(优选)下肢智能反馈训练系统
基于Arduino的下肢康复训练系统
2019·7（下）《科技传播》142作者简介：张皓洋，南京外国语学校。
基于Arduino的下肢康复训练系统张皓洋摘 要 本研究开发了一种基于模拟直立行走的下肢康复训练控制系统，该系统包括下肢康复训练机构设计、电机控制电路及控制软件等。
下肢康复训练系统采用3个步进电机为训练设备的下肢运动机构提供动力，选用Arduino 板为控制核心，使用WPF 设计上位机用户端，实现了下肢的同步训练和交替训练。
本实验结果表明，该控制系统具有良好的稳定性，满足了下肢康复训练的需求。
关键词 下肢康复；控制系统；Arduino ；WPF中图分类号 TP273 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2019）239-0142-03随着现在社会的不断发展进步和人们生活水平的提高，人口老龄化的问题日趋严峻，由脑卒死等导致的神经损伤引发下肢功能出现障碍，或由于车祸、工伤等下肢意外受伤的患者，其下肢康复是个漫长的过程。
而传统的康复治疗手段大多采用医生手工辅助完成，大大增加了康复过程的成本且效率低下，也会影响患者的身心健康。
目前市面上的下肢康复训练装置功能不全，大多只能模拟下肢的两个自由度运动[1]。
本次设计的下肢康复装置具有3个方向的自由度，更贴近于人体正常行走时的状态。
该系统克服了现有下肢康复训练设备的缺点，既可以实现双腿的张合训练，也实现了双腿各自张合和旋转运动的独立性[2]。
1 功能及性能指标本文研发的下肢康复训练系统主要功能如下：在训练时，患者将脚部放置在脚踏板上，本系统设置三个步进电机，两个对称放置的电机分别控制双腿的旋转，另外一个电机用于控制双腿的分合，实现三个自由度的运动训练。
根据使用者的训练要求，可在上位机界面上操纵装置的运动，满足了不同患者的运动习惯，同时也设置了不同的康复训练游戏模式，提高了患者的恢复速度。
具体实现功能如下：1）运动训练由三个电机提供动力，彼此之间实现独立驱动。
训练模式包括上下前后拟合成的旋转运动和左右直线的运动。
偏瘫患者下台阶过程下肢生物力学特征分析
偏瘫患者下台阶过程下肢生物力学特征分析周鲁星;孟庆华;刘文红;张楠;崔帅琦;刘姣【期刊名称】《医用生物力学》【年(卷),期】2024(39)1【摘要】目的对比分析偏瘫患者以不同方式下台阶过程中下肢生物力学特征,为降低患者下台阶过程中的跌倒风险提供理论依据。
方法选取10名正常人和20名符合要求的偏瘫患者,使用Qualisys动作捕捉系统和Kistler三维测力台对受试者下台阶过程中的运动学和动力学数据进行收集,分析其在下台阶过程中的生物力学特征和跌倒风险。
结果相较于正常人和先用健足下台阶(steps on the healthy side,SHS),先用患足下台阶(steps on the affected side,SAS)时,患侧下肢各关节屈伸活动幅度较小;SHS降低了健侧膝关节屈伸活动幅度,患侧下肢各关节屈伸活动幅度较SAS大;SAS下台阶左右方向地面反作用力(ground reaction force,GRF)曲线变化与正常人较为一致,患侧落地瞬间垂直GRF最大为1.05倍体重,健侧为1.25倍体重,低于正常人(1.5倍体重);SHS下台阶健侧落地瞬间最大垂直GRF为1.85倍体重,高于SAS和正常人。
结论相较于SAS,患者使用SHS下台阶患侧关节活动幅度和落地瞬间垂直GRF较大,更难掌握。
SAS更符合偏瘫患者下台阶的生物力学特征。
【总页数】7页(P125-131)【作者】周鲁星;孟庆华;刘文红;张楠;崔帅琦;刘姣【作者单位】天津体育学院运动健康学院;天津体育学院体育经济与管理学院;天津市运动损伤与康复虚拟仿真实验教学中心;中国人民解放军联勤保障部队天津康复疗养中心【正文语种】中文【中图分类】R318.01【相关文献】1.空气压力波辅助血栓通、抗血小板治疗对脑卒中后下肢偏瘫患者偏瘫症状及下肢血流的影响2.中风偏瘫步态的生物力学及其运动学特征分析3.不同速度正向单摇双脚跳绳支撑期下肢及下肢各关节运动生物力学特征分析4.篮球专项研究生变向动作的下肢生物力学特征分析5.下肢智能反馈训练系统对脑卒中后下肢偏瘫患者下肢运动功能的影响研究因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
