床身下降一定角度。检查运动控制装置中轴 的状态，若忙，表示电机还没旋转到位，继续检查；若闲，说明电机已经旋转完毕，停止电机 的运动，关闭运动控制装置。开始游戏模块程序流程图如图6a、m3、6C、6d和6e所示。图6a为数据采集及数据存储程序流程图，点击“开始游戏”按钮，激活“结束游 戏”、“测试查看”、“录入成绩”和“返回”按钮。如果该患者以前做过打飞机游戏，则其成绩 保存在游戏成绩文件中，打开游戏成绩文件，直接读取游戏成绩，如果该患者以前没有做过 打飞机游戏，则游戏成绩文件不存在，则设玩家获得分数为零。根据游戏得失系数(玩家获 得分数与我方战机丢失的生命值的比值)自动设定游戏难度游戏得失系数小于等于30， 游戏难度自动设为低级；游戏得失系数大于30小于等于60，游戏难度自动设为中级；游戏 得失系统大于60，游戏难度自动设为高级。配制串口控制手柄参数。判断游戏时间是否为 空，为空，提示“请输入游戏时间！ ”，并退出游戏；游戏时间由医生在打飞机游戏界面上输 入，不为空，根据游戏时间计算采样总数据，根据采样总数据，申请缓存区，判断缓存区是否 申请成功，若不成功就返回，并提示设备有问题；若成功，置文件保存标志为真，标志为真可 以保存数据文件，标志为假不可以保存数据文件。设定实际采样数据计数变量，并进行变量 初始化。判断病人文件目录是否存在，不存在则创建病人文件目录；存在就直接改变目录 到病人文件目录，以保证转到病人文件目录下保存数据文件，生成扩展名为.dat的文件， 形成病人数据文件完整名称。传递病人数据文件名和文件保存标志给采集装置类库，打开 数据采集装置，设置电压采样范围，配置4个采样通道，分别对应左、右下肢压力传感装置 组，设置采样数据保存地址，以写方式打开病人数据.dat文件。在屏幕上显示我方战机的 信息，根据游戏难度创建一个游戏管理对象，创建敌机，我方战机，敌机子弹，我方战机子弹 等。初始化滚动条，记录游戏开始时间点。设置采样时钟，每隔50ms调用一次流程图6b所 示采样模块程序。读取所有采样通道数据，分离采样通道数据，通过左右下肢四个传感装置控制飞机的上下左右运动。通道O的值为左脚尖压力值即Fa值；通道1的值为左脚脚跟压 力值即&值；通道2的值为右脚尖压力值即Fc值；通道3的值为右脚脚跟压力值即值， 如图4所示。当左脚压力之和大于右脚压力之和(即FA+h>Fc+ig时，控制我方战机向左 运动，反之，飞机向右运动；当脚尖压力之和大于脚跟压力之和(即Fa+Fd > Fc+Fb)时，控制 我方战机向上运动，反之，飞机向下运动。设置采样时钟，每隔50ms读取串口数据，获得手柄操作信息。信息包含武器选择 和发射操作，如检测到发射操作，执行流程图6c子弹发射；然后检测武器选择信息，如武器 选择发生改变，执行流程图6c武器改变操作，如无改变，维持原武器不变。每隔50ms调用图6d流程，更新游戏对象，清空屏幕，检查敌机与我方战机的碰撞 情况如果我方战机与敌机相撞，发出敌机爆炸的声音，击落敌机数加1，我方战机生命值 减1 ；检查敌机与我方战机子弹的碰撞情况，子弹击中敌机，发出击中敌机的声音，敌机受 创伤，丢失一定生命值，当生命值为零敌机死亡，发出敌机爆炸的声音，击落敌机数加1 ；检 查敌机子弹与我方战机的碰撞，如果我方战机被敌机子弹击中，发出我方战机被击中的声 音，我方战机生命值减1 ；我方战机生命值为21点，当生命值为零时我方战机死亡，发出我 方战机爆炸的声音，重新生成我方战机，再次给予21点生命值。在打飞机游戏过程中，实时 统计我方战机丢失的生命值，实时刷新显示我方战机尚存的生命值，击落敌机数，玩家获得 的分数和玩家等级。判断游戏时间是否到，时间到调用图7所示的结束游戏模块程序结束游戏，时间 未到实时更新滚动条，调用图6e所示更新玩家等级模块程序实时更新玩家等级。