运动损伤与功能性近红外光谱技术综述

随着全民运动的兴起,运动损伤的发生率逐年增加,同时,随着人们经济生活的提高,对运动损伤后的康复更为重视。目前的运动损伤康复治疗以肢体功能康复为主,但运动损伤后脑功能变化也开始受到研究者的关注。功能性近红外光谱技术(fNIRS)以其抗干扰性、便携性等特点,可较好地应用于运动损伤患者的脑功能检测中。本文对运动损伤康复及fNIRS的研究成果进行了归纳总结,探讨了运动损伤康复的现状和研究进展,分析fNIRS及其在研究运动损伤后损伤肢体神经控制机制的应用价值,为进一步提升运动损伤的康复效果提出新思路。

数字医疗在老年医学领域中的应用:技术与产业进展

数字医疗指综合利用人工智能、大数据、计算机传感等技术,建立覆盖全病程、全场景的医疗服务模式,提升医疗服务质量和医疗资源利用效率,降低医疗成本。在我国老龄化不断加剧的背景下,数字医疗技术是解决老龄化科技应对难题的可行选择。该文就数字医疗在老年医学领域中的应用,从现有数字医疗技术发展格局、现存不足、未来老龄健康事业的发展等方面进行综述。

平衡生物反馈训练对脑卒中足内翻患者足底压力和平衡功能的影响

目的探讨平衡生物反馈训练对脑卒中足内翻患者的足底压力和平衡功能的作用。方法选择60例脑卒中足内翻患者,其中男性35例,女性25例;年龄50~58岁,平均年龄54.79岁;病程79~92 d,平均病程87.76 d;偏瘫左侧33例,右侧27例;脑梗死31例,脑出血29例。随机选择30例作为对照组,另外30例为试验组。对照组和试验组都进行综合训练,试验组在此基础上进行平衡生物反馈训练。两组连续训练8周,每周5 d,每天2次,每次共60 min。选用美国Tekscan公司的Footscan三维动态足底压力步态分析系统。在治疗前和治疗后8周,对患者的足底压力和平衡运动学参数进行对比。结果在足底压力方面,治疗前,两组患者内外侧压力和接触面积差异无统计学意义(P>0.05);治疗后,两组患者内侧压力增大(P<0.05),外侧压力减小(P<0.05)[试验组治疗前后内侧压力(150.18±96.30)N vs(175.70±99.95)N,外侧压力(184.14±85.72)N vs(166.46±112.01)N;对照组治疗前后内侧压力(147.11±74.22)N vs(165.97±71.93)N,外侧压力(230.13±93.73)N vs(223.57±114.75)N]。两组患者内侧接触面积增大(P<0.05),外侧接触面积减小(P<0.05)[试验组治疗前后内侧接触面积(26.75±12.07)cm^(2)vs(34.97±9.17)cm^(2),外侧接触面积(45.79±21.57)cm^(2)vs(37.86±21.99)cm^(2);对照组治疗前后内侧接触面积(39.28±22.25)cm^(2)vs(42.44±14.76)cm^(2),外侧接触面积(45.74±22.66)cm^(2)vs(41.73±20.54)cm^(2)],且与对照组相比,试验组内外侧压力和接触面积变化更为显著(P<0.05)。在平衡运动学参数方面,治疗前两组患者运动学参数差异无统计学意义(P>0.05);治疗后两组患者的X、Y轴上的轨迹长度、均方差、最大动摇径、总轨迹、偏移长度和包络面积均显著降低(P<0.05),速度、单位面积轨迹长度均显著升高(P<0.05),试验组平衡运动学参数改善更为显著(P<0.05)。结论平衡生物反馈训练可显著提高脑卒中足内翻患者的足底压力和平衡功能。

