CN1208024C - 生物反馈平衡检测、治疗与训练仪 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种能够获得人体姿势控制机能的动态参数，以利于完善人体平衡功能评定和人体平衡训练与治疗的生物反馈平衡检测、治疗与训练仪，包括压力传感器，平台，实时显示人体重心轨迹的显示装置和计算机分析处理系统，所述平台为动态平台；所述动态平台包括固定底座和平台上板，所述压力传感器位于所述固定底座与所述平台上板之间，其特征在于：在所述固定底座与所述平台上板之间还设置有使平台动态运动的万向摇摆机构或在平台上板上连接有电力驱动机构，所述平台上板上设置有柔性脚垫。
Description
技术领域
本发明涉及检测、治疗与训练人体姿态控制系统功能的平衡设备，特别是一种生物反馈平衡检测、治疗与训练仪。
背景技术
人体的平衡功能是依靠姿态控制系统来维持的。姿态稳定试验(Postural stability test，或Stabilimetry)，又称重心动摇检查(Postural sway)，是近年来对引起平衡功能障碍的前庭系统、视觉系统和本体感觉系统病变的一种新的定性定位的诊断方法。它的临床意义在于利用生物力学原理与临床生理病理相结合，加上计算机技术，记录人体重心在平面上连续变化的图形轨迹并对其进行分析，为人体平衡功能的综合判断提供有价值的客观资料。通过现代人体工程学和医学对人体平衡调节系统愈加深入的认识，我们已经清楚地知道，平衡是人体运动机能的中心，任何日常生活活动、体育锻炼活动及休闲娱乐活动，均对机体平衡有一定程度的要求。正常的人体平衡功能靠视觉、前庭和本体感觉系统的正常输入信息和中枢各级神经水平的整合达到统一。人体重心的变化可真实地反映各感觉系统功能的相互作用和中枢整合功能状态。
平衡障碍或者感觉神经缺失或者平衡紊乱一直是临床医学中的疑难问题，其诊断、评价和康复训练也一直是健康产业关注的焦点。随着认识的深入，人体重心平衡检查目前在国外已得到了广泛的应用，此检查无创伤、快速简单、结果客观可靠、重复性好，非常适用于前庭神经系统功能异常初检，及各种眩晕病症治疗效果的动态观察，有助于颅内病变的早期发现、早期诊断和治疗，适合耳科、神经科推广使用。
现有技术中的人体重心平衡仪，由平台及计算机分析处理系统组成，所述平台内部有三个以上的压力传感器。人体站立在平台上，人体的任何微小晃动都会通过平台上板传给压力传感器，传感器把压力转换成电信号数据输入计算机，绘制出重心位移动态曲线，并能够分析计算出如下参数：位移动态曲线的面积与轨迹长度、生物力学波谱及矢量参数和变异系数或称罗姆伯格率。这些参数可以反映出人体平衡障碍的程度、重心位移的类型及性质，即本体感觉反射性的微小姿势控制机能，从中可以发现参与姿势控制的躯干、四肢的肌紧张程度的异常，为平衡功能障碍周围性和中枢性病变的诊断和鉴别诊断提供有价值的临床信息。
尽管如此，上述人体重心平衡仪在实际使用中仍然存在不足：由于它设计的人体站立的平台为静态平台，人体站立在平台上就如同站立在稳定的地板上一样，本体感觉没有发生任何变化，所以其参数指标不能全方位地反映本体感觉反射性的动态姿势控制机能，对于改变本体感觉后的姿态控制系统功能更是无法检测、评价和训练。特别是在平衡功能评定和平衡训练中，动态条件下比静态条件下更有价值。严格说来，静态平台缺少动态条件下的训练功能。
经过检索，美国专利文献US5627327A公开了一种利用生物反馈检测患者身体平衡的检测仪，包括压力传感器、平台和计算机分析处理系统，其平台为由固定平台和旋转盘构成的动态平台。PCT专利文献WO9719636A1公开了一种评价人体平衡性的装置，该装置中在底座和上板之间设置有柔性管。虽然这两个文献为人体平衡的评价和检测构筑了动态平台，但由于人体直接接触的平台及其面层是一个刚性的结构整体，人站在上面的本体感觉中只会有一种刚性动态，而缺少柔性动态，因此对于实现沙滩运动或高尔夫运动的人体立位重心变化的模拟训练来说，不是一种实际有效的技术手段。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的不足，提供一种能够获得人体姿势控制机能的动态参数，以利于完善人体平衡功能评定和人体平衡训练与治疗的生物反馈平衡检测、治疗与训练仪。
本发明的技术方案如下：