骨科康复常用设备配置
骨科康复常用设备配置骨科康复涉及肌肉、骨骼、关节、肌腱、韧带和关节软骨等运动系统的损伤导致的肢体运动功能障碍。
这包括人工关节置换术、四肢创伤骨折术后、前交叉韧带重建术围手术期、肩袖损伤修复的围手术期康复，踝关节骨折、踝关节骨性关节炎、跟腱断裂、足外翻、扁平足，以及跟腱断裂缝合术后等。
康复过程中，肌力恢复是重要的一步。
为了帮助患者恢复肌力，可以使用平衡评定及训练系统、运动功能障碍评定训练仪、肌电诱发电位头盒、肢体智能康复工作站、四肢协调主被动训练系统、下肢肌力训练系统、上肢肌力训练系统、髋关节运动训练系统、上肢康复训练组合系统、肢体康复训练设备、上下肢交叉运动训练器、肢体康复器、腕关节旋转训练器、液压式踏步器、肌力训练弹力带、组合软垫、牵引网架、背部矫正运动器和系列沙袋等设备。
步态平衡功能障碍也是需要重点关注的问题。
为此，可以使用平衡评定及训练系统、下肢智能反馈训练系统、三维步态与运动分析系统、步态助行训练系统、减重步态训练系统和四肢协调主被动训练系统等设备。
对于骨折延迟愈合的问题，可以使用脉冲磁治疗仪、体外冲击波治疗仪、超声波治疗仪和立体动态干涉波治疗系统等设备。
在处理疼痛肢体肿胀时，可以使用自动脉冲冷敷系统、冷热治疗仪、电脑中频治疗仪、中频电疗仪、微波治疗机、熏蒸治疗机、中药熏蒸机、空气压力波治疗系统、脉冲磁治疗仪、电脑疼痛治疗仪和全自动智能蜡疗系统等设备。
关节活动范围受限也是需要注意的问题。
为了解决这个问题，可以使用多功能筋膜治疗床、多功能牵引床、四肢协调主被动训练系统、下肢肌力训练系统、上肢肌力训练系统、髋关节运动训练系统、上肢康复训练组合系统、肢体康复训练设备、肢体智能康复工作站、关节锻炼运动器（肩、肘）、踝关节锻炼运动器、手指（腕）关节锻炼运动器、膝（髋）关节锻炼运动器、肢体康复器、踝关节背屈活动训练器（液压式）、液压式踏步器、踏步训练器、组合软垫、牵引网架（网架和床）、多功能关节活动测量表、系列沙袋（绑式）和楔形垫（软）等设备。
下肢智能反馈训练系统 性能指标
2.性能指标2.1性能2.1.1机械部件调节2.1.1.1床体升降范围应在45cm～86cm范围内。
2.1.1.2床体直立角度调节范围应在0°～80°内。
2.1.1.3床面腰部后仰角调节范围应在0°～10°范围内。
2.1.1.4腿长调节范围应在0cm～25cm范围内。
2.1.2治疗参数2.1.2.1踏步速度a）速度应为1步/min～80步/min，连续可调，步进应为1步/min；b）误差应为1步/min或标称值的±5%，取二者中大值。
2.1.2.2踏步角度应在0°～25°范围内。
2.1.2.3治疗时间a）应在1min～90min内，连续可调，步进应为1min；b）默认时间应为30min；c）误差应为30s或标称值的±5%，取二者大值。
2.1.2.4压力范围（A1S适用）a）A1S型应能分别测量左/右踏板受到的压力大小；b）测量范围应在0～60kg内；c）显示值误差应为5kg或±10%，取二者大值。
2.1.3操作功能a）A1型应具有跟踪模式并描绘跟踪曲线，以实时跟踪显示患者腿部受到电机的力矩的大小；A1S型应可分别实时跟踪显示患者腿部受到电机的力矩的大小及脚底压力的大小。
b）应具有评估模式并描绘评估曲线，以实现左/右腿训练过程中的僵硬度评估值；c）应具有操作界面模式，能对训练参数进行设置和调整。
d）应具有音乐播送功能。
e）A1S型应具有游戏训练功能。
f）A1S型应具有记录患者治疗信息的功能。
2.1.4承载能力2.1.4.1设备应能承载135kg分布的质量，其形变的量不应大于5mm。
2.1.4.2设备在承载135kg分布的质量的情况下：a）作上、下运动、角度调节呈中间任一位置时，自行下降量不得超过10mm/h，角度变化量不得超过2°/h；b）设备应能从最低位置起上升。
