基于單片機(jī)設(shè)計(jì)康復(fù)儀的方法及其應(yīng)用
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4．康復(fù)儀的結(jié)構(gòu)
4．1 康復(fù)儀的結(jié)構(gòu)示意圖
圖中，重力傳感器1-6是型號(hào)為NEA-60kg的重量傳感器，它們分別安裝在二個(gè)測試平臺(tái)的三個(gè)角上，用于測量人體重心的運(yùn)動(dòng)參數(shù)。重力傳感器的輸出信號(hào)與單片機(jī)相連接，由單片機(jī)按每秒30次的采樣速度測得人體重心運(yùn)動(dòng)的動(dòng)態(tài)軌跡，并通過RS-232串行口把數(shù)據(jù)傳送到PC計(jì)算機(jī)。在計(jì)算機(jī)中對(duì)測量的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并生成相應(yīng)的圖像顯示，還可以通過打印機(jī)予以記錄。
4．2 測試平臺(tái)
測試平臺(tái)共有兩塊，每塊由45厘米等邊三角形5mm厚的鋼板和三個(gè)重力傳感器構(gòu)成。三個(gè)傳感器均勻地分布在測試平臺(tái)的三個(gè)頂角上，每個(gè)傳感器的測量范圍為0-60 Kg。一般人的體重在100Kg以下，考慮到人體站立上去的沖擊力量，我們?cè)O(shè)計(jì)的測試平臺(tái)負(fù)荷為0-180Kg，因此兩個(gè)測試平臺(tái)的總負(fù)荷為360Kg。經(jīng)過測試，該測試平臺(tái)完全能夠承受，并且，在每個(gè)測試平臺(tái)的重力傳感器邊上安裝了防過載裝置。
4．3人體重心運(yùn)動(dòng)軌跡測量儀
測量儀選用與MCS-51系列單片機(jī)兼容的AT89C52 CPU芯片，內(nèi)帶8K字節(jié)的閃存可重復(fù)擦寫1000次，數(shù)據(jù)保存10年。該單片機(jī)功耗低，修改程序方便。負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集和傳送。傳感器傳送來的測量信號(hào)變換成頻率信號(hào)，通過AT89C52單片機(jī)的T0口輸入，測量精度高，便于光電隔離，抗干擾能力強(qiáng)。人體重心運(yùn)動(dòng)軌跡的采樣是通過力學(xué)中的力矩平衡原理來實(shí)施的。儀器在測量平臺(tái)的三個(gè)角上均勻分布了三個(gè)力傳感器。人站在測量平臺(tái)上，人體的重心通過測量平臺(tái)傳遞到力傳感器上。單片機(jī)不斷地檢測傳感器輸出的信號(hào)，并通過力矩平衡原理進(jìn)行力學(xué)計(jì)算，求出人體重心運(yùn)動(dòng)的軌跡，本項(xiàng)目測量精度為±0.1kg單片機(jī)采集處理后的人體重心運(yùn)動(dòng)軌跡數(shù)據(jù)，通過RS-232串行口接到一塊MAX-232芯片上，并通過MAX-232芯片與PC機(jī)交換信息，完成人體重心運(yùn)動(dòng)軌跡的實(shí)時(shí)測量工作。
4．4 數(shù)據(jù)處理與圖像生成系統(tǒng)
采用PC計(jì)算機(jī)，在Windows操作平臺(tái)下，利用Visual Basic的串行口編程功能讀取單片機(jī)傳送來的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，形成重心分布圖、位移圖、平衡雷達(dá)圖、重心譜圖、參數(shù)表等四圖一表的信息。
在人機(jī)交互方面，登錄測試者的信息，包括姓名、門診編號(hào)、身高、體重、年齡、性別等信息，并有語言、音樂、背景圖像等多媒體予以輔助。
Visual Basic簡稱VB是一種可視化的語言，在Windows環(huán)境下的語言開發(fā)工具。在程序開發(fā)過程中，特別是圖形處理方面不必編寫代碼去描述界面元素的外觀和位置，只要把預(yù)先建立的對(duì)象拖放到屏幕上的一點(diǎn)即可。在VB環(huán)境下，利用事件驅(qū)動(dòng)的編程機(jī)制、新穎易用的可視化設(shè)計(jì)工具，使用Windows內(nèi)部的應(yīng)用程序接口（API）函數(shù)，以及動(dòng)態(tài)連接庫（DLL）、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換（DDE）、對(duì)象的鏈接與嵌入（OLE）開放式數(shù)據(jù)庫訪問（ODBC）等技術(shù)，可以高效、快速地開發(fā)出Windows環(huán)境下功能強(qiáng)大、圖形界面豐富的應(yīng)用軟件系統(tǒng)。
5．項(xiàng)目應(yīng)用前景
國際上已經(jīng)有應(yīng)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行人體平衡能力的測試和分析的研究，國內(nèi)也有個(gè)別單位研制靜態(tài)平衡儀。我們這次研制的人體平衡康復(fù)儀，是在吸取了已有的平衡儀的優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，充分了解了上海瑞金醫(yī)院的臨床診斷要求，研制出了具有靜態(tài)測試和動(dòng)態(tài)訓(xùn)練雙重功能的平衡康復(fù)儀。在靜態(tài)測試方面包含了較多的參數(shù)，在動(dòng)態(tài)訓(xùn)練方面，既有康復(fù)訓(xùn)練的內(nèi)容，還包括臨床研究部分。該儀器既可以作為臨床治療用，也可以供臨床研究用，具有較寬的應(yīng)用面。
隨著我國老齡人口的增長和生活現(xiàn)代化發(fā)展，人體平衡能力方面的疾病不斷增多，開展這方面的研究和治療的需求也日益增加。進(jìn)口的儀器價(jià)格昂貴，每臺(tái)儀器在幾十萬元左右，并且沒有漢化功能，使用很不方便，也難以進(jìn)行兩次開發(fā)。而我們自己研制的儀器，功能方面勝過進(jìn)口的，價(jià)格僅十幾萬元，為進(jìn)口儀器的三分之一到 四分之一，而且便于進(jìn)行兩次開發(fā)。隨著醫(yī)保的普及和人們對(duì)健康的重視，對(duì)人體平衡康復(fù)儀這一類醫(yī)療設(shè)備的需求，將會(huì)有較大的發(fā)展，而且這種低價(jià)格的儀器比較容易進(jìn)入社區(qū)醫(yī)院。我們相信平衡康復(fù)儀必將在臨床治療和臨床研究方面獲得廣泛的應(yīng)用，為人類的健康作出貢獻(xiàn)，為提高人類的生活質(zhì)量作出貢獻(xiàn)。
評(píng)論