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人因工效学实验指导书
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3秒自动关闭窗口大众医药网 - 文献资料 - 手臂稳定度的仪器检测
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- 康复及理疗医学
手臂稳定度的仪器检测
现代康复 2000年第5期第4卷 康复医学中人体信息检测技术研究进展
作者：朱林剑　高忠华　胡天培
单位：朱林剑（大连理工大学康复工程研究所，辽宁大连116023）；高忠华 胡天培（上海交通大学）
关键词：手臂稳定度；手臂稳定度仪
　　摘要　手是人体的一个重要器官。手的动作十分灵巧并具有复杂的功能。现代科学证明，手和臂的动作稳定程度，不仅反映人的肌力、关节活动度、视觉、触觉、立体觉、位置觉和大脑的活动协调能力，尤为重要的是能传递人体重要医学信息。
　　手臂稳定度是人体状况（生理稳定与心理稳定）的重要参数，是反映中枢神经系统机能状况及上肢肌体健全与灵敏程度的重要标记，是健康检查、医疗诊断与康复评定的一项新的重要指标，也是心理测试的一项重要指标。
　　中图分类号　R496　文献标识码　A　文章编号　(59－03
The apparatus testing for arm stability
ZHU Lin-jian
　　(Dalian University of Technology Danlian 116023,China)
　　GAO Zhong-hua
　　(Dalian University of Technology Danlian 116023,China)
　　HU Tian-pei.
　　(Dalian University of Technology Danlian 116023,China)
　　Abstract The stability of arm movement is an important parameter of human physiological and psychological condition, it reflects the status of the central nervous system, the sensitivity and the healthy condition of one's upper limb. So, the Arm Stability has become a new quantitative, comprehensive and functional norm in physical examination, medical diagnosis and rehabilitation evaluation. It is also valuable in psychological criterion, since it is closely related to one's attention, emotion, the activity of cerebral center and vegetative nervous system.
　　Key Wordarm stability instrument
　　1　概述
　　手是人体的一个重要器官，被称为万能的手，20世纪80年代仪器检测开始出现。1980年Chizhov发明手臂震颤探测器[1],该探测器由动作感应器、脉搏测定器、接触总数记录器和时间标识记录器组成。要求测试对象手持带传导电流的探针，沿着有一定形状的凹槽移动,将记录到的接触总时间和没有接触到的时间与控制标准值作比较，评价手臂稳定度。以后又增加。控制单元、差分电路、RS－板机、二极管、AND－阀、反向计数器、比较器、时间监控器、神经动作指示器、测试对象动作的时间特征记录器来保证正确的动作方式，以免测试对象违反测试程序。该探测器可应用于检测测试对象的疲劳程度和心理、生理状况。ERNO RAUMF AHRTTECHN发明的手臂动作协调探测仪[2]，应用带有加速度测量器的笔追踪运动点。使用者手握一支装有加速度测量器的笔，跟随屏幕上显示的运动点，通过处理所得到的跟踪运动轨迹信息，评定手臂运动的协调程度。
