运动治疗方法和运动治疗仪器

摘要

本发明提供的装置和方法涉及康复运动医学和神经机能失常的患者康复。通过与患者身体各部分适配的悬浮器将患者平衡放置。悬浮器通过设有电和气动驱动器和驱动元件的驱动机构移动，通过编程PC控制，以便通过控制虚拟环境中的对象来激励患者在仅有一点体力活动或者完全没有体力活动时进行反复运动。其有效性通过驱动器的耗能的减少来判断。本装置包括基座，该基座包括两个平行的导轨，导轨设置有可移动横杆，成对的驱动机构移动式设置在移动式导轨上；监控装置；PC；检测驱动机构状态的传感器以及电源。还包括用于分析每个驱动器所用能耗以及评估治疗结果的装置。

说明书

技术领域

本发明涉及医学，包括运动医学，可用于因神经系统疾病而破坏其运动机能 的患者的康复。

背景技术

最早的给运动机能有明显中央断裂的婴儿做节奏反射建模的方法之一是由 美国运动治疗者Tample Fay于1954发展的。本质上，该方法是一种由专业人士 (Glenn Doman，《该对你的脑损伤孩子做什么》，2007年，ISNB 9789984392363， 第37-38页)开发的行走模式的被动建模。需要三个人与孩子同时运动：其中的 一个在孩子的后面右侧弯曲孩子的腿和手臂，另一个在左侧矫直孩子的腿和手 臂，第三个向左右转动孩子的头部。一个成年人则需要5个人来进行操作(一个 人转动患者头部，各腿部和手臂分别由一个人来操控)。很明显，该方法需要很 多组织工作。

在运动疗法的理论与实践方面的进展使得拉弹性橡胶的方法应用而生，它用 设有滑轮和配重的悬浮器以及滑动表面来平衡患者身体的特别部位的体重(VL  Naidin，《有运动障碍的神经外科患者的康复》，莫斯科：“医学”，1972年，第 216-217页)，这使得患者做主动运动时能有少量的体力来协助这个运动。通过使 用小于身体部位体重的体力，这些方法在运动训练中能起到作用。

可用的方法的其中一个缺陷是它们对医疗人员的高度依赖性，缺乏自动化以 及没有一个评估其有效性的简单方法。

可作为衡量可用康复设备技术水平的一个良好指标的特征是：它通常包括一 些固定在地面，墙壁或者天花板的支撑结构(三维框架，基座，立柱)，一些用 来平衡患者的体重的配重，一些机构和一些用作垫在患者身下的液压或气动枕的 组件(部件)，按照以下专利：(2011年6月27日公开的RU 2422123，C2，A61H1 /00)控制枕中气压。

现有一种游泳装置(Tza-Pei Grace Chen，Yuichiro Kinoshita Sidney Fels， Ashley Gadd等，《跨太平洋游泳：SIGGRAPH 2004新兴技术的虚拟游泳借口方 案》网址：http：//www.ece.ubc.ca/-tzupei/sapCGA.pdf)，其包括木框架(外壳)， 上和下水平横梁，静态绳索，其穿过连接于横梁且与绳索和卡宾固定的成三角平 面悬浮的滑轮，以支撑患者的肩部和臀部。用于脚踝的绳索穿过安装在顶部横梁 以及下部横梁的滑轮。绳索上都拴着沙袋，它作为平衡游泳者的腿部的配重。平 衡该装置是专为虚拟游泳设计的：游泳者身体的各部分都由配重来平衡。

该装置并不能适应于各不同应用条件：必须组装一套配重，设定整个“客户 端装置”系统为各患者提供单独的工作机制。此外，为了使腿或手臂移动，必须 施加两倍的力来克服的双重的静止状态。由于人体只能围绕其自身轴线转动，且 由于没有驱动力，只能通过施加力使腿仅在垂直平面内移动，这种设计被大大局 限在其对参与者身体的不同部位的刺激能力上。

所提出的方法和设备的原型为(最新技术)在发明“生化刺激肌肉和运动机 能康复的方法和设备”(2002年7月10日公开的，RU 2184517，C2，A61H1/00)。 在本方法中，患者的身体先被放入一个主位置：他们的头，身体，腿和手臂以及 脚趾和手指，然后通过康复训练主控程序软件给这些部位施加强迫运动。每个患 者的生理参数的最大允许值包括：心率、呼吸率、血压和体温都要事先测量。然 后，在进行强迫运动时，继续测量这些参数，并且计算测量值和最大允许值之间 的差异；然后分析计算结果，以便生成控制信号：‘多’，‘少’和/或‘停止本阶 段运动’。

该原型发明的设备包括基座，安装在基座上的驱动器和操作装置，与驱动器 连接的驱动控制装置，处理器，其输出通过患者生理参数传感器与驱动器连接的 处理器，以及电源、所需空气源和电力气动阀(EPV)系统。驱动器的各驱动装 置为充气室块，通过EPV系统相互连接，且配备电源和所需空气源，分别与驱 动控制装置、实际运动规律(似乎是患者的身体)传感器以及生理参数传感器相 互连接。

