智能型手臂稳定度测试仪的设计与开发
作者：杨煜普 胡天培
单位：杨煜普(上海交通大学康复工程研究所，200030)；胡天培(上海交通大学康复工程研究所，200030)
关键词：
中国康复医学杂志000410 人体手臂的稳定程度是反映人体状况的重要参数，也是反映中枢神经系统机能状况及上肢灵敏程度的重要标志。因为手和臂的运动机能与大脑、小脑、神经、肌肉、植物性神经系统、血液循环系统等密切关联，所以说手臂的稳定程度与人的生理状态密切相关。其次，当人体的某些部分出现病变、导致功能障碍时，往往影响手臂的稳定程度，因此手臂稳定程度与人的病理状态也密切相关。 另外，手臂动作的稳定程度与人的心理和神经活动状态密切相关。
手臂稳定度是一种能够客观评价人体手臂稳定程度的定量指标，这个指标是依据人手能传递人体重要医学信息的特性而发明的，现已成为医学检测与诊断的依据之一。同时手臂稳定度也可用作健康检查、体能测试、康复评定，以及心理测试的一项新的重要指标。
, http://www.100md.com
人体手臂的稳定度需要有专用的仪器进行客观的测定，为了便于普及应用，测试过程应尽可能简便可靠。本文研究中的智能型手臂稳定度仪是专用于手臂稳定度定量测定的标准设备。智能型手臂稳定度是仪以pc/104 嵌入式计算机为核心、采用windows OS平台和Visual Basic 语言、以实现专家系统综合功能为目标设计与开发的，可兼用于康复医疗功能训练。
1 设计原理
手臂稳定度仪的设计原理是将手的颤动范围，分级限定，量化成0.1～1.0 10个等级。测试方法为用手握持一定直径的测试棒，分别插入一定深度、不同孔径的测验孔中，根据能否通过来判断稳定度级别。
依据感知觉与动作协调关系原理，引入工程技术的稳定性概念和定量方法。
在手臂悬空的条件下，面对10个不同孔径的测验孔，手持测试棒(握笔状)自左至右依次由大孔至小孔顺序通过。将通过之孔数与全部测验孔数(10个)之比值，定义为该侧的手臂稳定度〔1〕：
, 百拇医药
S=(10-F)/10 (1)
式中，S：手臂稳定度，0≤ S≤1.0; F：失误未能通过之孔数。
手臂稳定度数值越大，表明手臂动作的稳定程度越高，自主控制能力越强。
合理的测试统计结果，其数据应呈正态分布。因此通过大量测试实践，调整参数，最后选定测试棒直径为1mm，测验孔直径则由下列经验公式确定：
Dn=2〔A+(10-n)×B〕tan(α/2)+(1.0-Sn)×(10-n) (2)
式中, Dn：第n个测试孔径，n=1，2, … 10；
A： 收敛焦距；n：测验孔序号； B：测验孔中心距；α：名义收敛角； Sn：第n孔对应的手臂稳定度。
, 百拇医药
测验孔直径计算简图见1。
图1 测验孔直径计算简图
测试棒通过每个测验孔的测试行程L为20mm，两个相邻测验孔之间的测试动作完成时间t<10s。
为尽可能准确反映人脑(包括整个中枢神经系统)对手臂动作的控制机能和上肢(手和臂)的运动协调性和灵敏度，总体设计原则是：①整个测试过程手臂必须处于悬空状态，不得依托或搁置；②手持测试棒(握笔状，左手或右手视要求而定)，端坐仪器桌前，视线与测验孔平面应保持垂直；③测试过程必须自左至右依次将测试棒插入(出)测验孔；④相邻两个测验孔之间动作完成时间限定在10s内；⑤用于生理和病理检测时，应尽可能排除心理因素干扰。
依据上述方法对5645例不同年龄的健康人群进行测试，检测结果所得手臂稳定度正常值见附表。其频率分布图的形状近似正态分布，这就验证了上述设计方法的正确性和合理性。
, 百拇医药
附表 5645例不同年龄的健康人群手臂稳定度正常值 年 龄(岁)
左侧手臂稳定度正常值
右侧手臂稳定度正常值
4～7
