计算机在康复医学中的应用(一)
作者：唐 丹
单位：广州市残疾人康复中心，广州市广卫路21号，510030
关键词：
中国康复医学杂志990111 由于计算机具有运算速度快、运算准确度高、存储容量大，以及能程序控制运算过程等优点，许多先进的康复诊断和评估的仪器和设备都依靠计算机来进行数据的运算和信息的储存，甚至实现了电脑控制操作和管理。随着计算机技术的发展和应用，不断涌现了新的诊断和评估的仪器和设备，如步态分析仪、电脑平衡测试仪、VALPAR职业评估仪、肌电图仪等。
1 计算机在步态分析仪中的应用 步态分析仪是一种生物力学研究方法，它是利用力学的原理和概念，通过计算机技术和传感技术及康复医学知识，对人体行走的功能状态进行全程监控和对比分析。
步态分析仪是一种生物力学研究方法，它是利用力学的原理和概念，通过计算机技术和传感技术及康复医学知识，对人体行走的功能状态进行全程监控和对比分析。
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1.1 步态分析仪的作用 在康复医学评定中，步态分析仪主要用于以下几个方面。①评定患者的残疾程度，为制定康复计划提供客观的依据；②对步行功能异常的机理进行科学研究；③评定康复治疗的效果；④对有关步行辅助的用品、用具和仪器的性能进行鉴定和评价。
1.2 步态分析仪的组成 现代的步态分析系统，实际上就是大型的计算机信息处理系统。其输入装置除了普通的键盘和鼠标之外，还特别增加了以下三部分。
1.2.1 测量空间位置的红外线摄像机和粘贴在患者待测部位的红外反光标记点：红外反光标记点可把红外线摄像机发出的红外线按原路发射回去；该反射红外线被摄像机的光电敏感元件感知并传输到计算机，然后，通过坐标发生器便可确定待测部位的 空间位置。
1.2.2 测量行走时地板反力的测力台：测力台是由一组压电晶体传感器组成，它将力学信号转换为电信号，经模/数(A/D)转换并放大后输入计算机。
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1.2.3 测量肌肉活动的肌电图仪：肌电活动信号经A/D转换后输入计 算机。
步态分析系统的软件系统包括调控以上三组装置同步运行的操作系统及对数据和信息进行分析处理的专用程序集。输出装置则为常见的显示器、打印机以及绘图仪等。
现有的步态分析系统很多，而且造价昂贵。国内学者提出了一种基于计算机多媒体技术的人体步态实验系统。该系统由三维测力和多媒体运动分析两个子系统组成，仅用一台普通摄像机、一台计算机和测力台便可实现对人体步态的综合测试和分析，其成本较低、灵巧实用，易于推广应用。
2 计算机在康复治疗中的应用 正如计算机在康复医学评定中的应用一样，计算机在康复治疗中也发挥着越来越重要的作用，一些康复治疗的仪器和设备正日益朝着电脑化的方向发展，如Cybex、KIN-COM、Primus多用途上肢康复系统等。更为重要的是，在日常的康复训练和治疗中，可以将个人电脑的硬件作一些适当的改装和调整，并编制一些简单的治疗程序。这样，通过电脑的辅助，便可以极大地提高患者参与康复治疗的兴趣和积极性，极大地改善患者的功能水平。
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2.1 在物理治疗中的应用2.1.1 微电脑上肢训练器(microcomputer upper limb exerciser, MULE)：微电脑上肢训练器是一种电脑化的上肢运动和肌力训练装置，可应用于各种年龄的骨科和神经系统疾病的患者。该装置易于操作，只需将MULE插入电脑的接口并钳夹在治疗桌上即可使用，并可随意调节阻力、关节活动度、速度、治疗时间及治疗的难易度等。治疗师可选择不同的配件，如操纵杆、捏力训练器、握力训练器等；而电脑软件则提供不同的治疗程序，如击球、跟踪、颜色搭配等，从而极大地提高患者训练的积极性和主动性。