生物反馈平衡检测、治疗与训练仪，包括压力传感器，平台，实时显示人体重心轨迹的显示装置和计算机分析处理系统，所述平台为动态平台；所述动态平台包括固定底座和平台上板，所述压力传感器位于所述固定底座与所述平台上板之间，其特征在于：在所述固定底座与所述平台上板之间还设置有使平台动态运动的万向摇摆机构或在平台上板上连接有电力驱动机构，所述平台上板上设置有柔性脚垫。
所述柔性脚垫为弹簧垫或海绵垫或水垫或气垫。
所述动态平台为万向摇摆平台，该万向摇摆平台包括带有凸沿的固定底座、摇摆外环和摇摆内板，所述摇摆外环通过呈垂直的两组转轴分别连接于所述固定底座的凸沿和所述摇摆内板，所述摇摆内板位于所述摇摆外环的环内，所述压力传感器位于所述固定底座与所述摇摆内板之间。
所述电力驱动机构为连杆机构或凸轮机构或液压机构。
所述电力驱动机构设置有计算机控制驱动模式。
所述动态平台的外围设置有安全防护装置。
所述安全防护装置上设置有可系住人体的安全带。
本发明的技术效果如下：
由于本发明生物反馈平衡检测、治疗与训练仪采用了动态平台，使得站在平台上的人体本体感觉发生了变化，彻底消除了现有技术中静态平台的局限性，从而能够获得人体姿势控制机能的动态参数，以利于完善人体平衡功能评定和人体平衡训练与治疗。生物反馈平衡训练是利用人体的视觉生物反馈机理，人在训练时可以根据计算机分析处理系统中的显示屏上显示的重心轨迹迷宫图，对自己站立平台上发生的人体重心偏移情况，自觉进行调整。显然，动态平台的设计为生物反馈平衡训练增加了一条新的途径。特别应该指出的是，本发明因此具备了人体在动态条件下的训练功能。
由于在现有技术的人体感觉稳定的平台上板上设置有柔性脚垫，人站在柔性脚垫上面就会有不稳定的感觉，也就是说人体本体感觉发生了改变，这时候检测到的人体重心轨迹以及由此得出的人体姿势控制机能的生理参数因为与完全静态平台上的结果不同，不仅具有比较价值，而且具有独立的临床诊断价值。同时，对于实现沙滩运动或高尔夫运动的人体立位重心变化的模拟训练提供了更为实际有效的技术手段。
由于设计了万向摇摆平台，使得站立在摇摆内板上的人体通过不断加强又不断变化的自我动态刺激，充分改变人体的本体感觉，使人能够获得更高层次的平衡训练，同时也能够为特殊职业群体如飞行员、潜水员、体操运动员、射击运动员和跳水运动员的选拔与鉴定提供更高级别、更加客观、更有说服力的人体平衡功能评定指标。万向摇摆平台利用了公转与自转相结合形成复杂的运动形式的原理，如：摇摆外环通过一组转轴相对于固定底座左右摆动，并带动连接于摇摆外环之上的摇摆内板一起左右摆动，同时摇摆内板通过另一组转轴相对于摇摆外环前后摆动，从而实现万向摆动的运动形式。
由于平台的动态效果可以通过电力驱动机构、特别是设置有计算机控制驱动模式的电力驱动机构来实现，这对于给予不同人群，如平衡障碍或者感觉神经缺失或者平衡紊乱的群体、在治疗中康复的群体、健康人群体、老年群体和运动员群体等等，以不同的训练模式和不同的人体平衡功能评定分级指标是非常有效的技术支持。
安全防护装置的设置，特别是安全带的使用，既可以预先设定人体的最大摆动幅度，又可以防止受伤，使得各类人群都能够做到安全使用，有效使用。综上所述，本发明对于改善受训者的感觉神经系统，改善受训者的反应速度，减少受训者的运动伤害，特别是竞技与对抗运动的伤害，都会产生积极有益的训练效果。在对平衡紊乱的治疗方面，与相应的治疗软件配合，无疑会产生积极有益的治疗效果。
附图说明
图1为本发明使用状态与结构示意图；
图2为本发明的万向摇摆平台结构示意图；
图3为本发明的电路结构框图；
图4为本发明的电路连接框图；
图5为本发明带安全防护装置的使用状态与结构示意图。
图中标记列示如下：
1-平台 2-计算机分析处理系统 3-显示屏 4-打印机 5-压力传感器6-信号连接线 7-固定底座 8-平台上板 9-柔性脚垫 10-底座凸沿11-摇摆外环凸沿 12-摇摆内板凸沿 13-摇摆外环转轴 14-摇摆内板转轴15-摇摆外环 16-摇摆内板 17-重心轨迹实时显示位置18-重心轨迹迷宫图 19-安全防护装置 20-安全带21-前置放大与预处理装置 22-平衡功能模块 23-电源 24-显示器25-摇摆外环凸沿
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。
图1示出了本发明生物反馈平衡检测、治疗与训练仪的使用状态与结构组成。从该图中可以看出，人体站在平台1上，压力传感器将获得的人体压力信号通过信号连接线6传输至计算机分析处理系统2，再将结果传输至显示器24，由显示屏3实时显示人体重心轨迹，如图中的重心轨迹实时显示位置17。由于眼睛能够看到重心轨迹实时显示位置17在重心轨迹迷宫图18中的位移变化，受训者可以很方便地通过目视自身重心位移生物反馈信号，主动调控自身平衡状态。如图1所示，人体所站立的平台1为动态平台，动态平台上部为万向摇摆机构，以实现平台的不稳定性。详细结构原理通过图2说明。