0.3
0.2
8～12
0.5
0.4
13～49
0.6
0.5
, 百拇医药
50～69
0.5
0.4
70～79
0.3
0.2
>80
0.2
0.2
图2 频率分布图
2 系统设计与开发
系统硬件结构：如图3所示。
, 百拇医药
软件系统：Windows 98 平台、Visual Basic开发语言、具有专家系统功能的应用系统模块〔2〕。
功能特点：图形界面、全汉语显示与提示、智能化辅助诊断功能、测试结果以A4纸张图文格式打印。见图3、4。
图3 系统硬件结构
图4 系统基本流程框图
3 结论
手臂稳定度和手臂稳定度仪在生理稳定与心理稳的检测方面，已有广泛应用：①健康检查。包括全身体检补充项目、神经系统、精神系统检查；②康复评定。进程疗效对照；③功能训练。增强生理稳定与心理稳定控制力；④心理测试。如观测情绪紧张程度；⑤生理、心理素质提高。如运动员训练、军事训练；⑥特殊用途检测。如公安、司法、军事部门的特殊训练和检测手段；⑦健康游戏机具。可放在社区活动室、老年活动中心、工会俱乐部，等等。智能型手臂稳定度仪为手臂稳定度的测量提供了更为方便而实用的手段，仪器同时能兼用于康复医疗功能训练，有广阔的应用前景。
本研究为国家自然基金资助项目(项目号：39930070)
参考文献
1，胡天培.手臂稳定度与手臂稳定度仪.世界医疗器械，1998，4(1)：24～27.
2，陈萍，杨煜普，许晓鸣.智能语音报警系统在工业监控系统中的应用.自动化仪表，l998，19(9)：21～22.
收稿日期：2000-03-31, http://www.100md.com
单位：杨煜普(上海交通大学康复工程研究所，200030)；胡天培(上海交通大学康复工程研究所，200030)
关键词：
中国康复医学杂志000410 人体手臂的稳定程度是反映人体状况的重要参数，也是反映中枢神经系统机能状况及上肢灵敏程度的重要标志。因为手和臂的运动机能与大脑、小脑、神经、肌肉、植物性神经系统、血液循环系统等密切关联，所以说手臂的稳定程度与人的生理状态密切相关。其次，当人体的某些部分出现病变、导致功能障碍时，往往影响手臂的稳定程度，因此手臂稳定程度与人的病理状态也密切相关。 另外，手臂动作的稳定程度与人的心理和神经活动状态密切相关。
手臂稳定度是一种能够客观评价人体手臂稳定程度的定量指标，这个指标是依据人手能传递人体重要医学信息的特性而发明的，现已成为医学检测与诊断的依据之一。同时手臂稳定度也可用作健康检查、体能测试、康复评定，以及心理测试的一项新的重要指标。
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人体手臂的稳定度需要有专用的仪器进行客观的测定，为了便于普及应用，测试过程应尽可能简便可靠。本文研究中的智能型手臂稳定度仪是专用于手臂稳定度定量测定的标准设备。智能型手臂稳定度是仪以pc/104 嵌入式计算机为核心、采用windows OS平台和Visual Basic 语言、以实现专家系统综合功能为目标设计与开发的，可兼用于康复医疗功能训练。
1 设计原理
手臂稳定度仪的设计原理是将手的颤动范围，分级限定，量化成0.1～1.0 10个等级。测试方法为用手握持一定直径的测试棒，分别插入一定深度、不同孔径的测验孔中，根据能否通过来判断稳定度级别。
依据感知觉与动作协调关系原理，引入工程技术的稳定性概念和定量方法。
在手臂悬空的条件下，面对10个不同孔径的测验孔，手持测试棒(握笔状)自左至右依次由大孔至小孔顺序通过。将通过之孔数与全部测验孔数(10个)之比值，定义为该侧的手臂稳定度〔1〕：
