专利名称：基于虚拟环境的肌力功能训练方法
技术领域：
本发明涉及医疗器械的使用方法，特别涉及一种基于虚拟环境的肌力功能训练方法。
背景技术：
据调查，1987年全国脑血管病患病率高达245. 58/10万人，死亡率达77. 15/10万人。近年其发病率仍在上升，已增长为219/10万人，虽然由于医疗水平的发展，死亡率有所下降，但致残率却非常高。加之我国人口老龄化趋势明显，自然灾害与交通事故频发，导致残疾人数逐年增加，给患者和家属带来很大的痛苦。在患者的康复训练中，肌力功能的评定及训练显得尤为重要。目前在临床上一般肌力功能训练包括主动训练和被动训练,其中被动训练包括理疗、按摩等。主动训练目前主要借助各种器械进行训练，即由治疗师根据患者的实际情况为其制定训练计划，训练过程枯燥，且无反馈性，使患者很容易对训练产生厌烦心理，失去训练的信心。目前尚缺乏一款集训练性及游戏性于一体的训练装置。目前的肌力功能训练，在训练的过程中患者不能准确的了解到训练的结果，及康复训练的效果如何，不易激起患者的训练积极性及自主性。
发明内容
本发明的目的，就是为了解决现有技术存在的上述问题，提供一种基于虚拟环境的肌力功能训练方法。为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案一种基于虚拟环境的肌力功能训练方法，通过一套肌力功能训练系统实现，该系统包括测力计、计算机和显示屏；测力计内设有传感器、放大模块、A/D转换模块和发送模块；计算机内设有接受模块及信息处理模块；患者对测力计施力，传感器采集到施力信号经放大模块放大和A/D转换模块转换成数字信号后由发送模块发送给计算机，计算机的接受模块接受到信号后，传输给信息处理模块对信息进行分析和处理，将信息转换成虚拟物体的运动显示在显示屏上，并给出相应的听觉反馈，显示屏上显示有游戏界面。所述的虚拟物体包括可以左右运动的盒子和可以上下运动的球，所述的游戏界面上设有向上运动、向下运动、向左运动和向右运动四种供选择的运动方式。所述的训练分阶段进行，一个阶段结束后，系统将生成报告，得到各项力学参数的测试结果，所述力学参数包括峰力矩、峰力矩体重比、平均力矩、拮抗肌峰力矩比、最大单次做功量、最大单次做功量体重比、平均功率、力矩加速能和50%做功量衰减试验。所述的峰力矩是指手指用力过程中肌肉收缩产生的最大力矩输出，反映了肌力的大小；所述的拮抗肌峰力矩比是主动肌与拮抗肌两肌群峰力矩的比值，反映了手指用力过 程中两组肌群之间的肌力平衡情况；所述的50%做功量衰减试验是用重复次数的多少作为耐力指标，即测定力量下降到初始力量50%时的次数，反映了肌肉抗疲劳的能力。
上述基于虚拟环境的肌力功能训练方法具体包括以下步骤a、患者手持测力计坐于显示屏前，目视显示屏上的游戏界面；b、在游戏界面上为患者设定好运动方式，即是向上运动、向下运动、向左运动还是向右运动；C、根据患者的实际情况为其选择训练的难度等级，游戏难度越大推动虚拟物体移动单位距离需要做功越多；d、开始训练，患者肢体对测力计施力，传感器采集到患者所施力，传输到计算机，计算机经过处理后将力转换成虚拟物体的运动，当虚拟物体的运动距离达到一定值时，会有声音的反馈“非常好”、“做的不错”，鼓励患者继续努力，从而使训练进入良性循环；e、训练结束后，系统生成报告，得到各项力学参数的测试结果，所述力学参数包括峰力矩、峰力矩体重比、平均力矩、拮抗肌峰力矩比、最大单次做功量、最大单次做功量体重t匕、平均功率、力矩加速能和50%做功量衰减试验。本发明的基于虚拟环境的肌力功能训练方法通过游戏的方式达到训练的效果，可以增加训练的趣味性，提高患者的训练热情与自主性，有利于提高患者的训练效果。