2.1.2 电脑伸展训练器(stretch-exerciser)：长期进行电脑操作的 人很容易造成颈、肩、腰等部位的长期紧张而导致颈椎病、肩周炎、腰腿痛等病症。电脑伸展训练器是一种专门设计的电脑软件，当电脑操作，如击键或鼠标达到预定的次数，电脑就会提示操作者休息，并自动在屏幕上显示治疗性体操的图像，使用者只需跟随电脑的指示，就可以轻松完成治疗。该软件可以提供35个不同的治疗程序，可以预防和治疗颈椎病、腰腿痛 等病症。
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2.1.3 生物反馈治疗仪：把电极分别接在患者所要训练的瘫痪肌肉，采集并放大其肌电波形，然后将肌电波形输入到电脑，经过一系列复杂的变换把波形转换为电脑游戏。这样，患者的肌肉活动就可以用电脑屏幕上的游戏来表示，便可以通过玩游戏的方式来进行康复训练。通过一段时间的康复治疗后，患者能知道哪些肌肉活动是有用的，并能自觉地对肌肉活动加以控制。
2.1.4 功能性电刺激治疗仪：功能性电刺激(functional electrical stimulation,FES)是以电刺激使生物机体组织兴奋为作用原理，进行机体功能补偿或控制的一种方法。对于瘫痪患者，FES不仅可以重新组织肢体运动，加速运动随意控制的自发恢复，促进基本运动机制的再建，还可以缓解肌肉痉挛，因此，FES越来越多地应用于瘫痪的康复治疗中。最初产生电刺激的方法，是通过电子线路来取得的。随着计算机技术的发展，现在几乎是采用计算机的程序来完成，并由D/A(数/模)转换器进行输出的方法，即考虑采用把多通道的刺激参数存储在计算机的存储器内，然后按顺序将它们读出，经过多通道的刺激电极，对选择的神经肌肉系统进行刺激，这样，就可以使刺激更趋精细和完备。如微机控制的FES助行系统，就是采用电子计算机对步行的每一阶段各肌肉的活动细节进行分析，研制出由微机控制的多通道复合刺激装置，以使患者能够实现接近于正常人的自然步态。
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2.1.5 电脑辅助步行训练器：对于截瘫、偏瘫和下肢骨折的病人，传统的步行训练和平衡训练包括床边练习、肌力练习、斜床训练、平行杠训练、轮椅训练，以及拐杖、助行器训练等。这时，就要依靠患者上肢来支撑体重。如果患者上肢的肌力较差，患者就会有跌倒的危险或使得训练无法进行。一种新型的电脑辅助步行训练器(REHABOT)可以很好地解决这些问题。REHABOT由承托机器臂和中央控制装置组成。承托背带分别绑于患者的腋下和腹股沟处。中央控制装置包括电脑微处理器和传感器。微处理器可根据治疗师所开出的处方自动调节患者的负重。感受器可以自动检测患者的负重、空气压力、承托臂的高度，以及旋转的速度等。如果患者失去平衡或突然跌倒，传感器能及时检测到这些参数的突然变化，并能触发微处理器上的紧急制动开关。
2.2 电脑在作业治疗中的应用2.2.1 上肢精细动作和职业技巧的训练：通过电脑的键盘、游戏操纵杆、鼠标等输入操作的训练，既可以改善患者上肢的精细动作，也可以作为患者的职业技巧训练；一些简单的上肢训练设备亦可以通过特殊的接口联接到电脑，从而提高训练的有趣性和有效性。如将握力训练计联接到电脑，利用电脑的代码系统，便可以将握力计作为开关掣 来操纵电脑。
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2.2.2 认知功能训练：电脑辅助认知功能康复(computer-assisted c ognitive rehabilitation,CACR)，是以电脑为基础的游戏及模拟练习，并利用电脑的多媒体功能，能将电脑转换成一个多姿多彩的世界，可以极大地提高患者治疗的兴趣和积极性。通过选择和编制电脑游戏软件，对患者的认知功能进行训练，如“拼图游戏”、“拼字游戏”、“图像识别游戏”等；又如一种特殊编制的软件，将患者父母及家人的相片通过游戏让患者辨认，如果辨认正确就可以穿过城堡。这种方法改变了传统的认知功能训练的模式，使患者能够既有趣又有效地进行训练。1985年，国外的学者将一种“微机颜色手册”(PC colo ringbook)的软件应用于认知功能训练，发现比传统的训练方法极大地提高了患者参与治疗的积极性；Larose选择了60名注意力障碍的患者，并利用电脑游戏进行1小时的功能训练，结果发现在认知功能等方面有明显的提高。