从最小角度调至大值，进行上升或调整、停止，不应有停顿和突跳现象。
智能下肢外骨骼康复系统
智能下肢外骨骼康复系统作者：李叶来源：《设计》2021年第22期看点大脑重建原理个性化主动辅助仿生、轻量、易穿戴、易转运脑卒中患者及时有效康复介入可以极大提高康复效果，降低致残率。
丞辉威世下肢外骨骼机器人覆盖康复全周期，首创脑卒中偏瘫从卧位到步态训练及步态评估的完整智能化解决方案，帮助更多患者恢复行走。
丞辉威世智能下肢外骨骼康复系统根据大脑重建原理，将任务导向练习和智能康复机器人训练结合，帮助患者协同完成有控制性的运动功能训练（卧位训练、坐站训练、平衡训练及步态训练），通过重复的强化训练，从而促进大脑中枢神经系统的功能重建。
基于人工智能技术实现意图侦测，基于机器学习实现个性化主动辅助;适用多种康复场景，云端数据平台加持，使康复辅助更智能科学;产品仿生、轻量、易穿戴、易转运。
针对于脑卒中等导致下肢运动功能障碍的患者进行坐站转移、站位平衡及步态训练。
通过坐站、行走训练，恢复身体机能，达到步行功能康復效果，帮助患者回归日常生活和工作。
深圳市丞辉威世智能科技有限公司是一家依托自身优秀团队和合作伙伴在康复医疗、人工智能等领域拥有雄厚技术实力，专业从事康复机器人、助力机器人和相关高科技产品研发、生产、销售的国家高新企业。
公司研发的智能下肢外骨骼康复系统包含两款产品，其中的步态下肢外骨骼康复训练机器人获得了本年度德国红点奖，卧式外骨骼康复训练机器人获得了本年度的金芦苇奖。
《设计》梁余意深圳市丞辉威世智能科技有限公司智能下肢外骨骼康复系统设计师，产品经理《设计》：产品前期调研发现了市场、产品和用户的哪些痛点？得出怎样的结论？梁余意：我们在前期走访医院的过程中，发现脑卒中患者在医院现有的康复环节中的早期阶段，康复设备的使用是缺失的，主要的康复效果还是来自康复师的手法的治疗，但是我国康复师的缺口很大，并且一天下来康复师需要为8～10位以上的患者进行手法治疗，对于康复师而言工作强度非常强。
对于患者而言，在脑卒中早期的卧床阶段，由于神经回路被阻断，患侧肢体由于无法运动开始肌肉萎缩和痉挛，这也是常见到脑卒中患者患侧的下肢比健侧下肢更为瘦弱的原因，而康复训练越是早期介入，患者预后的效果越好。
上、下肢康复训练评估系统招标技术参数及要求.doc
上、下肢康复训练评估系统招标技术参数及要求数量：一套（含上下肢）；预算：90万元一．上肢智能训练评估系统技术要求：*1.通过力反馈技术进行上肢运动功能训练。
包括等速训练，助力训练，主动训练，抗阻训练等。
*2.标配上肢康复分析功能。
包含上肢肌力、关节活动范围分析等多种分析功能。
*3.力反馈传感器精度≤0.1公斤, 范围0-10公斤，反馈数值可以实时显示，助力大小和阻力大小均可电脑调节。
4.双电机独立驱动，运动速度0-35cm/s，控制精度≤1mm，连续可调。
5.运动范围570mm*400mm（参考数值），连续可调。
6.设备高度电动连续可调，高度调节范围为670mm到1070mm（参考数值），连续可调。
7.标配移动式台车，一体式操作显示终端，实时显示三维场景。
8.标配示教模式，可以自由带动机械臂进行轨迹记录和回放训练9.控制方式：结合全伺服电机控制和电脑控制，训练时间、运动范围，运动速度均可电脑调节。
10.安全检测：提供痉挛灵敏度检测，发生痉挛能停止运动。
11.标配虚拟现实功能：包含不同场景，用户身临其境。
12.标配数据库管理，提供查询，新增，删除，修改等功能13.标配报告功能，能够一键自动生成训练报告，能够比较查看不同时间的情况记录功能：记录每一次训练的表现14.软件预留多种接口，例如EMG信号，EEG信号接口，扩展设备功能15.联网状况下，可以实现网络数据库发布，方便多中心合作*16.质保要求：整机质保两年。
二．下肢智能反馈训练系统技术要求技术参数及特点：1.操作平台：标配搭载windows xp系统的便携式双核笔记本电脑。