图I是本发明基于虚拟环境的肌力功能训练方法的流程图；图2是视觉反馈流程图；
图3是听觉反馈流程图；图4是选择上下运动时患者的反馈流程图；图5是选择上下运动时医生的反馈流程图；图6是选择左右运动时患者的反馈流程图；图7是选择左右运动时医生的反馈流程图；图8是球上下运动时的训练界面；图9是盒子左右运动时的训练界面；图10是选择向上运动时的初始界面；图11是选择向下运动时的初始界面；图12是选择向右运动时的初始界面；图13是选择向左运动时的初始界面。
具体实施例方式本发明基于虚拟环境的肌力功能训练方法，是通过一套肌力功能训练系统实现，该系统包括测力计、计算机和显示屏；测力计内设有传感器、放大模块、A/D转换模块和发送模块；计算机内设有接受模块及信息处理模块；患者对测力计施力，传感器采集到施力信号经放大模块放大和A/D转换模块转换成数字信号后由发送模块发送给计算机，计算机的接受模块接受到信号后，传输给信息处理模块对信息进行分析和处理，将信息转换成虚拟物体的运动显示在显示屏上，并给出相应的听觉反馈，显示屏上显示有游戏界面。所述的虚拟物体包括可以左右运动的盒子和可以上下运动的球，所述的游戏界面上设有向上运动、向下运动、向左运动和向右运动四种供选择的运动方式。
所述的训练分 阶段进行，一个阶段结束后，系统将生成报告，得到各项力学参数的测试结果，所述力学参数包括峰力矩、峰力矩体重比、平均力矩、拮抗肌峰力矩比、最大单次做功量、最大单次做功量体重比、平均功率、力矩加速能和50%做功量衰减试验。所述的峰力矩是指手指用力过程中肌肉收缩产生的最大力矩输出，反映了肌力的大小；所述的拮抗肌峰力矩比是主动肌与拮抗肌两肌群峰力矩的比值，反映了手指用力过程中两组肌群之间的肌力平衡情况；所述的50%做功量衰减试验是用重复次数的多少作为耐力指标，即测定力量下降到初始力量50%时的次数，反映了肌肉抗疲劳的能力。本发明的具体实施步骤如下I、令患者手持测力计坐于显示屏前，显示屏上显示有游戏界面。2、游戏分为推球及推盒子，球可以上下运动，盒子可以左右运动，训练前为患者设定好运动方式，即是向上、向下、向左或向右运动a、选择向上运动为患者选择向上运动时,如图8或图11所示游戏界面上将显示球位于界面的下方，患者施力时,球向上运动；b、选择向下运动为患者选择向下运动时，如图10所示游戏界面上将显示球位于界面的上方，患者施力时，球向下运动；C、选择向左运动为患者选择向左运动时，如图13所示游戏界面上将显示盒子位于界面的右方，患者施力时，盒子向左运动；d、选择向右运动为患者选择向右运动时,如图12所示游戏界面上将显示盒子位于界面的左方,患者施力时，盒子向右运动。3、根据患者的实际情况为其选择不同难度的训练，游戏难度越大推动球(盒子)移动单位距离需要的力越大。4、开始训练，患者手指对虚拟球(或盒子)施力，传感器采集到患者所施力，由蓝牙传输到计算机，经过处理后屏幕上的球(或盒子)根据患者施力大小移动相应的位移。当患者将球(或盒子)推到一定高度或位置时，有声音的反馈“非常好”、“做的不错”，鼓励患者继续努力，从而使训练进入良性循环；5、训练两分钟为一阶段，一阶段结束后，系统将生成报告，以得到各项力学参数的测试结果，所述动力学参数包括峰力矩、峰力矩体重比、平均力矩、拮抗肌峰力矩比、最大单次做功量、最大单次做功量体重比、平均功率、力矩加速能、50%做功量衰减试验。