手功能康复训练设备上位机软件设计

论文总字数：30445字

摘 要

近些年来，中国人口老龄化趋势加快，中风导致的偏瘫患者逐年增加，其中手功能障碍者在其中占有较大比例。临床医学证明，尽早的介入康复治疗对患者手功能的恢复有积极的作用，但由于医疗资源不足，康复医师缺乏等问题，依靠少数专家进行长期康复训练对大多数患者是不现实的，因此使用康复训练机器人辅助患者进行康复训练具有重要的意义。

本文首先介绍了偏瘫引起的手功能障碍康复理论，并根据康复训练需求确定了康复训练系统的设计原则，提出了康复训练系统设计方案。并对实验室已有的手功能康复训练设备作出介绍，在该设备的基础上设计了手功能康复训练设备上位机软件。

该上位机软件基于Qt框架，使用串口通信协议与下位机设备进行通信并传输数据，使用MySQL数据库存储患者个人数据。通过Qt的信号与槽机制和图形化控件实现了患者登录，康复测试，康复训练主动模式、被动模式、康复评估等一系列功能，同时基于虚拟现实技术设计并实现了用于康复训练主动模式的康复训练游戏，对提高患者康复训练效率和自主性有积极的作用。

关键词：手功能康复，上位机软件设计，康复训练模式，康复训练游戏，康复评估

Abstract

In recent years, Chinese population is aging quickly, and the number of patients with hemiplegia caused by stroke has increased year by year, among which hand dysfunction accounts for a large proportion. Clinical medicine proves that early rehabilitation treatment has a positive effect on the recovery of patients' hand function. However, due to insufficient medical resources and lack of rehabilitation doctors, long-term rehabilitation training by a few experts is unrealistic for most patients. It is of great significance to use rehabilitation training robots to assist patients in rehabilitation training.

This paper first introduces the theory of rehabilitation of hand dysfunction caused by hemiplegia, and determines the design principle of rehabilitation training system according to the needs of rehabilitation training, and proposes the design scheme of rehabilitation training system. The manual function rehabilitation training equipment in the laboratory was introduced. On the basis of the equipment, the control software of the upper computer of the hand function rehabilitation training equipment was designed.

The control software of the upper computer is based on the Qt framework, uses the serial port protocol to communicate with the lower computer and transmits data, and uses the MySQL database to store patient personal data. Through Qt's signal and slot mechanism and graphical control, a series of functions such as patient registration, rehabilitation test, rehabilitation training active mode, passive mode, and rehabilitation evaluation are realized. At the same time, based on virtual reality technology, two kinds of rehabilitation training games for the active mode of rehabilitation training are designed and implemented, which has a positive effect on improving the efficiency and autonomy of rehabilitation training for patients.

KEY WORDS: hand function rehabilitation, software of the upper computer design, rehabilitation training mode, rehabilitation training game, rehabilitation assessment

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 课题的研究背景和意义 1

1.2 国内外研究现状 2

1.2.1 国外研究现状 2

1.2.2 国内研究现状 4

1.3 本文研究内容 5

第二章 手功能康复训练系统设计方案 6

2.1 偏瘫引起的手功能障碍康复理论基础 6

2.2 手功能康复训练系统设计需求 7

2.2.1 手功能康复训练系统设计原则 7

2.2.2 手功能康复训练系统康复训练模式设计 8

2.3 手功能康复训练系统总体结构 8

2.3.1 系统功能分析 8

2.3.2 系统组成 8

2.4 本章小结 9

第三章 手功能康复训练系统设备设计与分析 10

3.1 人手的生物学结构分析 10

3.2 手功能康复训练系统机构和硬件电路设计 11

3.2.1 手功能康复训练系统机构设计 11

3.2.2 硬件电路系统介绍 12

3.3 本章小结 13

第四章 手功能康复训练上位机软件设计与分析 14

4.1 系统开发语言与框架选择 14

4.2 上位机软件与设备通信设计 14

4.2.1 通信协议设计 14

4.2.2 上位机通信具体实现方案 16

4.3 用户数据存储设计 17

4.3.1 数据库选择与介绍 17

4.3.2 数据库结构设计与实现 17

4.4 上位机界面设计 18

4.5 上位机软件总体功能设计 19

4.5.1 患者登录功能 19

4.5.2 手指运动范围检测与显示 21

4.5.3 康复训练模式设计 22

4.6 交互训练功能设计 25

4.6.1 交互训练游戏介绍 25

4.6.2 图形碰撞检测实现 26

4.6.3 游戏状态信号与手部动作信号传递设计 27

4.7 康复评估功能设计 28

4.7.1 Fugl-Meyer 评估法 28

4.7.2 评估数据导出实现 29

4.7.3 邮件发送实现 29

4.8 本章小结 30

第五章 总结与展望 31

5.1 课题总结 31

5.2 存在的问题与建议 31

参考文献 32

致 谢 34

第一章 绪论

1.1 课题的研究背景和意义

脑卒中，又名“脑中风”，该疾病是因大脑内部血管堵塞造成大脑供血与供氧不足或因血管突发破裂导致出血而引起的急性疾病，会对患者大脑组织造成突发性和永久性破坏^[1]。脑卒中是我国居民第一位死因。2017年《中国脑卒中防治报告》显示，现患和曾患脑卒中人数在我国40岁以上人群之中为1 242万，同时脑卒中患者的年龄显示患病年龄呈现出年轻化趋势，而且病后存活人群中的70%留有不同程度的功能性损害^[2]。其中脑卒中患者受到的最常见的功能性损害为运动功能损害，其造成的单侧面部、上肢和下肢运动控制障碍影响80%左右脑卒中患者，其中40%~50%遭受长期上肢功能损害,对患者日常行为能力与社会交往能力有严重的影响。

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