根据玩家 获得分数与我方战机丢失的生命值的比值确定的游戏得失系数，根据游戏得失系数更新玩 家等级游戏得失系数小于等于10时，玩家等级为1级，游戏得失系数大于10小于等于20 时，玩家等级为2级，得失系数大于20小于等于30时，玩家等级为3级，依此类推，当得失 系数大于90时，玩家等级均为10级；将当前玩家等级显示在屏幕上。“打飞机”游戏成绩即玩家获得分数的计算方法是击中小型白色敌机一次，小型 白色敌机就被击落，当击落时，击落敌机数累加1，获得分数累加1 ；击中中型红白色敌机三 次，中型红白色敌机才被击落，第一次击中获得分数加2，第二次击中获得分数加5，第三次 击中获得分数加8，因此击落一架中型红白色敌机共得15分，当中型红白色敌机击落时，击 落敌机数累加1 ；击中大型红色敌机五次，大型红色敌机才被击落，第一次击中获得分数加 2，第二次击中获得分数加3，第三次击中获得分数加5，第四次击中获得分数加8，第五次击 中获得分数加10，因此击落一架大型红色敌机共得观分，当击落大型红色敌机时，击落敌 机数累加1 ；击落敌机数量实时显示；获得分数累积上升，不设定满分极限。我方战机的生 命点数为21点，中弹一次减去一点，撞上敌机一次也减去一点，当拥有的生命点数为零时， 再次给出21点，击落敌机和获得分数累计计算。结束游戏模块程序流程图说明结束游戏模块程序流程图如图7所示，点击“结束游戏”，锁定“结束游戏”按钮，激 活“开始游戏”、“测试查看”、“录入成绩”和“返回”按钮。释放游戏对象。关闭采样时钟， 传送实际数据总量和缓冲区指针，关闭数据采集装置；将采集的数据写入病人数据文件，将 文件保存在硬盘上，关闭文件。释放缓冲区，实际采样数据个数变量清零，关闭采集装置。录入成绩模块程序流程图说明
录入成绩模块程序流程图如图8所示，点击“结束游戏”按钮，锁定“结束游戏”、 “录入成绩”按钮，激活“开始游戏”、“测试查看”、“返回”按钮。判断成绩文件名存在，不存 在，重新生成成绩文件名并录入成绩文件名，添加病人姓名和编号到报告内容开始位置，再 准备成绩内容；存在，直接准备成绩内容，成绩内容包括我方飞机的生命值，击落敌机数，玩 家获得的分数和玩家等级。再判断成绩文件是否存在，不存在，就创建成绩文件，写入病人 姓名和编号及上述准备成绩内容；存在，以只写方式打开文件，文件指针移到末尾，添加上 述准备的成绩内容，然后关闭成绩文件；录入成绩模块结束。测试查看模块程序流程图说明测试查看模块程序流程图如图9所示，点击“测试查看”按钮，进入打飞机测试结 果查看界面。判断病人数据文件名是否存在，若不存在就返回，表明不能给出测试结果，若 存在，就以只读方式打开该文件，获取文件长度，计算数据个数，建立一个以文件数据个数 为长度的缓存区用于记录数据，建立一个以文件数据个数的四分之一为长度的缓存区用于 记录重心位置，使用循环方法将文件的数据写入文件数据缓存区，按照保存顺序循环读取 四个通道数据，把四个通道的数据代入重心算法计算重心位置，并将重心值放入重心数据 缓存区，直到读完文件，关闭文件。计算游戏时间内左右下肢平均压力，并在柱形图上显示， 左边柱形图显示游戏时间内左下肢平均压力，右边柱形图显示右下肢平均压力。然后调用 数据处理动态链接库中的平均重心、额状面最大摆幅、额状面平均摆幅和重心轨迹总长度 的相应算法，根据重心数据缓存区重心值组计算四个静态姿势图参数，再调用数据处理动 态链接库中的单位时间内额状面侧方摆速、运动时单位时间内重心移动轨迹总面积和额状 面摆动频率的计算算法，结合采样速率计算运动时间，根据重心数据缓存区重心值组计算 三个静态姿势图参数，根据经验数据表值给出上述七个参数的评估结果。显示七个静态姿 势图参数的计算结果及评估结果，释放所有缓存区。上述功能训练和测试查看中所涉及的各项参数由计算机自动按照所设定的测试 时间开设缓冲区，每隔一定时间刷新一次，缓冲空间最大可以存放一定采集时间的数据，当 训练停止时，数据以文件格式自动保存在硬盘上，以便其他模块计算和调用，再利用预先放 置在程序中的公式，由计算机后台运行得出各种静态姿势图参数。程序中的公式均通过动 态链接库编程实现，便于今后升级和内容扩充。