下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本发明的基于虚拟环境的肌力功能训练方法的流程图如图I所示，训练前由医生为患者选择训练方式及训练难度，患者根据所选方式施力，测力计中的传感器采集力的信号，信号经放大模块放大后由A/D转换模块转换为数字信号，再由蓝牙传输系统传输给计算机进行处理，计算机根据处理结果给出相应的视听反馈，患者视听系统接收反馈，对肌肉用力实施控制，从而调整施力。视觉反馈流程图如图2所示，训练前由医生为患者选择训练方式及训练难度，患者根据所选方式施力，测力计采集并处理信息后，信息传送至计算机，计算机对信息进行处理，根据处理结果计算机显示屏上显示视觉反馈，患者视觉系统采集信号并传递给大脑，大脑分析信息并控制肌肉施力。听觉反馈流程图如图3所示，医生为患者选择训练方式及训练难度，患者根据所选方式施力，测力计采集并处理信息后，信息传送至计算机，计算机对信息进行处理后给出听觉反馈，患者听觉系统采集信息传递给大脑，根据信息大脑控制肌肉施力。选择上下运动时患者的反馈流程图如图4所示，医生为患者选择上下运动，并选择训练难度，患者按照要求上下施力 ，测力计采集并处理信息后，信息传送至计算机，计算机对信息进行处理，计算机根据处理结果给出相应的视听反馈，反馈刺激患者的视听系统，患者大脑对反馈信息进行分析，根据分析结果控制肌肉施力。选择上下运动时医生的反馈流程图如图5所示，医生为患者选择上下运动，并选择训练难度，患者按照要求上下施力，测力计采集并处理信息后，信息传送至计算机，计算机对信息进行处理，计算机根据处理结果给出相应的视听反馈，医生的试听系统接收到反馈信息，医生大脑对患者信息进行分析，在下次的训练中根据信息为患者选择最佳的训练方式及难度。选择左右运动时患者的反馈流程图如图6所示，医生为患者选择左右运动，并选择训练难度，患者按照要求左右施力，测力计采集并处理信息后，信息传送至计算机，计算机对信息进行处理，计算机根据处理结果给出相应的视听反馈，反馈刺激患者的视听系统，患者大脑对反馈信息进行分析，根据分析结果控制肌肉施力。选择左右运动时医生的反馈流程图如图7所示，医生为患者选择上下运动，并选择训练难度，患者按照要求上下施力，测力计采集并处理信息后，信息传送至计算机，计算机对信息进行处理，计算机根据处理结果给出相应的视听反馈，医生的试听系统接收到反馈信息，医生大脑对患者信息进行分析，在下次的训练中根据信息为患者选择最佳的训练方式及难度。球上下运动时的训练界面如图8所示，为患者选择上下运动时，游戏界面上将显示球，患者施力时，球可以上下运动。球左右运动时的训练界面如图9所示，为患者选择左右运动时，游戏界面上将显示盒子，患者施力时，盒子可以左右运动。选择向下运动时的初始界面如图10所示，为患者选择向下运动时，游戏的初始界面中球位于界面的上方，患者施力时，球可以向下运动。选择向上运动时的初始界面如图11所示,为患者选择向上运动时,游戏的初始界面中球位于界面的下方，患者施力时，球可以向上运动。选择向右运动时的初始界面如图12所示，为患者选择向右运动时，游戏的初始界面中盒子位于界面的左方，患者施力时，盒子可以向右运动选择向左运动时的初始界面如图13所示，为患者选择向左运动时，游戏的初始界面中盒子位于界面的右方，患者施力时，盒子可以向左运动。
权利要求