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S=(10-F)/10 (1)
式中，S：手臂稳定度，0≤ S≤1.0; F：失误未能通过之孔数。
手臂稳定度数值越大，表明手臂动作的稳定程度越高，自主控制能力越强。
合理的测试统计结果，其数据应呈正态分布。因此通过大量测试实践，调整参数，最后选定测试棒直径为1mm，测验孔直径则由下列经验公式确定：
Dn=2〔A+(10-n)×B〕tan(α/2)+(1.0-Sn)×(10-n) (2)
式中, Dn：第n个测试孔径，n=1，2, … 10；
A： 收敛焦距；n：测验孔序号； B：测验孔中心距；α：名义收敛角； Sn：第n孔对应的手臂稳定度。
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测验孔直径计算简图见1。
图1 测验孔直径计算简图
测试棒通过每个测验孔的测试行程L为20mm，两个相邻测验孔之间的测试动作完成时间t<10s。
为尽可能准确反映人脑(包括整个中枢神经系统)对手臂动作的控制机能和上肢(手和臂)的运动协调性和灵敏度，总体设计原则是：①整个测试过程手臂必须处于悬空状态，不得依托或搁置；②手持测试棒(握笔状，左手或右手视要求而定)，端坐仪器桌前，视线与测验孔平面应保持垂直；③测试过程必须自左至右依次将测试棒插入(出)测验孔；④相邻两个测验孔之间动作完成时间限定在10s内；⑤用于生理和病理检测时，应尽可能排除心理因素干扰。
依据上述方法对5645例不同年龄的健康人群进行测试，检测结果所得手臂稳定度正常值见附表。其频率分布图的形状近似正态分布，这就验证了上述设计方法的正确性和合理性。
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附表 5645例不同年龄的健康人群手臂稳定度正常值 年 龄(岁)
左侧手臂稳定度正常值
右侧手臂稳定度正常值
4～7
0.3
0.2
8～12
0.5
0.4
13～49
0.6
0.5
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50～69
0.5
0.4
70～79
0.3
0.2
>80
0.2
0.2
图2 频率分布图
2 系统设计与开发
系统硬件结构：如图3所示。
, 百拇医药
软件系统：Windows 98 平台、Visual Basic开发语言、具有专家系统功能的应用系统模块〔2〕。
功能特点：图形界面、全汉语显示与提示、智能化辅助诊断功能、测试结果以A4纸张图文格式打印。见图3、4。
图3 系统硬件结构
图4 系统基本流程框图
3 结论
手臂稳定度和手臂稳定度仪在生理稳定与心理稳的检测方面，已有广泛应用：①健康检查。包括全身体检补充项目、神经系统、精神系统检查；②康复评定。进程疗效对照；③功能训练。增强生理稳定与心理稳定控制力；④心理测试。如观测情绪紧张程度；⑤生理、心理素质提高。如运动员训练、军事训练；⑥特殊用途检测。如公安、司法、军事部门的特殊训练和检测手段；⑦健康游戏机具。可放在社区活动室、老年活动中心、工会俱乐部，等等。智能型手臂稳定度仪为手臂稳定度的测量提供了更为方便而实用的手段，仪器同时能兼用于康复医疗功能训练，有广阔的应用前景。
本研究为国家自然基金资助项目(项目号：39930070)
参考文献
1，胡天培.手臂稳定度与手臂稳定度仪.世界医疗器械，1998，4(1)：24～27.
2，陈萍，杨煜普，许晓鸣.智能语音报警系统在工业监控系统中的应用.自动化仪表，l998，19(9)：21～22.
收稿日期：2000-03-31, http://www.100md.com