2.床体：采用抗菌耐磨高弹力皮革，具备高阻燃性、抗菌、耐温、防划、床体弹力好、舒适等功能；3.床体控制装置：3个原装进口直线电机（提供证明材料）；床体升降高度范围：52~86 cm；床体站立角度范围：0~80 °；床体后仰角度范围：0~10°；4.配备减重吊带，使训练保持在减重状态下进行；*5.步行训练方式：仿真人体步行曲线函数，包含初速度、加速度、减速度过程；6.训练驱动装置：2个原装进口伺服马达；踏步角度范围：0~25 °；踏步速度范围：1~80 Step/Min；7.训练模式：主、被动训练模式*8.多功能脚踏板：根据身高调节适应病人内、外翻足型，调整踝关节角度，矫正患者步态。
康复设备的操作规程
康复科设备操作规程A3下肢智能反馈训练系统一、第一次使用先测量，数据如下：腿长、体重、选择绑带尺寸，输入数据。
二、开机：使患者站在跑台上，挂好减重带，提升患者离地面10cm，并连接好机器人减重吊绳。
三、为患者绑绑带，大腿部绑带固定---小腿绑带固定---足部提升带固定---调节两腿之间的距离---调节腿轴与机器腿轴相对应。
四、调整：按遥控器高度“升降”操作，设定髋关节和膝关节的活动范围，设定训练速度，让患者离地10cm一分钟。
五、预减重：给予患者15%-30%预减重，使患者在预减重范围内活动。
六、缓慢降低患者至跑台，测量患者行走的速度与跑台速度一致性，调整系数。
七、根据患者行走步态，调整偏移量。
八、打开游戏画面，训练及游戏九、训练结束，松绑带、关机、关电源。
适应症中风、行走或移动功能不健全、多发性硬化、脑瘫、帕金森、脊髓损伤、下肢退行性关节疾病等禁忌症非稳定性骨折、持久性痉挛、心脏禁忌、下肢和躯干部位的外在皮肤损伤、双腿及脊柱发育及其不对称、严重的下肢血管疾病注意事项：1.肢体智能反馈训练系统只可以在有人陪同的情况下使用。
2.在治疗开始前，务必先确定活动托轮已经被锁死。
3.肢体智能反馈训练系统只可以连接在与标牌上的规格相符的电源上。
将设备连接在合适的电源插座中。
（电源插座必须要有接大地）4.电线的放置应该不影响人的走路，不会触及移动的结构，并且不会被其他设备所损坏。
不得使用损坏的电线。
只可以使用设备原装的电线。
5.为了防止触电，肢体智能反馈训练系统不可以在潮湿、恶劣或者高温的环境中使用。
6.仪器工作温度应在10～40℃。
7.环境相对湿度应在30-85%。
8.在首次使用时，应由医生或供应商展示如何操作此设备。
9.开始治疗前，请确保紧急开关能控制设备。
10.训练时穿上比较贴身的衣服。
11.设备运转过程中，不要靠近或试图卸下活动着的部分。
12.要以放松为目的，应该使用肢体智能反馈训练系统马达驱动的被动运动。
理疗新进设备操作考核题
理疗新进设备操作考核题1、悬吊用于哪些治疗（）A.下背痛(正确答案)B.坐骨神经痛(正确答案)C.脊柱侧弯(正确答案)D.腰椎间盘突出(正确答案)2、悬吊的两大系统（ A B ）诊断系统(正确答案)治疗系统(正确答案)评估系统D.检测系统3、悬吊有几组训练器（）A.1B.2C.3(正确答案)D.44、悬吊的承重力度（）A.600kgB.750kgC.850kg(正确答案)D.900kg5、悬吊适用于哪些科室（）A.康复科(正确答案)B.神经科(正确答案)C.骨科(正确答案)D.内科6、下肢智能反馈训练系统集合哪几个基本训练（）A、站立训练(正确答案)B、关节持续被动训练(正确答案)C、减重训练(正确答案)D、平衡训练7、下肢智能反馈训练系统的关节活动度是指那个关节的活动度（）A、髋关节(正确答案)B、膝关节C、踝关节8、下肢智能反馈训练系统关节活动度最大角度是多少（）A、15°B、20°C、25°(正确答案)D、30°9、下肢智能反馈训练系统的最大站立角度是多少（）A、75°B、80°(正确答案)C、85°D、90°10、下肢智能反馈训练系统的游戏有哪几款游戏（）A、跨栏(正确答案)B、水乡行走C、农场(正确答案)D、击球11、下肢智能反馈训练系统A1的足底踏板具有什么功能（）A、提供足底压力(正确答案)B、进行游戏互动C、矫正足形(正确答案)D、侦测痉挛12、下肢智能反馈训练系统A1的标准版与加强版有什么区别（）A、增加痉挛保护B、增加游戏互动(正确答案)C、增加足底压力侦测(正确答案)D、增加主被动训练13、下肢智能反馈训练系统A1具有那些安全保护设计（）A、痉挛保护程序(正确答案)B、紧急停止开关(正确答案)C、速度保护程序D、电机保护功能14、下肢智能反馈训练系统A1的后仰功能具有什么作用（）A、拉伸腰部B、减少身体对下肢的压力(正确答案)C、使身体紧靠床板(正确答案)D、减少训练难度15、如果患者发生痉挛，设备会怎么处理（）A、紧急停止训练B、先停止训练后缓慢缓解(正确答案)C、降低速度后再启动(正确答案)D、声音报警(正确答案)16、进行评估治疗时，患者应该坐在哪里（）A. 治疗师端口。
