人體平衡能力是衡量身體健康程度的重要指標(biāo)。平衡能力弱或平衡障礙通常表現(xiàn)為站立或行走不穩(wěn),容易造成跌倒。隨著人口老齡化的加劇,我國每年有4000萬老人因平衡障礙而發(fā)生跌倒事故,給家庭和社會造成了很大負擔(dān),因此平衡能力評測和訓(xùn)練具有非常重要的社會和經(jīng)濟價值。然而現(xiàn)階段人體平衡能力評估過程復(fù)雜、訓(xùn)練方案單一、相關(guān)設(shè)備復(fù)雜昂貴、靈活性差。本文針對上述現(xiàn)階段平衡能力評測與訓(xùn)練存在的問題,基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)研制一種新型人體平衡能力評測與訓(xùn)練系統(tǒng),具體工作內(nèi)容如下:（1）首先針對人體平衡能力評測與訓(xùn)練系統(tǒng)的可靠性、安全性、靈活性、舒適性要求,確定系統(tǒng)的簡單、快速、有效以及能夠?qū)ζ胶饽芰κ軗p原因分析的評測設(shè)計目標(biāo),和能夠充分調(diào)動患者主動參與訓(xùn)練積極性和專注性的訓(xùn)練設(shè)計目標(biāo)。然后基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)提出系統(tǒng)整體設(shè)計思想,建立系統(tǒng)的架構(gòu),利用傳感器技術(shù)、人機交互技術(shù)設(shè)計并制作系統(tǒng)的硬件平臺與人機交互界面。（2）根據(jù)上述系統(tǒng)設(shè)計目標(biāo),首先,參考醫(yī)學(xué)量表,科學(xué)篩選睜眼站立、閉眼站立、睜眼站立于海綿墊上、睜眼抬頭站立以及“畫圓”動作等五個評估動作,基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)設(shè)計平衡能力評測方案,為平衡能力評估奠定基礎(chǔ)。然后,采... 

【文章來源】：鄭州大學(xué)河南省211工程院校

【文章頁數(shù)】：85 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

國外平衡能力評測與訓(xùn)練系統(tǒng)

1緒論7國內(nèi)平衡能力評測與訓(xùn)練系統(tǒng)的研究起步較晚，主要存在于高校研究當(dāng)中[38-39]。目前國內(nèi)實際使用的平衡評測與訓(xùn)練系統(tǒng)種類較少，相比國外平衡評測與訓(xùn)練系統(tǒng)，顯得功能單一，且價格昂貴。國內(nèi)平衡能力評測與訓(xùn)練系統(tǒng)主要有北京金豪商貿(mào)有限公司生產(chǎn)的PC708靜態(tài)平衡訓(xùn)練儀（圖1.2a），該產(chǎn)品適用于醫(yī)療機構(gòu)，對具有平衡功能障礙的患者進行平衡能力的監(jiān)測和評估，并通過圖像引導(dǎo)使患者有意識的控制重心，達到訓(xùn)練目的，可以改善平衡功能、穩(wěn)定性和行走功能。石家莊渡康醫(yī)療機械有限公司生產(chǎn)的平衡功能檢測與訓(xùn)練系統(tǒng)DK-PHY（圖1.2b），該系統(tǒng)可對人體直立、直坐的重心變化及手指的輕觸擺動進行實時檢測、顯示和分析，從而幫助醫(yī)生對人體平衡功能異常進行診斷，同時通過視覺反饋幫助患者進行平衡功能的矯正與訓(xùn)練，并使治療師及時掌握患者的訓(xùn)練情況，及時調(diào)整訓(xùn)練方案。圖1.2國內(nèi)平衡能力評測與訓(xùn)練系統(tǒng)1.2.3虛擬現(xiàn)實技術(shù)在康復(fù)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用現(xiàn)狀虛擬現(xiàn)實技術(shù)是一種跨學(xué)科的綜合技術(shù)，是一種通過計算機產(chǎn)生虛擬環(huán)境，為用戶創(chuàng)造一種身臨其境的感覺，借助傳感器技術(shù)，使用戶可以投入并沉浸于虛擬環(huán)境中的技術(shù)[40]。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，虛擬現(xiàn)實技術(shù)在康復(fù)領(lǐng)域中有了廣泛的應(yīng)用[41]。如金星[42]等人，采用基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的康復(fù)訓(xùn)練對腦外傷恢復(fù)期患者進行平衡能力訓(xùn)練，訓(xùn)練結(jié)果表明，相比采用傳統(tǒng)訓(xùn)練方式的對照組，采用基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的康復(fù)訓(xùn)練的實驗組治療效果明顯高于對照組。Hoffman的討論表明，未來幾年來，虛擬現(xiàn)實技術(shù)在康復(fù)領(lǐng)域的應(yīng)用是一個很有前景的發(fā)展方向[43]。在虛擬環(huán)境中，用戶可借助傳感器與虛擬環(huán)境進行交互，將這種技術(shù)應(yīng)用到平衡能力康復(fù)治療中，可以突破傳統(tǒng)平衡能力康復(fù)治療的局