2.2.3 模拟驾驶训练系统(drivesimulator)：本系统的主要功能是给伤、残患者提供一个模拟的环境，以评估和训练患者的驾驶能力。与一般的电脑驾驶游戏不同，本系统根据驾驶者的操作信息，提供一个真实的驾驶环境。本系统由一台电脑主机和配件组成，在整个模拟过程中的数据收集和处理由电脑完成，并可即时提供患者驾驶能力的评 估结果。
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2.3 电脑在言语治疗中的应用2.3.1 言语治疗软件：利用电脑的多媒体技术并编写特殊的电脑游戏，可对各种不同的言语障碍患者进行训练和治疗。如患者可对传声器反复练习某个发音，发音正确的时间(由电脑确认)，患者便可过关，赢取游戏。这类软件大都集中训练某些特定的语音或语言模式，患者在经过言语治疗师的评估后，选择适合自己的治疗软件。
2.3.2 言语训练反馈系统：利用特定的语音处理技术，将语音信号转化为不同形式的图像，在电脑上显示出来。患者可根据图像判断发音的准确程度，并不断纠正发音。如患者只需对着接驳电脑的传声器发音，电脑便会将声音的音量、声调和节奏等模式特征以波长的方式显示出来。当图像在电脑上显示时，患者便可模仿正确的模式，矫正发 音。
2.4 电脑在义肢矫形器制作中的应用 近年来，电脑在义肢矫形器制作中应用较多的领域是电脑辅助设计和制作(computer-aided design andmanufacture, CAD/CAM)。
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1985年，英国的哥伦比亚大学的生物医学工程研究中心研制出一种电脑辅助的义肢接受腔设计软件(computer-aided socket design, CASD)。首先，测量患者残端的各种参数并储存在电脑中；然后，利用CASD以及电脑数字控制技术(computer numerical control, CNC)，设计并制作出义肢接受腔的电脑模型。与此同时，多伦多大学的学者们则设计出一种利用旋转的激光束和摄像机对患者的残端进行自动扫描和测量的装置。该装置可与CASD联接，使得义肢接受腔的设计和制作变得更加自动化和电脑化。近年来，也有学者利用电脑X线断层技术来对患者残端进行扫描和测量。
3 电脑在康复医学信息研究中的应用
3.1 INTERNET上的康复医学信息资源 INTERNET是世界上最大的计算机信息互联网，它能将全世界相关医学数据库的资料，包括图形资料以最短的时间呈现在您的面前。目前，INTERNET上的康复医学信息资源主要有：康复医学学术会议资源网络、康复医学数据库，以及与康复医学有关的网络刊物等。
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3.2 有关的康复医学专科文献数据库3.2.1 康复与物理医学文献光盘(EmbaseCD:Rehabilitation & Physical Medicine)：该数据库收录了70个国家、3600种生物医学期刊中近十年来有关康复和物理医学的摘要，每3个月收录一次最新文献。收录范围包括：康复医学的功能诊断、功能检测和评估， 以及社会康复、职业康复和教育康复等。该数据库为目前世界最大的康复医学专科文献库 。
3.2.2 残疾与康复中文检索数据库：该数据库于1994年由中国康复研究中心完成建库工作，收录了近40年来康复医学、康复工程学、康复社会学，以及残疾学等方面的论文。
收稿日期：1998-07-13
(未完待续), 百拇医药
单位：广州市残疾人康复中心，广州市广卫路21号，510030
