智能型多功能肢体残疾康复治疗仪的研制*
作者：鲁 雯 张 辉 鲁玉来 董 军 王先运
单位：泰山医学院 (271000)
关键词：智能型；治疗康复仪；肢体残疾
提要 提要：介绍了一种以IBM-PC机为基础的智能型多功能肢体残疾康复治疗仪，它主要应用于肢体残疾的治疗和康复。训练速度、角度以及时间，均可自动控制和监视。该仪器性能优良，操作简便，结构紧凑，是一种新型的治疗和康复装置。
The Development of Intelligent Multi-function Instrument
of Treatment and Rehabilitation for Disablement of Limb
Lu Wen Zhang Hui Lu Yulai Dong Jun Wang Xianyun
, http://www.100md.com
Taishan Medical College
ABSTRACT:Intelligent muti-function limb treatment and rehabilitation instrument based on IBM-PC is introduced in this paper. It is mainly used for treatment and rehabilitation in the disablement of limb. The range speed and training time can be controlled and monitored. The instrument has the advantages of high reliability, easy operation and compact structure. It is a new kind of intelligent limb rehabilitation instrument.
, 百拇医药
KEY WORDS: Intelligent Instrument of treatment Rehabilitation Disablement of limb
某些疾病或外伤造成的肢体骨关节或神经病变，都能引起肢体残疾：如各种关节病变术后，肢体骨折、肌腱损伤修复或重建术后，脑血管病变引起的肢体瘫痪和各种神经干病造成的肢体瘫痪等，不仅给病人带来痛苦，也是家庭和社会的负担。如何加强对此类病人的治疗促使患者尽快恢复肢体功能，是亟待解决的重要课题之一。以往采用的方法主要有：人工被动肢体功能训练、使用下肢被动运动治疗仪等。上述方法虽有效，但因不能从生理角度科学、客观和量化控制肢体活动幅度与治疗时间，因此难以达到预期的效果。
针对上述问题，我们在国内率先研制成微机控制下的肢体被动治疗与康复装置，它可根据不同关节的生理功能和承受力度分别进行定向、定量、定时训练，整个仪器使用科学和便捷，为肢残病人治疗和康复提供了新的设备。
, 百拇医药
本文对该仪器的主要设计原理和方法进行介绍。
1 系统组成和工作原理
整个系统包括机械部分、电路测量部分和微机控制部分。
1.1 机械部分
机械部分主要包括齿轮系、转盘、各种规格的转动杆。外形结构见图1。
图1 外形结构简图
, 百拇医药
图2 电路框图
图3 菜单框图
它是以步进电机作为动力源，带动转盘运动，然后由病人的肢体被动地做相应的关节伸屈、内收外展和旋转运动。其中步进电机的转动由微机控制，经两级齿轮传动并输出到转盘上，病人训练速度、角度、时间均可控制。转动杆用螺栓固定在转盘上，病人可以用手直接握住转动杆的把手，由医生操纵仪器来进行治疗和康复。
为便于观察及控制角度，两边转盘都刻有刻度，考虑到紧急情况，还设有安全保护功能的紧急停机开关，可以自动停机，整个设计合理、实用。
1.2 电路测量部分
, 百拇医药
电路如图2所示。
主要由传感器、力矩测量电路、电机控制模块、AD/DA卡、步进电机等组成。
为实现对仪器的控制及方便用户对治疗和康复过程的掌握，本设计需测定病人被动训练产生的阻力距，在左右输出方向贴有传感器，采用电阻应变片式，并接成差动桥式电路，应变片电阻率的变化经力矩转换电路转化为变化的电压信号，再经过A/D卡转换为数字输入微机CPU，实现力矩图的显示并可打印，同时计算机根据所采样的力矩信号的大小及菜单中设定的信息将控制信号送入AD/DA卡，传入电机控制模块再输入到步进电机中，从而控制步进电机的转向、转速和转动时间。