如图2所示的一种动态平台，即万向摇摆平台，该万向摇摆平台包括带有底座凸沿10的固定底座7、摇摆外环15和摇摆内板16，所述摇摆外环15设有两组凸沿11和25，通过呈垂直的两组转轴，即摇摆外环转轴13和摇摆内环转轴14，分别连接于所述固定底座7的底座凸沿10和所述摇摆内板16的摇摆内板凸沿12，所述摇摆内板16位于所述摇摆外环15的环内，所述压力传感器位于所述固定底座7与所述摇摆内板16之间。万向摇摆平台使得站立在摇摆内板16上的人体通过不断加强又不断变化的自我动态刺激，充分改变人体的本体感觉，使人能够获得更高层次的平衡训练，同时也能够为特殊职业群体如飞行员、潜水员、体操运动员、射击运动员和跳水运动员的选拔与鉴定提供更高级别、更加客观、更有说服力的人体平衡功能评定指标。万向摇摆平台利用了公转与自转相结合形成复杂的运动形式的原理，如：摇摆外环15通过一组转轴即摇摆外环转轴13相对于固定底座7左右摆动，并带动连接于摇摆外环15之上的摇摆内板16一起左右摆动，同时摇摆内板16通过另一组转轴即摇摆内板转轴14相对于摇摆外环15前后摆动，从而实现万向摆动的运动形式。
图3和图4示出了本发明的电路结构原理与电路连接关系。图3表明了压力传感器5设置有四个压力传感装置，分别将信号送入前置放大与预处理装置21，经过处理后的信号传输至平衡功能模块22中，平衡功能模块22一般内置于计算机分析处理系统2中或者说电脑中或PC机中；受训者的重心轨迹曲线以及相应的平衡功能参数报告可以通过与电脑连接的打印机4打印输出；电源23给各功能模块提供电源。图4表明了通过相应的插接接口和标准配置线将各部分电路器件连接起来的状况。压力传感器与前置放大处理器21电连接于平衡功能模块22，平衡功能模块22电连接于PC电脑即计算机分析处理系统2，计算机分析处理系统2分别连接有显示器24和打印机4。
图5示出了本发明带安全防护装置的使用状态与结构，如图所示，固定底座7上设置有安全防护装置19，安全防护装置19上设置有安全带20，安全带20既可以系住人体，又可以不妨碍人体在动态平台1上进行安全有效的大幅度摆动，实现大范围的重心偏移。图中的动态平台1由固定底座7、平台上板8和柔性脚垫9组成，压力传感器5设置在固定底座7与平台上板8之间，柔性脚垫9设置于平台上板8之上。由于在人体感觉稳定的平台上板8上设置有柔性脚垫9，人站在柔性脚垫9上面就会有不稳定的感觉，也就是说人体本体感觉发生了改变，这时候检测到的人体重心轨迹以及由此得出的人体姿势控制机能的生理参数因为与完全静态平台上的结果不同，不仅具有比较价值，而且具有独立的临床价值。同时，对于实现沙滩运动或高尔夫运动的人体立位重心变化的模拟训练提供了更为实际有效的技术手段。
以上所述，仅为本发明的优选实施方式。应当指出，对于本领域的技术人员来说，基于本发明同样的发明创造原理，还可以做出若干变型和改进，以及本技术方案在其他相似领域的应用，但这些均落入本发明的保护范围。
Claims (6)
1.生物反馈平衡检测、治疗与训练仪，包括压力传感器，平台，实时显示人体重心轨迹的显示装置和计算机分析处理系统，所述平台为动态平台；所述动态平台包括固定底座和平台上板，所述压力传感器位于所述固定底座与所述平台上板之间，其特征在于：在所述固定底座与所述平台上板之间还设置有使平台动态运动的万向摇摆机构或在平台上板上连接有电力驱动机构，所述平台上板上设置有柔性脚垫。
2.根据权利要求1所述的生物反馈平衡检测、治疗与训练仪，其特征在于：所述柔性脚垫为弹簧垫或海绵垫或水垫或气垫。
3.根据权利要求1所述的生物反馈平衡检测、治疗与训练仪，其特征在于：万向摇摆机构是在所述固定底座上设置凸沿和摇摆外环，所述摇摆外环通过呈垂直的两组转轴分别连接于所述凸沿和所述平台上板。
4.根据权利要求1所述的生物反馈平衡检测、治疗与训练仪，其特征在于：所述电力驱动机构为连杆机构或凸轮机构或液压机构。
5.根据权利要求1-4之一所述的生物反馈平衡检测、治疗与训练仪，其特征在于：所述动态平台的外围设置有安全防护装置。
6.根据权利要求5所述的生物反馈平衡检测、治疗与训练仪，其特征在于：所述安全防护装置上设置有可系住人体的安全带。
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