2系統(tǒng)整體設(shè)計13位置放置，以四個壓力傳感器的中心位置為坐標(biāo)原點，水平向右為X軸，水平向上為Y軸，建立直角坐標(biāo)系。在直角坐標(biāo)中，四個壓力傳感器對應(yīng)的坐標(biāo)分別為A（x1,y1），B（x2,y2），C（x3,y3），D（x4,y4），壓力傳感器上方鋪有人體壓力支撐板，人體站立于支撐板上方時，其壓力中心坐標(biāo)點為(,)copcopPxy，其具體數(shù)值可由式2.1和式2.2計算得出：CDABcopABCDFFFFxFFFF（2.1）ADBCcopABCDFFFFyFFFF（2.2）COP的測量精度對分析結(jié)果具有很大的影響，為了滿足COP測量精度以及測試的穩(wěn)定性，壓力傳感器的選擇最為重要，本文選擇使用中諾ZNBS-P型高精度壓力傳感器，如圖2.4所示，該傳感器精度為千分之一，單個傳感器量程選擇為30kg，四個傳感器總量程達120kg，滿足測試需求，且傳感器上下留有螺孔，便于安裝固定。圖2.4中諾ZNBS-P型高精度壓力傳感器由于需要進行數(shù)據(jù)采集與傳輸，按照經(jīng)濟實用的原則，選擇使用了Arduinonano3.0超小型單片機，和HC05藍牙模塊，并配備了外接直流電源供電。同時設(shè)計了盒蓋式的硬件封裝方式，制作了壓力支撐板底槽和上蓋。將四個壓力傳感器的下方分別固定于底槽距離各邊緣5cm處，使用沉頭螺釘固定，底槽內(nèi)部留有單片機、外接電源、藍牙模塊、電源開關(guān)、充電裝置的固定卡槽，底槽側(cè)面留有電源開關(guān)按鈕、充電插口、電源指示燈孔。上蓋模型采用平整平面設(shè)計，并在四周相應(yīng)位置留有沉頭螺孔，壓力傳感器上方采用沉頭螺釘固定于上蓋對應(yīng)螺孔處，壓力傳感器下方采用沉頭螺釘固定于底槽對應(yīng)螺孔處。利用Solidworks工具設(shè)計的硬件系統(tǒng)整體模型圖如圖2.5

【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
[1]人體站立平衡系統(tǒng)建模與平衡能力評價方法研究[D]. 劉琨.燕山大學(xué) 2016

碩士論文
[1]基于視頻分析的VR環(huán)境下人體平衡能力檢測系統(tǒng)研究[D]. 吝文濤.西安理工大學(xué) 2018
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本文編號：3625592