我们将整个电路部分置于微机机箱内，统一由计算机内部电源供电，结构紧凑并可保证电压的稳定可靠。
1.3 微机部分
该仪器配以IBM-PC机，主要是利用PC机强大的数据处理和图形显示功能。主要完成菜单显示、A/D采样数据处理、控制电机运行、并打印力矩图。
, 百拇医药
2 系统软件设计
本系统软件采用C语言编写而成，采用模块化结构设计，主要包括下拉弹出式菜单、测量控制模块和打印模块。
2.1 下拉弹出式菜单
该菜单主要显示软件界面并读入病人训练信息，其框图如图3所示。
2.2 测量控制程序和打印模块
该模块主要完成对力矩的采样，通过对电机的正反转及运行步数控制达到控制肢体活动速度、角度、时间，从而实现训练的自动化。程序流程图见图4。
打印模块主要打印病人所需信息数据。
3 功能特点
(1) 本训练仪可以实现以下七个动作的被动训练：
, http://www.100md.com
a. 腕关节伸屈；b.前臂旋转；c.肘关节屈伸；d.肩关节伸屈；e.肩关节的内收外展；f.肩关节旋转；g.膝关节屈伸。
图4 程序流程图
(2) 训练速度可调。
(3) 关节运动的角度可调，并且训练可定时控制。
(4) 可进行机械复零，本仪器设有安全保护功能的紧急停机开关。
(5) 可按需打印病人的有关信息、本次治疗或训练参数及力矩的改变曲线。
4 结束语
, 百拇医药
智能型多功能肢体残疾治疗与康复仪经过临床试验108例，其中骨折、扭伤、脱臼36例，上肢慢性软组织损伤47例，脑血栓形成及周围神经损伤致上肢功能性障碍25例，均获得满意疗效。它的开发和研制填补国内被动功能训练的空白，现正进一步进行临床应用试验，使其早日成为实用的产品。
*山东省科委资助课题
参 考 文 献
1. 朱泽煌.医学仪器中的微机算机系统.高等教育出版社，1989.
2. 俞仁康、寿文德.医学仪器原理与设计.上海交通大学出版社，1990.
3. 张有颐.转距测量技术.计量出版社.1988.
4. 胡书仿、涂疑.实用Turbo C程序设计与范例.学苑出版社，1991.
5. Date converter reference manual Analog device technology. Inc. 1992.
(1998年5月28日收稿), http://www.100md.com
单位：泰山医学院 (271000)
关键词：智能型；治疗康复仪；肢体残疾
提要 提要：介绍了一种以IBM-PC机为基础的智能型多功能肢体残疾康复治疗仪，它主要应用于肢体残疾的治疗和康复。训练速度、角度以及时间，均可自动控制和监视。该仪器性能优良，操作简便，结构紧凑，是一种新型的治疗和康复装置。
The Development of Intelligent Multi-function Instrument
of Treatment and Rehabilitation for Disablement of Limb
Lu Wen Zhang Hui Lu Yulai Dong Jun Wang Xianyun
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Taishan Medical College
ABSTRACT:Intelligent muti-function limb treatment and rehabilitation instrument based on IBM-PC is introduced in this paper. It is mainly used for treatment and rehabilitation in the disablement of limb. The range speed and training time can be controlled and monitored. The instrument has the advantages of high reliability, easy operation and compact structure. It is a new kind of intelligent limb rehabilitation instrument.