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肌力评估 步态分析
情景互动
病历档案管理存储功能，患者 的个人设定值及训练信息（如 主被动训练持续时间，痉挛产 生时间，肌力等级等）会在训 练过程中呈现并保存在文档中。 可外连打印设备将病历文档打 印出来。
患者可通过情景互动的游 戏环节游戏主动参与治疗， 游戏采用虚拟计分功能， 能激发患者的治疗兴趣。
（ [2] Hess S,Wemer C,Bardekeben A,et al.Bodyweight-support treadmill traning after stroke[J].Curr A theroscler Rep,2001, 3:287-293 )，诱发分离运动，抑制异 常的运动模式
生物载荷
强化刺激下肢的本体感觉， 能促进神经细胞的生长，有 助于功能的恢复。
痉挛侦察
病人在进行训练治疗时过程中，有可能会因肌张力亢进而 引起痉挛，而下肢康复训练系统能探测到这种情况，一旦 痉挛出现，系统便开启防痉挛功能，提高了下肢智能反馈 训练系统的安全性，病人也能更放心地使用
语音反馈
信息储存
（优选）下肢智能反馈训练系 统
实现运动控制-神经功能重塑
• 脑控制运动而非肌肉，脑损伤康 复强调运动模式的改善——核心
• 反射学说：感觉传入信息控制运 动传出信息，运动为反射综合
中枢神经可塑性促进功能重组的必要条件
条件： a.神经突触的效率取决于使用频率，运 用越多，效率越高 b.要求脑组织承担新的、不熟悉的功能， 没有反复多次训练不可能完成 c.外周刺激和感觉反馈促进CNS功能恢 复很重要
传统的训练
临床上常用的行走训练
站立行起架 支具矫形器 Motormed训练器
平行杠训练 步行训练器 减重训练器
常规治疗的局限性
目前在临床上普遍采用的步行训练的方法是以治疗师为 主导的以手法为主，辅助使用康复器材等对患者进行步态 矫正及步行训练。
其局限性在于，只有在立位平衡达到稳定后，才能进行 步行训练。并且辅助器具如拐杖、助行器或平行杆分担下 肢负重进行的步法练习，不能很好地矫正患者的步态，并 且由于增加了上肢用力，导致步行时姿势异常[2] 。
以在卧位下行走 • 反负重下的站立行走，抑制
痉挛 • 专用悬吊带，减轻病人下肢
所需承受的身体重量
后仰
• 调节范围： 0~10° 腰部后仰角度
• 训练时，腰部略微 后仰可托起病人的 上半身重量，使病 人感觉更安全，有 助于病人放松全身 肌肉来进行训练。
踏步
步态控制---采用 伺服电机控制系统，运 动过程中完成了初速度、 加速度、减速度的三个 变速程序，有效地模仿 了正常人的生理步态。
实时显示病人训练过程中 腿部及足部受力情况，动 态分析病人每时刻腿部受 力情况。
步行三要素
功能特点
• 1.减重装置
3.站立功能
• 2.踏步运动
4.后仰功能
• 5.语音提示 • 6.痉挛侦查
A1机体功能介绍
站立
• 0-80°的渐进性站直立床结 合下肢的主被动踏板运动可 达到循序渐进的训练，防止 体位性低血压的发生，改善 心血管调节能力
• 不同角度卧位下的站立 • 让不具备站立能力的患者可
通过改 善 、代偿和替代的途径，来改善 运动组织（肌肉、骨骼、关节、韧带等） 的血液循环和代谢，并促进神经肌肉功 能，提高肌力、耐力、心肺功能和平衡 功能等。
在踏步运动过程中进行体位变换，增加 循环血量，增大静脉血回流循环，防止 位置性低血压。
在减重状态下改变体位，进行踏步运动训练，最高 程度地模拟人正常行走的生理步态