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中国康复医学杂志990111 由于计算机具有运算速度快、运算准确度高、存储容量大，以及能程序控制运算过程等优点，许多先进的康复诊断和评估的仪器和设备都依靠计算机来进行数据的运算和信息的储存，甚至实现了电脑控制操作和管理。随着计算机技术的发展和应用，不断涌现了新的诊断和评估的仪器和设备，如步态分析仪、电脑平衡测试仪、VALPAR职业评估仪、肌电图仪等。
1 计算机在步态分析仪中的应用 步态分析仪是一种生物力学研究方法，它是利用力学的原理和概念，通过计算机技术和传感技术及康复医学知识，对人体行走的功能状态进行全程监控和对比分析。
步态分析仪是一种生物力学研究方法，它是利用力学的原理和概念，通过计算机技术和传感技术及康复医学知识，对人体行走的功能状态进行全程监控和对比分析。
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1.1 步态分析仪的作用 在康复医学评定中，步态分析仪主要用于以下几个方面。①评定患者的残疾程度，为制定康复计划提供客观的依据；②对步行功能异常的机理进行科学研究；③评定康复治疗的效果；④对有关步行辅助的用品、用具和仪器的性能进行鉴定和评价。
1.2 步态分析仪的组成 现代的步态分析系统，实际上就是大型的计算机信息处理系统。其输入装置除了普通的键盘和鼠标之外，还特别增加了以下三部分。
1.2.1 测量空间位置的红外线摄像机和粘贴在患者待测部位的红外反光标记点：红外反光标记点可把红外线摄像机发出的红外线按原路发射回去；该反射红外线被摄像机的光电敏感元件感知并传输到计算机，然后，通过坐标发生器便可确定待测部位的 空间位置。
1.2.2 测量行走时地板反力的测力台：测力台是由一组压电晶体传感器组成，它将力学信号转换为电信号，经模/数(A/D)转换并放大后输入计算机。
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1.2.3 测量肌肉活动的肌电图仪：肌电活动信号经A/D转换后输入计 算机。
步态分析系统的软件系统包括调控以上三组装置同步运行的操作系统及对数据和信息进行分析处理的专用程序集。输出装置则为常见的显示器、打印机以及绘图仪等。
现有的步态分析系统很多，而且造价昂贵。国内学者提出了一种基于计算机多媒体技术的人体步态实验系统。该系统由三维测力和多媒体运动分析两个子系统组成，仅用一台普通摄像机、一台计算机和测力台便可实现对人体步态的综合测试和分析，其成本较低、灵巧实用，易于推广应用。
2 计算机在康复治疗中的应用 正如计算机在康复医学评定中的应用一样，计算机在康复治疗中也发挥着越来越重要的作用，一些康复治疗的仪器和设备正日益朝着电脑化的方向发展，如Cybex、KIN-COM、Primus多用途上肢康复系统等。更为重要的是，在日常的康复训练和治疗中，可以将个人电脑的硬件作一些适当的改装和调整，并编制一些简单的治疗程序。这样，通过电脑的辅助，便可以极大地提高患者参与康复治疗的兴趣和积极性，极大地改善患者的功能水平。
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2.1 在物理治疗中的应用2.1.1 微电脑上肢训练器(microcomputer upper limb exerciser, MULE)：微电脑上肢训练器是一种电脑化的上肢运动和肌力训练装置，可应用于各种年龄的骨科和神经系统疾病的患者。该装置易于操作，只需将MULE插入电脑的接口并钳夹在治疗桌上即可使用，并可随意调节阻力、关节活动度、速度、治疗时间及治疗的难易度等。治疗师可选择不同的配件，如操纵杆、捏力训练器、握力训练器等；而电脑软件则提供不同的治疗程序，如击球、跟踪、颜色搭配等，从而极大地提高患者训练的积极性和主动性。