所有公知方法，包括原型方法，都具有所有被动设备治疗的典型缺陷，其中 最明显的是患者自身的活动登记情况不足。使用上述参数，可以非常客观地判断 患者的状态以及他们的心理舒适度，但无法了解康复过程的有效性。

发明内容

公知设备，包括原型设备的缺陷是：功能选项不足，针对各患者的适应性不 强，高能耗，即，消费者购买力不过强。

针对现有技术水平较低或者空白的情况，本发明的方法旨在扩大其功能选 项，提高患者的运动机能康复的积极性和有效性。

本发明的设备旨在扩大其功能选项，使其更适应各患者的参数(他们的身高、 体重、体质等)，实现更加可靠、经济和安全的应用，即：使其更吸引客户。

该方法的目的是实现如下工作方式：将患者水平放置在主位置，通过驱动机 构对患者身体的任何一部分所需的运动进行编程且执行这些程序，同时监测心理 生理参数能，即，进行编程运动时，监测生理心理参数，且生成加强，缓解或停 止运动过程的信号；将患者放置主位置后，他/她被举起并保持悬浮平衡状态， 使操作者对患者身体各部分进行复杂的、相互关联的以及有节奏的编程运动，这 会消耗最少的能量；使用适配定位与患者身体不同部位的悬浮器将患者保持悬浮 状态，使用可以同时和单独使用的编程驱动机构，各驱动机构分别设置有电和气 驱动器；在各阶段中的程序运动期间，测量和记录驱动机制的编程运动和驱动机 构的驱动器功耗的实际参数；在动态功耗的基础上，测量各阶段的有效性；在检 测到特定驱动机构的特定驱动器的能耗率减少时，其表明患者在本阶段中开始或 者继续体力活动，此时要校正编程运动；PC上生成的虚拟角色扮演环境用于激 励患者参与此过程，且患者能够控制虚拟对象；将本阶段中产生的编程运动的各 参数保存，以便分析本阶段的有效性，以及与其他康复训练过程的数据进行比较。

本发明的设备部分的目标按照如下实现：所提出的装置包括设置有驱动机构 的基座，将驱动机构紧固在患者身体不同部分的驱动器，控制和监测块，设有主 控程序的PC，以上组成部分的输出通过控制块，电源和压缩气源与驱动机头连 接；该基座包括紧固在患者上面的固定基座上的两个平行的纵向导轨；横木可沿 导轨滑动；各横木承载各驱动机构，每个表示由设有柱塞的汽缸，设有编码器(旋 转角传感器)的电机以及输出轴上的滑轮组成的组件；各驱动元件，例如，为单 丝或设有光滑聚合物涂层的柔性非伸缩绳索；该元件通过汽缸的对接端密封，同 时其一端部与柱塞相连，其中间部分与电机的滑轮槽匹配，该驱动元件的第二端 可连接支撑患者身体的特定部位的悬浮器；各驱动机构的控制块包括控制器、电 流传感器、编码器和电-气动分配器；通过电-气动分配器，各气缸的工作空间与 压缩气源相连；控制块的各传感器的输出与控制器的输入连接，其中一个输出通 过电流传感器与电机连接，而另一个输出与所述电-气动分配器相连；另外，各 气缸可分别装配接收器，该接收器内部空间通过在气缸壁上的小孔与气缸的工作 空间连接。

这种缺乏，如任何信息、或是具有相同(或等同)重要性的一套技术方案， 包括区分度、特征以及在常用资源中相同的特性，包括专利，使得所提出的方法 和技术设备具有新的和不明显的特点，其中，可知的是本发明明确实现了使本发 明符合专利申请的必要的结果。

附图说明

本发明技术设备的结构通过附图说明，其包括下列视图：

本发明装置的全视图(图1)；

本发明装置的立体图(图2)；

设有控制块的本发明装置的驱动机构的立体图(图3)；

设有两个驱动机构和传感器的横木(图4，俯视图)；

设有两个驱动机构和传感器的横木(图5，侧视图)；

设有两个驱动机构和传感器的横木(图6，正视图)；和

驱动机构的分解图(图7，沿汽缸中心线的截面)。

具体实施方式

本发明的康复训练装置(图1-7)包括基座1，基座包括由两个平行的纵向 导轨7，导轨设有紧固件8，用于将导轨连接到天花板；5个活动式横木9，其可 沿着导轨滑动，即，它们的数量取决于患者身体需要悬浮的部位的数量。每个活 动式横木9支撑一对驱动机构2。各驱动机构2用于保持悬浮的患者以及操作他 /她身体的特定部位；每个驱动机构2包括设有驱动元件14和电机12的汽缸10， 电机12的输出轴设有滑轮13。电机12可配备有减速器(如图4-6所示)。每个 驱动机构2的驱动元件14为设有光滑聚合物涂层的柔性非伸缩绳索(或者其为 粗聚合物单丝)；其一端连接汽缸10的柱塞11，其穿过汽缸10的对接端封口15， 其中部与滑轮13的槽适配，而另一端与支撑患者的悬浮器连接(悬浮器如图1 所示，但是各悬浮器没有标号)。