权利要求
1.一种减重式手脚协调趣味训练方法，通过一套减重式手脚协调趣味训练系统进行， 该系统包括训练床、手动控制装置、控制箱、主控计算机、患者用显示装置和主显示屏；训 练床包括床座、床架和床板，床架安装在床座上并与床座可转动相连，在床架的前端连接有 左、右脚踏板组件，在左右脚踏板组件上分别设有左右足底压力传感装置，床架一侧设有手 动控制装置，在床架与床座之间设有床板角度调节机构；控制箱内设有传感装置接口电路、 手动控制装置信号处理电路和电机驱动模块；传感装置接口电路与左右足底压力传感装置 电信号相连，手动控制装置信号处理电路和手动控制装置信号相连，电机驱动模块与床板 角度调节机构中的直线步进电机电信号相连；所述的手动控制装置包含手动游戏操作柄； 其特征在于所述的主控计算机内设有数据采集模块、运动控制模块、功能训练模块和测试查看模 块；数据采集模块与控制箱内的传感装置接口电路和手动控制装置信号处理电路电信号相 连，运动控制模块与控制箱内的电机驱动模块电信号相连，功能训练模块包含打飞机游戏 软件；所述的减重式手脚协调趣味训练方法包括以下步骤a、让患者倾斜躺在训练床上，并让其左右脚分别踩在左右脚踏板上，使左右脚踏板处 于同一水平面上；b、根据患者的实际情况确定所需的减重重量，并通过调节训练床的倾斜角度以实现该减重重量；C、让计算机进入趣味功能训练模块的打飞机游戏软件，设定合适的游戏时间，让患者 根据患者用显示装置上的打飞机游戏画面，控制左右下肢的用力，调节人体重心投影在屏 幕上显示人体重心即我方战机位置，患者主动控制左右下肢的用力，移动我方战机位置以 躲避敌机的炮弹并避免与敌机相撞，同时用手控制游戏操作柄选择武器类型并发射炮弹， 打击敌机，训练成绩以击落敌机架数和拥有生命点数评定。
2.如权利要求1所述的减重式手脚协调趣味训练方法，其特点在于所述的功能训练 模块包括床身倾斜模块、开始游戏模块、结束游戏模块、录入成绩模块和测试查看模块。
3.如权利要求1所述的减重式手脚协调趣味训练方法，其特点在于所述的武器类型 包括机关炮、导弹和散弹枪，机关炮集中发射，导弹小角度散射，散弹枪分散发射，按下游戏 操作柄一次即发射一次炮弹，长时间按下即连续发射炮弹。
4.如权利要求1所述的减重式手脚协调趣味训练方法，其特点在于所述的游戏难度 分为低级、中级和高级，难度等级由敌机的生成速度和下降速度决定，敌机的生成速度分为 快、中、慢三种，生成速度越快，游戏难度越大；敌机的下降速度分为高速、低速和中速，下降 速度越快，敌机发射的炮弹越多，游戏难度越大。
5.如权利要求1所述的减重式手脚协调趣味训练方法，其特点在于所述的打飞机游 戏软件设计有多种画面和配合的声音效果，配有我方战机及敌机图片、各种武器及炮弹图 片、我方战机和敌机中弹时的受伤和爆炸等图片，配有连续的武器发射声、歼灭敌机时的爆 炸声、我方战机与敌机相撞时激烈响亮的轰鸣声以及躲避敌机炮弹时的提示音。
全文摘要
本发明提供了一种减重式手脚协调趣味训练方法，该方法通过一套手脚协调康复趣味训练系统进行。该系统硬件包括训练床、手动控制装置，控制箱、主控计算机、患者用显示装置和主显示屏；训练床的倾斜角度可以调节，实现各种不同程度的背部支撑减重。训练床的一端设有左右脚踏板组件等下肢平衡训练机构；床架一侧设有手动控制装置，手动控制与下肢平衡训练结合实现手脚协调训练。患者显示装置主要实时显示游戏过程，实现游戏互动。主显示屏提供训练参数及静态姿势图，供医生参考。本发明的软件系统设有打飞机游戏软件，患者利用视觉、听觉反馈系统做游戏。该方法将手脚协调训练应用于下肢康复训练领域，有利于加快患者的康复。
文档编号A63F13/06GK102039025SQ20091019735
公开日2011年5月4日 申请日期2009年10月19日 优先权日2009年10月19日
发明者刘颖, 安美君, 徐秀林, 王红梅, 胡秀枋, 薛晏旻, 赵展, 邹任玲 申请人:上海理工大学