基于力-位移传感技术的残肢软组织力学性能测量方法

目的:针对假肢接受腔数字化设计中残肢软组织力学特征采集的需求,研究基于力-位移传感技术的软组织力学性能测量方法。方法:将压力和位移传感器并联设计开发软组织刚度测量系统,可实现软组织受力和形变的同步获取,并采用两段式割线法计算表观刚度,针对不同硬度、厚度的硅胶试件,使用力学试验机对本系统进行有效性验证。结果:对硬度15°(Shore A)的试件,本系统测得厚度为5mm、10mm、15mm和20mm的试件的刚度k1和k2分别为(1.788±0.14)N/mm和(4.132±0.21)N/mm、(1.447±0.1)N/mm和(2.966±0.17)N/mm、(1.340±0.14)N/mm和(2.335±0.16)N/mm、(1.306±0.19)N/mm和(2.261±0.19)N/mm,力学试验机获得相应刚度分别为(1.769±0.2)N/mm和(4.132±0.21)N/mm、(1.443±0.13)N/mm和(2.800±0.07)N/mm、(1.385±0.16)N/mm和(2.328±0.1)N/mm、(1.256±0.08)N/mm和(2.097±0.14)N/mm;2种系统测得的刚度k1和k2最大误差分别为3.8%、7.8%,且不存在显著性差异。对硬度25°的试件,除厚度为20mm试件外,2种系统测得试件的刚度k1和k2误差均<8.7%,且不存在显著性差异。结论:基于力-位移传感技术开发的残肢软组织力学性能测量系统与材料力学试验机测量结果有较好的一致性,能满足残肢软组织力学性能测量的需求。

基于形态体验的老年康复辅具设计

目的对老年康复辅具的形态塑造与体验设计进行分析。方法从工业设计的角度剖析了老年产品形态塑造与体验设计的内涵,并结合产品功能、产品安全、情感寄托、信息传递、典型案例分析及设计方法等,论述了形态塑造与体验设计对老年康复辅具的重要性及意义。结论基于形态体验的老年康复辅具设计,可以为老年产品的研发和创意提供新思路,为新形势下发展康复辅具产业,积极进行市场开拓开辟新途径。

融合脑功能和运动评估的脑卒中康复训练处方推荐模型构建

基于脑卒中患者的运动及脑功能评估指标,构建康复训练处方智能推荐模型。选取120例脑卒中患者,进行Brunnstrom、Holden步行能力分级、Berg平衡量表和改良的Ashworth量表评估;同时采用近红外脑功能成像系统,采集患者静息态的脑血氧数据。提取量表评估结果和脑区激活度、侧偏性、脑区间功能连接等脑功能评估指标特征,利用支持向量机(SVM)、卷积神经网络(CNN)以及结合两者优势改进的CNN-SVM算法,分别建立训练处方推荐模型,对8种训练内容的训练模式进行推荐。结果表明,采用量表评估结果和脑区间功能连接指标作为特征建立的模型识别准确率最高,3种算法的平均识别率均达到93%以上。其中,改进的CNN-SVM算法的识别准确率最高,达到96.43%。利用该方法,能够基于脑卒中患者运动和脑功能评估数据,实现康复训练处方的智能推荐,有利于实现个性化精准康复。

辅助解便护理床的结构设计与分析

为满足长期卧床患者的日常照护需求,更好地解决床上大小便护理过程中的难题,设计了一款用于辅助大小便护理的新型护理床。基于人机工程学原理,设计了护理床的整体结构和运动机构,在抬背和屈腿的坐姿变换机构基础上,增加分腿机构和臀板下降机构,并建立了三维模型。通过机构运动学模型研究抬背、屈腿和分腿机构的运动参数,并对各机构进行了运动仿真,得到机构运动位移、速度和加速度曲线。结果表明:各机构运动平稳,速度和加速度的变化比较平缓,保证了护理床坐姿变换过程中病人的舒适性和安全性。该护理床可实现不同分腿角度功能和臀板自动下降功能,使解便过程更加便捷,充分满足了长期卧床失能人群的辅助解便护理需求。

基于超声波传感器的室内多功能电子行走辅助系统

提出了一套电子行走辅助系统,能够引导盲人避开障碍物,协助盲人实现室内定位.避障功能是利用环绕在腰部以及鞋上的超声波传感器收集空中与地面上的障碍物信息,通过感觉替代的方法,利用微型振动电机的振动提醒,将障碍物信息反馈给佩戴者.其中,鞋上的超声波传感器是由鞋底的压力传感器控制其开关.室内定位是利用姿态传感器及人体运动学模型进行相对定位,结合腰部5个超声波传感器的观测数据,利用扩展卡尔曼滤波的方式进行数据的融合.室内定位信息通过骨传导耳机传递给实验者,骨传导耳机在播放信息的同时,也开放了双耳,提高了安全性.利用电子行走辅助系统的功能进行实验,验证了辅助系统的实用性.