1.一种基于虚拟环境的肌力功能训练方法，其特征在于通过一套肌力功能训练系统实现，该系统包括测力计、计算机和显示屏；测力计内设有传感器、放大模块、A/D转换模块和发送模块；计算机内设有接受模块及信息处理模块；患者对测力计施力，传感器采集到施力信号经放大模块放大和A/D转换模块转换成数字信号后由发送模块发送给计算机，计算机的接受模块接受到信号后，传输给信息处理模块对信息进行分析和处理，将信息转换成虚拟物体的运动显示在显示屏上，并给出相应的听觉反馈，显示屏上显示有游戏界面。
2.如权利要求I所述的基于虚拟环境的肌力功能训练方法，其特征在于所述的虚拟物体包括可以左右运动的盒子和可以上下运动的球，所述的游戏界面上设有向上运动、向下运动、向左运动和向右运动四种供选择的运动方式。
3.如权利要求I所述的基于虚拟环境的肌力功能训练方法，其特征在于所述的训练 分阶段进行，一个阶段结束后，系统将生成报告，得到各项力学参数的测试结果，所述力学参数包括峰力矩、峰力矩体重比、平均力矩、拮抗肌峰力矩比、最大单次做功量、最大单次做功量体重比、平均功率、力矩加速能和50 %做功量衰减试验。
4.如权利要求3所述的基于虚拟环境的肌力功能训练方法，其特征在于所述的峰力矩是指手指用力过程中肌肉收缩产生的最大力矩输出，反映了肌力的大小；所述的拮抗肌峰力矩比是主动肌与拮抗肌两肌群峰力矩的比值，反映了手指用力过程中两组肌群之间的肌力平衡情况；所述的50%做功量衰减试验是用重复次数的多少作为耐力指标，即测定力量下降到初始力量50%时的次数，反映了肌肉抗疲劳的能力。
5.如权利要求I所述的基于虚拟环境的肌力功能训练方法，其特征在于具体包括以下步骤 a、患者手持测力计坐于显示屏前，目视显示屏上的游戏界面； b、在游戏界面上为患者设定好运动方式，即是向上运动、向下运动、向左运动还是向右运动； C、根据患者的实际情况为其选择训练的难度等级，游戏难度越大推动虚拟物体移动单位距离需要做功越多； d、开始训练，患者肢体对测力计施力，传感器采集到患者所施力，传输到计算机，计算机经过处理后将力转换成虚拟物体的运动，当虚拟物体的运动距离达到一定值时，会有声音的反馈“非常好”、“做的不错”，鼓励患者继续努力，从而使训练进入良性循环； e、训练结束后，系统生成报告，得到各项力学参数的测试结果，所述力学参数包括峰力矩、峰力矩体重比、平均力矩、拮抗肌峰力矩比、最大单次做功量、最大单次做功量体重比、平均功率、力矩加速能和50%做功量衰减试验。
全文摘要
一种基于虚拟环境的肌力功能训练方法，通过一套肌力功能训练系统实现，该系统包括测力计、计算机和显示屏；测力计内设有传感器、放大模块、A/D转换模块和发送模块；计算机内设有接受模块及信息处理模块；患者对测力计施力，传感器采集到施力信号经放大模块放大和A/D转换模块转换成数字信号后由发送模块发送给计算机，计算机的接受模块接受到信号后，传输给信息处理模块对信息进行分析和处理，将信息转换成虚拟物体的运动显示在显示屏上，并给出相应的听觉反馈，显示屏上显示有游戏界面。本发明的基于虚拟环境的肌力功能训练方法通过游戏的方式达到训练的效果，可以增加训练的趣味性，提高患者的训练热情与自主性，有利于提高患者的训练效果。
文档编号A63F13/00GK102641578SQ20111004030
公开日2012年8月22日 申请日期2011年2月18日 优先权日2011年2月18日
发明者严荣国, 徐秀林, 李放, 蒋奇永, 郭旭东 申请人:上海理工大学