每个驱动机构2的控制块3包括控制器16，与汽缸10的工作空间21气动 连接的压力传感器18，安装在电机12的轴上的编码器19(旋转角度传感器)， 安装在电机进给线上的传感器17以及电-气动分配器20。每个汽缸10的工作空 间21通过电-气动分配器20(三位置，正常关闭)与压缩气源6连接。控制块3 的所有传感器的输出与控制器16电连接。每个控制块3的每个控制器16(见图 2和3的位置3.1-3.n)与PC4连接，PC通过数据传输网26加载的适当软件进行 编程。每个驱动机构(如图2中的位置2.1-2.n)的每个汽缸10可另外配置有外 壳式接收器22(如图7)，以便接收器与汽缸10之间形成腔体23，接收器22的 腔体23通过气缸壁的小孔24与汽缸10的工作空间21连接。该装置也包括患者 控制虚拟图像时感测其身体位置的传感器。普通传感器加速器可用于此目的。设 有可改变的软盖的容纳空间25配置在装置作为患者主要位置。

本发明的康复方法是按照下列方法使用所提出的装置。将患者水平放在容纳 空间25，面向下。事先将悬浮部件放在容纳空间的适当位置(它们可以使用设 有尼龙搭扣的袖口，以及用于驱动元件14的卡宾扣件的环)，根据所需支撑的区 域，将它们连接到患者身体。沿导轨7移动横木9，沿着横木9移动驱动机构2， 设置驱动机构之间的距离，以便于驱动机构的相互位置与患者的人体测量数据相 对应。

带适当软件的PC4通过数据传输网络26控制电-气动分配器20，通过每个 控制块3.1-3.n的每个控制器16提供每个汽缸适当气量，以便将装置-患者系统 带到工作位置，这意味着患者被举到指定高度，保持在放置位置，支撑在实际随 遇平衡状态下。

监测下列参数：a)通过气压力传感器18监测汽缸10的气压分布；b)通过 编码器-传感器19，根据程序监测驱动机构将身体各部分举起的高度。一旦将患 者举来，即，达到‘装置-患者’系统的平衡状态，系统可获得下列特征：机械 偏移使系统稍微向后倾斜到原来的中间位置，每个驱动元件14以及每个悬浮部 件可容易地进行水平和垂直移动，因为设有接收器22的汽缸10内的柱塞11的 任何行程，仅需一点力就可将患者的身体任何一部分或者整体设定到运动状态， 由此垂直方向的各悬浮器的任何行程仅会产生很小的压力变化，将柱塞从中间位 置向下或者向上移动所需的力实际上也是一样的。

例如，由于这种工作模式下的柱塞已经运行10cm，从驱动元件14悬浮的配 种是10kg，汽缸内的压力变化为0.027kg/cm²，保持倾斜位置的重量所需的力大 约为1H。然后，当控制器16给电机12的滑轮13发送信号时，滑轮13按照程 序要求反复旋转运动(如图7中箭头所指)，对不同单独运动阶段的不同身体部 位设定角振荡幅度和频率，每个滑轮以及每个悬浮器可按照调和定律(沿着正弦 曲线)移动。例如：运动从头-胸部位开始，直接向下，然后，一段时间后，骨 盆在同样的方向移动，然后，再一段时间后，是臀部，然后是胫骨在同样的方向 移动。

然后，当达到最低运动点时，身体各部分开始随着同样的顺序向上移动。既 然身体各部分以同样的频率移动，所以要保持它们之间的相差，整个身体沿着设 定的路径振荡，成波状，例如模仿海豚的运动。可单独调整身体各部分的幅相， 身体各部分的普通振荡在操作时可以控制。按照设定参数进行程序化运动，使得 患者有机会参与运动，即，与驱动机构的电机保持同步，通过提供给电机的电流 安培数以及患者使用的体力来控制运动参数，可以控制、增加或者减少安培数。

PC也可以控制虚拟角色表演环境，将其显示在设定在患者舒适位置的监测 器上。患者通过位置传感器控制表演(虚拟)对象，表演对象跟随患者运动，将信 号发送到PC；由此，患者可以垂直或者水平移动表演对象。编码器传感器监测 患者腿部的运动，将此类参数，如腿部运动的幅度和频率传送到PC，PC通过这 些信号控制表演对象的速度；即，患者可以向前移动表演对象，改变其速度，速 度与腿部的幅度和/或者频率的数值直接相关。此类运动参数，如幅度和频率要 严格设定，虚拟对象的速度通过患者的体力活动来控制，即，在程序化运动范围 内的患者自立基础上，使用电流传感器确定这些限制，电流传感器通过电机检测 能耗的减少，实际准确的是其增加了运动中对象运动速度的虚拟化。患者实际参 与运动，使其更加积极地参与康复过程。将本阶段记录的各参数保存，以便分析 本阶段的有效性，以及与其他康复训练结算的数据进行比较。

在患者从完全被动到部分或者完全脱离激励状态范围的康复过程中，所提出 的发明可获得必要结果，即，其最为训练激励器。