踝足矫形器个体化强化训练结合A型肉毒毒素康复脑卒中下肢痉挛步态疗效观察

目的应用三维步态分析系统观察踝足矫形器个体化强化步态训练结合A型肉毒毒素后治疗脑卒中偏瘫患者的痉挛步态疗效。方法选择脑卒中偏瘫步态患者30例,进行A型肉毒毒素注射治疗,注射后佩戴踝足矫形器进行个体化步态训练,治疗4周,治疗前后进行三维步态分析系统评估,并采集MAS、痉挛指数、Holden功能步行分级、10米最大步行速度、BI量表评估数据。结果①量表评估:注射4周后,MAS值下降,痉挛指数降低,Holden步行能力提高、10米最大步行速度、Fugl-Meyer下肢评分、BI均提高,P<0.01差异有显著意义。②时空参数:注射前患侧与健侧相比步长、步幅缩短,单支撑期短,双支撑期长,差异有显著性,P<0.05;注射后患侧较健侧各项参数比较无显著性差异,P>0.05;患侧注射前后步态参数比较差异均有显著意义,P<0.05。③运动学参数:患侧膝关节屈曲角度由(30.58±16.00)提高至(43.65±9.84)和踝关节背伸角度由(13.44±6.49)提高至(22.33±5.36),均P<0.01,差异有显著性意义。④动态表面肌电参数:患侧治疗前后表面肌电积分肌电值胫前肌由(0.09±0.06)分升至(0.13±0.06)分,腓肠肌由(0.09±0.037)分降至(0.05±0.03)分,均P<0.01,差异有显著意义。结论踝足矫形器个体化步态训练结合A型肉毒毒素可有效改善脑卒中下肢痉挛步态。

阿尔茨海默病患者Stroop范式下大脑连接机制研究

目的研究阿尔茨海默病(Alzheimer disease,AD)患者在经典认知能力评估范式Stroop下的大脑连接机制变化。方法选取佛山市第一人民医院的25名受试者作为研究对象,其中包括认知功能正常老年人9名(对照组)、轻度认知功能障碍(mild cognitive impairment,MCI)患者10例和AD患者6例,通过功能近红外光谱成像技术(functional near infrared reflectance spectroscopy,fNIRS)采集研究对象在静息状态和Stroop颜色、文字刺激任务状态下大脑皮层激活和效应连接情况。数据采集过程中所使用的fNIRS设备包含61通道,覆盖研究对象大脑双侧额叶、颞叶和枕叶区域,数据分析过程中通过数据滤波、时频变换和动态贝叶斯推理等技术实现。结果对照组、MCI和AD组在文字、颜色刺激下的任务完成准确率依次下降(96.9%、96.9%、51.6%和96.4%、72.3%、39.1%)。三组研究对象在任务状态下双侧颞叶激活程度较静息状态下增加,且任务状态下MCI组和AD组激活程度较对照组表现出降低趋势,激活区域表现出增加趋势;对照组、MCI组和AD组部分脑区间耦合强度表现出依次增加趋势。结论相较于认知功能正常老年人,MCI和AD患者在完成相同任务时需调用更多大脑资源,大脑激活区域增大,但激活强度降低。

智能膝关节假肢的技术发展与趋势分析

膝关节假肢根据其力矩实现的方式可以分为被动式、半主动式和主动式。传统的膝关节假肢产品均为被动式或半主动式，此类假肢能够通过弹性元件（弹簧）和储能元件（液压缸、气压缸等）在支撑期储存能量，同时给予一定阻尼，保证支撑的稳定性，在摆动期释放能量并助伸，从而实现膝关节屈伸运动。由于这种膝关节行走过程中阻尼不能随时调节，因此速度变化适应性差，患者容易疲劳。为此，人们开始研究阻尼能够自动调节的智能膝关节假肢。

康复辅具与生物力学

随着老龄化加剧,康复辅具的作用和意义凸显。近来,国务院发布了发展中国康复辅具产业的若干意见,对康复辅具创新提出了新的要求。无论是运动康复训练系统、矫形器、假肢、还是助行器等康复辅具,都与生物力学有密切的关系。本期专刊收录了数篇与康复、康复辅具研发密切相关的生物力学论文,为康复工程、康复辅具研发提供参考。

