智能型手臂穩(wěn)定度測試儀的設(shè)計與開發(fā)

1、智能型手臂穩(wěn)定度測試儀的設(shè)計與開發(fā)    智能型手臂穩(wěn)定度測試儀的設(shè)計與開發(fā)    中國康復(fù)醫(yī)學(xué)雜志 2000年第4期第15卷 康復(fù)醫(yī)學(xué)工程    作者：楊煜普胡天培    單位：楊煜普（上海交通大學(xué)康復(fù)工程研究所，200030）；胡天培（上海交通大學(xué)康復(fù)工程研究所，200030）    人體手臂的穩(wěn)定程度是反映人體狀況的重要參數(shù)，也是反映中樞神經(jīng)系統(tǒng)機(jī)能狀況及上肢靈敏程度的重要標(biāo)志。因為手和臂的

2、運(yùn)動機(jī)能與大腦、小腦、神經(jīng)、肌肉、植物性神經(jīng)系統(tǒng)、血液循環(huán)系統(tǒng)等密切關(guān)聯(lián)，所以說手臂的穩(wěn)定程度與人的生理狀態(tài)密切相關(guān)。其次，當(dāng)人體的某些部分出現(xiàn)病變、導(dǎo)致功能障礙時，往往影響手臂的穩(wěn)定程度，因此手臂穩(wěn)定程度與人的病理狀態(tài)也密切相關(guān)。 另外，手臂動作的穩(wěn)定程度與人的心理和神經(jīng)活動狀態(tài)密切相關(guān)。    手臂穩(wěn)定度是一種能夠客觀評價人體手臂穩(wěn)定程度的定量指標(biāo)，這個指標(biāo)是依據(jù)人手能傳遞人體重要醫(yī)學(xué)信息的特性而發(fā)明的，現(xiàn)已成為醫(yī)學(xué)檢測與診斷的依據(jù)之一。同時手臂穩(wěn)定度也可用作健康檢查、體能測試、康復(fù)評定，以及心理測試的一項新的重要指標(biāo)。  

3、60; 人體手臂的穩(wěn)定度需要有專用的儀器進(jìn)行客觀的測定，為了便于普及應(yīng)用，測試過程應(yīng)盡可能簡便可靠。本文研究中的智能型手臂穩(wěn)定度儀是專用于手臂穩(wěn)定度定量測定的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備。智能型手臂穩(wěn)定度是儀以pc/104 嵌入式計算機(jī)為核心、采用windows OS平臺和Visual Basic 語言、以實(shí)現(xiàn)專家系統(tǒng)綜合功能為目標(biāo)設(shè)計與開發(fā)的，可兼用于康復(fù)醫(yī)療功能訓(xùn)練。    1設(shè)計原理    手臂穩(wěn)定度儀的設(shè)計原理是將手的顫動范圍，分級限定，量化成0.11.0 10個等級。測試方法為用手握持一定直徑的測試棒，分別插入一定

4、深度、不同孔徑的測驗孔中，根據(jù)能否通過來判斷穩(wěn)定度級別。    依據(jù)感知覺與動作協(xié)調(diào)關(guān)系原理，引入工程技術(shù)的穩(wěn)定性概念和定量方法。    在手臂懸空的條件下，面對10個不同孔徑的測驗孔，手持測試棒（握筆狀）自左至右依次由大孔至小孔順序通過。將通過之孔數(shù)與全部測驗孔數(shù)（10個）之比值，定義為該側(cè)的手臂穩(wěn)定度1：    S=(10F）10 (1)    式中，S：手臂穩(wěn)定度，0 S1.0; F：失誤未能通過之孔數(shù)。  &