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KEY WORDS: Intelligent Instrument of treatment Rehabilitation Disablement of limb
某些疾病或外伤造成的肢体骨关节或神经病变，都能引起肢体残疾：如各种关节病变术后，肢体骨折、肌腱损伤修复或重建术后，脑血管病变引起的肢体瘫痪和各种神经干病造成的肢体瘫痪等，不仅给病人带来痛苦，也是家庭和社会的负担。如何加强对此类病人的治疗促使患者尽快恢复肢体功能，是亟待解决的重要课题之一。以往采用的方法主要有：人工被动肢体功能训练、使用下肢被动运动治疗仪等。上述方法虽有效，但因不能从生理角度科学、客观和量化控制肢体活动幅度与治疗时间，因此难以达到预期的效果。
针对上述问题，我们在国内率先研制成微机控制下的肢体被动治疗与康复装置，它可根据不同关节的生理功能和承受力度分别进行定向、定量、定时训练，整个仪器使用科学和便捷，为肢残病人治疗和康复提供了新的设备。
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本文对该仪器的主要设计原理和方法进行介绍。
1 系统组成和工作原理
整个系统包括机械部分、电路测量部分和微机控制部分。
1.1 机械部分
机械部分主要包括齿轮系、转盘、各种规格的转动杆。外形结构见图1。
图1 外形结构简图
, 百拇医药
图2 电路框图
图3 菜单框图
它是以步进电机作为动力源，带动转盘运动，然后由病人的肢体被动地做相应的关节伸屈、内收外展和旋转运动。其中步进电机的转动由微机控制，经两级齿轮传动并输出到转盘上，病人训练速度、角度、时间均可控制。转动杆用螺栓固定在转盘上，病人可以用手直接握住转动杆的把手，由医生操纵仪器来进行治疗和康复。
为便于观察及控制角度，两边转盘都刻有刻度，考虑到紧急情况，还设有安全保护功能的紧急停机开关，可以自动停机，整个设计合理、实用。
1.2 电路测量部分
, 百拇医药
电路如图2所示。
主要由传感器、力矩测量电路、电机控制模块、AD/DA卡、步进电机等组成。
为实现对仪器的控制及方便用户对治疗和康复过程的掌握，本设计需测定病人被动训练产生的阻力距，在左右输出方向贴有传感器，采用电阻应变片式，并接成差动桥式电路，应变片电阻率的变化经力矩转换电路转化为变化的电压信号，再经过A/D卡转换为数字输入微机CPU，实现力矩图的显示并可打印，同时计算机根据所采样的力矩信号的大小及菜单中设定的信息将控制信号送入AD/DA卡，传入电机控制模块再输入到步进电机中，从而控制步进电机的转向、转速和转动时间。
我们将整个电路部分置于微机机箱内，统一由计算机内部电源供电，结构紧凑并可保证电压的稳定可靠。
1.3 微机部分
该仪器配以IBM-PC机，主要是利用PC机强大的数据处理和图形显示功能。主要完成菜单显示、A/D采样数据处理、控制电机运行、并打印力矩图。
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2 系统软件设计
本系统软件采用C语言编写而成，采用模块化结构设计，主要包括下拉弹出式菜单、测量控制模块和打印模块。
2.1 下拉弹出式菜单
该菜单主要显示软件界面并读入病人训练信息，其框图如图3所示。
2.2 测量控制程序和打印模块
该模块主要完成对力矩的采样，通过对电机的正反转及运行步数控制达到控制肢体活动速度、角度、时间，从而实现训练的自动化。程序流程图见图4。
打印模块主要打印病人所需信息数据。
3 功能特点
(1) 本训练仪可以实现以下七个动作的被动训练：
, http://www.100md.com
a. 腕关节伸屈；b.前臂旋转；c.肘关节屈伸；d.肩关节伸屈；e.肩关节的内收外展；f.肩关节旋转；g.膝关节屈伸。
图4 程序流程图
(2) 训练速度可调。
(3) 关节运动的角度可调，并且训练可定时控制。
(4) 可进行机械复零，本仪器设有安全保护功能的紧急停机开关。
(5) 可按需打印病人的有关信息、本次治疗或训练参数及力矩的改变曲线。
4 结束语
, 百拇医药
智能型多功能肢体残疾治疗与康复仪经过临床试验108例，其中骨折、扭伤、脱臼36例，上肢慢性软组织损伤47例，脑血栓形成及周围神经损伤致上肢功能性障碍25例，均获得满意疗效。它的开发和研制填补国内被动功能训练的空白，现正进一步进行临床应用试验，使其早日成为实用的产品。
*山东省科委资助课题
参 考 文 献
1. 朱泽煌.医学仪器中的微机算机系统.高等教育出版社，1989.
2. 俞仁康、寿文德.医学仪器原理与设计.上海交通大学出版社，1990.
3. 张有颐.转距测量技术.计量出版社.1988.
4. 胡书仿、涂疑.实用Turbo C程序设计与范例.学苑出版社，1991.
5. Date converter reference manual Analog device technology. Inc. 1992.
(1998年5月28日收稿), http://www.100md.com