遗忘型轻度认知障碍日常步态特征及变异性研究

目的研究遗忘型轻度认知功能障碍患者日常步态特征及其变异性。方法纳入28例遗忘型轻度认知功能障碍(aMCI)患者及20名认知功能正常对照者。采用内置传感器可穿戴式步态数据采集鞋(简称“步态鞋”)测量,动态采集受试者的步态数据,每天至少采集1 h,连续2周。采集步态参数包括步行频率、步行速度、跨步长度和跨步时间,以及跨步长度和跨步时间的变异率等。结果aMCI组的步行速度〔(0.97±0.11)m/s比(1.15±0.06)m/s〕、跨步长度〔(0.97±0.11)m比(1.19±0.06)m〕均低于正常对照组(均P<0.05),aMCI组的跨步时间变异率〔(4.04±0.92)%比(3.12±0.92)%〕均高于正常对照组(均P<0.05)。两组间的步态鞋穿着步数总计、跨步时间、步行频率以及跨步长度变异率的差异无统计学意义(均P>0.05)。结论aMCI患者可出现步态障碍的特征性改变,表现为步行速度下降、步长缩短和稳定性下降。基于可穿戴式设备检测的日常生活步态异常和特征性改变对于区分aMCI和认知正常人群可能有帮助。

Ilizarov技术治疗儿童尺骨骨干续连症

背景:儿童尺骨骨干续连症可引起前臂功能障碍和外观畸形,治疗上较为困难。目的:总结Ilizarov技术尺骨延长治疗儿童尺骨骨干续连症的临床经验。方法:回顾性分析2016年1月至2019年10月应用Ilizarov技术进行尺骨延长治疗10例儿童尺骨骨干续连症患者的临床资料,男7例,女3例;年龄9~14岁,平均(11.5±0.5)岁;右侧6例,左侧4例。根据Masada分型,MasadaⅠ型6例,MasadaⅡa型2例,MasadaⅡb型2例。通过影像学评价和功能评价对患者术前、术后的情况进行对比分析。影像学评价包括尺骨短缩长度(US)、桡骨关节面尺倾角(RAA)和腕骨偏差率(CS),功能评价包括肘关节屈伸活动范围、前臂旋转范围、肘关节功能评分和腕关节功能评分。结果:所有患者均获得随访,随访时间12~60个月,平均(34.8±3.5)个月。术后影像学评价指标US、RAA、CS和肘关节屈伸活动范围及前臂旋转范围较术前明显增加,肘关节和腕关节功能较术前明显改善(P<0.05)。结论:Ilizarov技术尺骨延长治疗儿童尺骨骨干续连症可以改善前臂畸形,恢复肘关节、腕关节和前臂功能,是一种安全有效的治疗方法。

基于可穿戴传感技术的步态参数建模与跌倒监测方法

在跌倒与认知功能障碍等神经疾病的临床诊断与康复治疗中,步态分析能有效的作为诊断依据,并对跌倒风险与神经疾病患者的康复情况进行评价,帮助制定康复治疗方案和评价疗效。步态数据采集是步态分析的重要环节。其中跨步长和离地高度作为步态数据的一部分,在实际医疗使用中具有较强的参考价值。现有的步态数据采集设备尽管功能强大,采集的数据种类也十分丰富,但是有着操作麻烦、价格昂贵、空间限制等缺点。简易的步态数据采集设备一般都难以采集到跨步长和离地高度等关键数据,难以满足实际需要。本文针对以上的问题,提出了一种通过三轴加速度传感器和陀螺仪采集足部角度数据并通过BP神经网络进行机器学习来推算跨步长和离地高度数据的方法。通过对训练集进行学习训练与交叉认证,得到了跨步长86%,离地高度80%的准确率,论证了通过足部跨步过程中的角度数据推算跨步长和离地高度的可行性,并且利用角度数据进行跌倒监测的初步试验,监测成功率为93. 75%。