　　1984年上海交通大学胡天培首次提出手臂稳定度概念并发明了手臂稳定度仪[3]，用10个不等径等深测试孔与定径测试棒构成检测装置，巧妙地实现手臂稳定度的定量检测。手臂稳定度仪标准样机对近6000千名不同年龄阶段健康人群进行大样本测试调查，取得手臂稳定度正常值数据，从而建立手臂稳定度对照标准。依据人手能传递人体重要医学信息的特性发明的属国际首创的这项医学新指标，现已成为医学检测与诊断的依据之一[5～8]。
　　1984年Makeevugol发明的手臂机能颤动测试仪[4]，有一个光电二极管转换器，当探针超出光束的范围而没有遮盖它时，便会控制信息处理器记录下误动作。该仪由探针、计时器、误动作转换器、误动作时间计量器、信号显示器和电源装置组成。仪器有一个信息处理器。信息显示通过两个红外线发射光源与一个光学聚焦系统，和分别装在基板对面以保证它们的光轴不产生偏差的两个光电转换器组成。
　　1987年Opdam发明用平衡横梁和传感器组成的颤抖测试仪，可用于手指、手、上肢和下巴的颤抖测试。
　　1995年WonJ、HoganN发明手臂动作在外加压力情况下测试稳定性的装置。受试者手握机械把柄在不受任何压制、全过程受压制和先受压制后放松等情况下，作出特定的点到点的平面手臂运动轨迹，用电脑进行数据分析。
　　2　手臂稳定度
　　2.1　基本概念　如前所述,手是人体的一个重要器官。手的动作十分灵巧并具有复杂的功能。现代科学证明，手和臂的动作稳定程度，不仅反映人的肌力、关节活动度、视觉、触觉、立体觉、位置觉和大脑的活动协调能力，尤为重要的是能传递人体重要医学信息。
　　依据信息论观点，人手的优越性在于综合了生物信息处理系统所有的各种特性，如信息的接收、传递、变换、反馈和转化等，它既是整个人体极其复杂的机体的一部分，它的灵巧程度又无疑地要作用于人的机体的其它部分。因而，手臂对人来说具有特殊重要的意义：（1）手和臂的运动机能，与大脑、小脑、神经、肌肉、植物神经系统、血液循环系统等都密切关联，手臂稳定度与人的生理状态密切相关。(2）当人的肌体的某些部分产生病变，受到障碍时，往往影响手臂动作的稳定程度，手臂稳定度与人的病理状态密切相关。（3）手臂动作的稳定程度与人的注意力、情绪、休息、高级与低级神经活动状态密切关联，手臂稳定度与人的心理状态密切相关。
　　由此可见，手臂稳定度是人体状况（生理稳定与心理稳定）的重要参数，是反映中枢神经系统机能状况及上肢肌体健全与灵敏程度的重要标记，是健康检查、医疗诊断与康复评定的一项新的重要指标，也是心理测试的一项重要指标。
　　2.2　定量标准
　　2.2.1总体思路利用人手能传递人体重要医学信息的特点，将手臂颤动规律用新概念手臂稳定度衡量，作为人体测试的一项新指标；总结实践经验，建立手臂稳定度数学模型，确定系数，设计结构，发明手臂稳定度仪；用手臂稳定度仪大样本调查人群手臂稳定度，确定不同年龄阶段正常值，作为评价依据。
　　2.2.2技术方案数学上对于空间一个点的位置，可以用三维坐标确定。颤动的点，平面上可以用圆，空间可以用球体或圆柱体来衡量颤动的范围。因此，可以用颤动点平面直径（圆）和竖直深度（圆柱）的简便方法定量化。实践中，用手持一定直径的测试笔，分别插入一定深度不同孔径测验孔的方法，检测颤动程度。
　　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，对手臂稳定度定义如下：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。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。
　　数学表达式：S=10－F/10≤1.0式中：S为手臂稳定度，0≤S≤10;F为失误未能通过之孔数。
　　概率论中，非离散型随机变量的一种最重要的分布――正态分布，频率分布曲线形状为中间高，两边低，左右近似对称。通过大量测试实践，选定测试棒针柱直径d=1mm,则测验孔直径可由下列经验公式确定：
　　式中：Dn―第n个测验孔径=1，2，……10；A―收敛焦距，A=80n―测验孔序号，nmin=1,nmax=10;B―测验孔中心距，B=20α―名义收敛角，定D10=2d=2mm；α=1O26/;Sn―第n孔对应的手臂稳定度，S1=0.1,S2=0.2.,…S10=1.0。
　　定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.