2.1.2 电脑伸展训练器(stretch-exerciser)：长期进行电脑操作的 人很容易造成颈、肩、腰等部位的长期紧张而导致颈椎病、肩周炎、腰腿痛等病症。电脑伸展训练器是一种专门设计的电脑软件，当电脑操作，如击键或鼠标达到预定的次数，电脑就会提示操作者休息，并自动在屏幕上显示治疗性体操的图像，使用者只需跟随电脑的指示，就可以轻松完成治疗。该软件可以提供35个不同的治疗程序，可以预防和治疗颈椎病、腰腿痛 等病症。
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2.1.3 生物反馈治疗仪：把电极分别接在患者所要训练的瘫痪肌肉，采集并放大其肌电波形，然后将肌电波形输入到电脑，经过一系列复杂的变换把波形转换为电脑游戏。这样，患者的肌肉活动就可以用电脑屏幕上的游戏来表示，便可以通过玩游戏的方式来进行康复训练。通过一段时间的康复治疗后，患者能知道哪些肌肉活动是有用的，并能自觉地对肌肉活动加以控制。
2.1.4 功能性电刺激治疗仪：功能性电刺激(functional electrical stimulation,FES)是以电刺激使生物机体组织兴奋为作用原理，进行机体功能补偿或控制的一种方法。对于瘫痪患者，FES不仅可以重新组织肢体运动，加速运动随意控制的自发恢复，促进基本运动机制的再建，还可以缓解肌肉痉挛，因此，FES越来越多地应用于瘫痪的康复治疗中。最初产生电刺激的方法，是通过电子线路来取得的。随着计算机技术的发展，现在几乎是采用计算机的程序来完成，并由D/A(数/模)转换器进行输出的方法，即考虑采用把多通道的刺激参数存储在计算机的存储器内，然后按顺序将它们读出，经过多通道的刺激电极，对选择的神经肌肉系统进行刺激，这样，就可以使刺激更趋精细和完备。如微机控制的FES助行系统，就是采用电子计算机对步行的每一阶段各肌肉的活动细节进行分析，研制出由微机控制的多通道复合刺激装置，以使患者能够实现接近于正常人的自然步态。
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2.1.5 电脑辅助步行训练器：对于截瘫、偏瘫和下肢骨折的病人，传统的步行训练和平衡训练包括床边练习、肌力练习、斜床训练、平行杠训练、轮椅训练，以及拐杖、助行器训练等。这时，就要依靠患者上肢来支撑体重。如果患者上肢的肌力较差，患者就会有跌倒的危险或使得训练无法进行。一种新型的电脑辅助步行训练器(REHABOT)可以很好地解决这些问题。REHABOT由承托机器臂和中央控制装置组成。承托背带分别绑于患者的腋下和腹股沟处。中央控制装置包括电脑微处理器和传感器。微处理器可根据治疗师所开出的处方自动调节患者的负重。感受器可以自动检测患者的负重、空气压力、承托臂的高度，以及旋转的速度等。如果患者失去平衡或突然跌倒，传感器能及时检测到这些参数的突然变化，并能触发微处理器上的紧急制动开关。
2.2 电脑在作业治疗中的应用2.2.1 上肢精细动作和职业技巧的训练：通过电脑的键盘、游戏操纵杆、鼠标等输入操作的训练，既可以改善患者上肢的精细动作，也可以作为患者的职业技巧训练；一些简单的上肢训练设备亦可以通过特殊的接口联接到电脑，从而提高训练的有趣性和有效性。如将握力训练计联接到电脑，利用电脑的代码系统，便可以将握力计作为开关掣 来操纵电脑。
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2.2.2 认知功能训练：电脑辅助认知功能康复(computer-assisted c ognitive rehabilitation,CACR)，是以电脑为基础的游戏及模拟练习，并利用电脑的多媒体功能，能将电脑转换成一个多姿多彩的世界，可以极大地提高患者治疗的兴趣和积极性。通过选择和编制电脑游戏软件，对患者的认知功能进行训练，如“拼图游戏”、“拼字游戏”、“图像识别游戏”等；又如一种特殊编制的软件，将患者父母及家人的相片通过游戏让患者辨认，如果辨认正确就可以穿过城堡。这种方法改变了传统的认知功能训练的模式，使患者能够既有趣又有效地进行训练。1985年，国外的学者将一种“微机颜色手册”(PC colo ringbook)的软件应用于认知功能训练，发现比传统的训练方法极大地提高了患者参与治疗的积极性；Larose选择了60名注意力障碍的患者，并利用电脑游戏进行1小时的功能训练，结果发现在认知功能等方面有明显的提高。