不同康复训练方法对术后拇外翻第1跖列的生物力学影响

目的研究拇外翻术后不同康复训练对第1跖列的生物力学影响。方法通过拇外翻医学影像数据建立完整的足部三维有限元模型,此模型包括骨骼、籽骨、软骨、韧带、软组织、跟腱等结构。模拟分析拇外翻患者术后被动跖屈和背屈、主动跖屈和背屈、站立位对截骨远端的生物力学影响。结果被动训练情况下,截骨远端截骨面的应力分布较均匀,且峰值（7. 78 MPa）较站立位和主动训练时大;被动训练时的最大位移量（0. 98 mm）在前后方向上大于站立位（0. 69 mm）和主动训练（0. 38 mm）的位移量。结论被动训练可促进截骨面的接触,并减少截骨端的愈合时间,有利于术后拇外翻患者的康复。

基于脑电图的脑机接口在肢体康复中的应用进展

目前,意外或多种疾病都有可能造成大脑无法控制身体,从而损伤自主运动的能力[1],使人们面临着丢失全部或者部分运动功能的危险[2]。近年来,发生残疾和运动功能受损的人数一直在增加,脑卒中是造成这些问题最普遍的因素[3]。尽管有各种治疗方法,仍有40%的脑卒中幸存者有运动功能损伤。上肢和手的功能缺失会导致患者缺乏独立生活的能力,生存质量严重下降[4]。现今有各种各样的康复技术应用于运动功能损伤[2],但是脑卒中所引发的严重且持久的运动功能受损,有用功能的恢复是非常有限的。

大鼠后肢去负荷体位调节装置设计与实验研究

通过对大鼠尾吊模型进行改进,研制出一种新型可调节体位的大鼠后肢去负荷悬吊装置,研究模拟微重力效应下体液分布变化对大鼠骨代谢的影响.将36只SD大鼠均分为对照组(CON)、头低位后肢去负荷组(HDT)、水平位后肢去负荷组(HH)和头高位后肢去负荷组(HUT) 4组,实验21天后,利用DXA检测大鼠的骨密度(BMD).模拟微重力效应下的三组大鼠后肢均发生严重骨丢失,其中HH和HUT组后肢BMD显著大于HDT组.实验结果表明,体液分布变化可能在模拟微重力效应导致的骨丢失中起到重要作用,新型大鼠后肢去负荷悬吊装置能够调节大鼠体位(体液)进行模拟微重力效应研究.

变频振动训练对功能性踝关节不稳的影响

目的研究变频振动训练对功能性踝关节不稳(functional ankle instability,FAI)患者下肢肌肉爆发力、平衡能力和踝关节周围肌肉功能的影响,为FAI患者的临床康复训练提供实证依据。方法共招募26例FAI患者,并随机分为实验组(14人)和对照组(12人),实验组接受8周康复训练及振动干预,对照组仅接受8周康复训练。在训练前后测量和对比受试者患肢单腿纵跳最大功率、平均功率、最大速度和平均速度,立定跳远距离,睁、闭眼单腿站立时间,内侧腓肠肌(medial gastrocnemius,GM)、外侧腓肠肌(lateral gastrocnemius,GL)和胫骨前肌(tibialis anterior,TA)的肌肉收缩时间(t_(c)),放松时间(t_(r))和径向位移(D_(m))。结果实验组受试者患肢单腿纵跳最大功率和最大速度、单腿立定跳远距离和睁、闭眼单腿站立时间均显著提高,且其增幅都高于对照组;实验组受试者所有肌肉t_(c)增幅均低于对照组,但t_(r)和D_(m)并没有呈现规律性。结论变频振动训练能够有效地提高FAI患者爆发力和平衡能力,促进GL、GM和TA的t_(c)缩短,但对降低肌张力和促进肌肉放松效果尚不明确。

脑卒中后失语患者语言训练过程中同时使用m-NMES治疗对脑功能影响及其临床疗效研究

目的研究表明,正中神经肌肉电刺激(m-NMES)具有提高卒中患者康复疗效的潜力。然而,m-NMES联合现有康复方案对卒中后失语患者的生理机制及临床疗效尚不清楚。探究在言语治疗(ST)时给与m-NMES治疗(m-NMES-ST),对失语症患者脑功能连接的影响及其临床疗效。方法招募21名失语症患者(ST=11,m-NMES-ST=10),用近红外光谱技术(fNIRS)检测两组患者静息及治疗状态下前额叶(PFC)顶叶运动区(MC)和枕叶(OC)的血红蛋白浓度振荡。