5、#160; 手臂穩(wěn)定度數(shù)值越大，表明手臂動作的穩(wěn)定程度越高，自主控制能力越強(qiáng)。    合理的測試統(tǒng)計結(jié)果，其數(shù)據(jù)應(yīng)呈正態(tài)分布。因此通過大量測試實(shí)踐，調(diào)整參數(shù)，最后選定測試棒直徑為1mm，測驗孔直徑則由下列經(jīng)驗公式確定：    Dn=2A（10n)×Btan(/2)（1.0Sn)×（10n)(2)    式中, Dn：第n個測試孔徑，n=1，2, 10；    A： 收斂焦距；n：測驗孔序號； B：測驗孔中心

6、距；：名義收斂角； Sn：第n孔對應(yīng)的手臂穩(wěn)定度。    測驗孔直徑計算簡圖見1。        圖1測驗孔直徑計算簡圖    測試棒通過每個測驗孔的測試行程L為20mm，兩個相鄰測驗孔之間的測試動作完成時間t10s。    為盡可能準(zhǔn)確反映人腦（包括整個中樞神經(jīng)系統(tǒng)）對手臂動作的控制機(jī)能和上肢（手和臂）的運(yùn)動協(xié)調(diào)性和靈敏度，總體設(shè)計原則是：整個測試過程手臂必須處于懸空狀態(tài)，不得依托或擱置；手持測

7、試棒（握筆狀，左手或右手視要求而定），端坐儀器桌前，視線與測驗孔平面應(yīng)保持垂直；測試過程必須自左至右依次將測試棒插入（出）測驗孔；相鄰兩個測驗孔之間動作完成時間限定在10s內(nèi)；用于生理和病理檢測時，應(yīng)盡可能排除心理因素干擾。    依據(jù)上述方法對5645例不同年齡的健康人群進(jìn)行測試，檢測結(jié)果所得手臂穩(wěn)定度正常值見附表。其頻率分布圖的形狀近似正態(tài)分布，這就驗證了上述設(shè)計方法的正確性和合理性。    附表5645例不同年齡的健康人群手臂穩(wěn)定度正常值      

8、      年齡(歲)    左側(cè)手臂穩(wěn)定度正常值    右側(cè)手臂穩(wěn)定度正常值            47    0.3    0.2          

9、60; 812    0.5    0.4            1349    0.6    0.5            5069    0.5&

10、#160;   0.4            7079    0.3    0.2            80    0.2    0.2  

11、0;             圖2頻率分布圖    2系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)    系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)：如圖3所示。    軟件系統(tǒng)：Windows 98 平臺、Visual Basic開發(fā)語言、具有專家系統(tǒng)功能的應(yīng)用系統(tǒng)模塊2。    功能特點(diǎn)：圖形界面、全漢語顯示與提示、智能化輔助診斷功能、測試結(jié)果以A4紙張圖文格式打

12、印。見圖3、4。        圖3系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)        圖4系統(tǒng)基本流程框圖    3結(jié)論    手臂穩(wěn)定度和手臂穩(wěn)定度儀在生理穩(wěn)定與心理穩(wěn)的檢測方面，已有廣泛應(yīng)用：健康檢查。包括全身體檢補(bǔ)充項目、神經(jīng)系統(tǒng)、精神系統(tǒng)檢查；康復(fù)評定。進(jìn)程療效對照；功能訓(xùn)練。增強(qiáng)生理穩(wěn)定與心理穩(wěn)定控制力；心理測試。如觀測情緒緊張程度；生理、心理素質(zhì)提高。如運(yùn)動員訓(xùn)練、軍事訓(xùn)練；特殊用途檢測。如公安、司法、軍事部門的特殊訓(xùn)練和檢測手段；健康游戲機(jī)具。可放在社區(qū)活動室、老年活動中心、工會俱樂部，等等。智能型手臂穩(wěn)定度儀為手臂穩(wěn)定度的測量提供了更為方便而實(shí)用的手段，儀器同時能兼用于康復(fù)醫(yī)療功能訓(xùn)練，有廣闊的應(yīng)用前景。    本研究為國家自然基金資助項目(項目號：39930070)