2.2.3 模拟驾驶训练系统(drivesimulator)：本系统的主要功能是给伤、残患者提供一个模拟的环境，以评估和训练患者的驾驶能力。与一般的电脑驾驶游戏不同，本系统根据驾驶者的操作信息，提供一个真实的驾驶环境。本系统由一台电脑主机和配件组成，在整个模拟过程中的数据收集和处理由电脑完成，并可即时提供患者驾驶能力的评 估结果。
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2.3 电脑在言语治疗中的应用2.3.1 言语治疗软件：利用电脑的多媒体技术并编写特殊的电脑游戏，可对各种不同的言语障碍患者进行训练和治疗。如患者可对传声器反复练习某个发音，发音正确的时间(由电脑确认)，患者便可过关，赢取游戏。这类软件大都集中训练某些特定的语音或语言模式，患者在经过言语治疗师的评估后，选择适合自己的治疗软件。
2.3.2 言语训练反馈系统：利用特定的语音处理技术，将语音信号转化为不同形式的图像，在电脑上显示出来。患者可根据图像判断发音的准确程度，并不断纠正发音。如患者只需对着接驳电脑的传声器发音，电脑便会将声音的音量、声调和节奏等模式特征以波长的方式显示出来。当图像在电脑上显示时，患者便可模仿正确的模式，矫正发 音。
2.4 电脑在义肢矫形器制作中的应用 近年来，电脑在义肢矫形器制作中应用较多的领域是电脑辅助设计和制作(computer-aided design andmanufacture, CAD/CAM)。
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1985年，英国的哥伦比亚大学的生物医学工程研究中心研制出一种电脑辅助的义肢接受腔设计软件(computer-aided socket design, CASD)。首先，测量患者残端的各种参数并储存在电脑中；然后，利用CASD以及电脑数字控制技术(computer numerical control, CNC)，设计并制作出义肢接受腔的电脑模型。与此同时，多伦多大学的学者们则设计出一种利用旋转的激光束和摄像机对患者的残端进行自动扫描和测量的装置。该装置可与CASD联接，使得义肢接受腔的设计和制作变得更加自动化和电脑化。近年来，也有学者利用电脑X线断层技术来对患者残端进行扫描和测量。
3 电脑在康复医学信息研究中的应用
3.1 INTERNET上的康复医学信息资源 INTERNET是世界上最大的计算机信息互联网，它能将全世界相关医学数据库的资料，包括图形资料以最短的时间呈现在您的面前。目前，INTERNET上的康复医学信息资源主要有：康复医学学术会议资源网络、康复医学数据库，以及与康复医学有关的网络刊物等。
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3.2 有关的康复医学专科文献数据库3.2.1 康复与物理医学文献光盘(EmbaseCD:Rehabilitation & Physical Medicine)：该数据库收录了70个国家、3600种生物医学期刊中近十年来有关康复和物理医学的摘要，每3个月收录一次最新文献。收录范围包括：康复医学的功能诊断、功能检测和评估， 以及社会康复、职业康复和教育康复等。该数据库为目前世界最大的康复医学专科文献库 。
3.2.2 残疾与康复中文检索数据库：该数据库于1994年由中国康复研究中心完成建库工作，收录了近40年来康复医学、康复工程学、康复社会学，以及残疾学等方面的论文。
收稿日期：1998-07-13
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