　　3　手臂稳定度仪
　　3.1　总体设计原则　为尽量准确反映人脑（包括整个中枢神经系统）对手臂动作的运动控制机制和上肢机体（手和臂）的运动协调性和灵敏度，总体设计原则为：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顺序将测试棒插入（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，应尽量排除心理因素干扰。
　　3.2　仪器设计
　　3.2.1微电脑控制硬件电原理框图利用现代微电子技术，测试过程得到规范化。例如：不按规定测试，在规定时间内不测试，或超过限定时间，均判测试无效。只有在限定时间完成规定动作，才会取得成绩,图1为硬件电原理框图。
图1　微电脑硬件电原理框图
　　3.2.2智能型软件流程原理框图智能控制靠程序设计与电路结合实现，其核心部分是对测验孔输入信号的识别处理，判断受试者是否拥有高一级测验孔的测试资格，以及将测试数据与内存大样本不同年龄阶段正常值比较后作出评价，最终将全部测试资料（包括输入的受试者编号、性别、年龄、年、月、日，检测得到的右手与左手连续各3次的测试时间和手臂稳定度，以及根据手臂稳定度的优选成绩作出的评价等）打印输出。
　　3.2.3康复医疗与功能训练原理手臂稳定度仪同时也是以手臂稳定度概念为指导的康复医疗和功能训练仪器。其基本原理是，藉助仪器，通过意识控制动作的反复训练，伴随信息转化、生物反馈（biofeedback）、生物控制（biocybernetic）和功能训练（functiontraining）过程，不断调节和增强脑的指令传递至整个中枢神经系统和骨骼肌肉系统的支配和控制能力，清除控制机能障碍和运动机能障碍，改善直至恢复机能状态。见图2。
图2　康复医疗与功能训练原理示意图
　　可见，手臂稳定度所反映的大脑支配下相关机体的控制机能和运动机能状况，与人的生理和心理状况，通过仪器，组成了一个闭环回路。患者在主观意识控制和调节下，通过应用仪器反复测试和训练，不断缩小设定的手臂稳定度期望值与实际测得值之间的差距，达到减小控制机能障碍和运动机能障碍，提高或恢复功能的目的。
　　3.2.4仪器构造智能型手臂稳定度仪由检测装置（包括测试棒和测验孔组件）、电器装置（包括微型打印机、电路板和各种电子元器件）和机壳（包括键盘和附有数字显示与灯光显示的面板）3部分组成(见图3)，表1为测验孔与对应的手臂稳定度关系。
图3　手臂稳定度仪构造示意图
表1　测验孔径与手臂稳定度的关系
　　智能型手臂稳定度仪（JNH手臂稳定度测试康复仪）最终实现了预期的构想，能严格遵循手臂稳定度定量测试规则，具有较高的精度和灵敏度，成为理想的手臂稳定度测试评定用标准仪器，也能对患者进行有效的医疗康复和功能训练。
　　3.3　不同年龄阶段手臂稳定度正常值　30台标准样机经20余家医院、科研单位和高等院校试用，开展健康人群手臂稳定度正常值测试调查，历时两年，取得宝贵数据。测试对象条件是：（1）身体健康，无明显心、肝、脑、肾等临床症状和器质性损害；（2）两手臂无残缺和功能障碍；（3）两手平伸时，手臂无震颤现象；（4）1年内无重大外科手术史。对5645例不同年龄阶段健康人群检测结果所得手臂稳定度正常值见表2，其频率分布图的形状近似正态分布，如图4所示。
图4　5645例健康人群手臂稳定度频率分布图
表2　5645例健康人群手臂稳定度正常值统计
年龄（岁）
手臂稳定度正常值
　　注：4岁以下无法测试，测试健康老年人最高年龄93岁。
　　4　临床应用
　　4.1　应用于康复医学见表3。
表3　64例上肢稳定失调患者疗效及程度评判
JNH值(手臂稳定度)
　　现代康复医学常用的ADL(日常生活活动能力)评定表具有很强的主观性。JNH仪（手臂稳定度）是一客观定量指标显示器，资料证明此仪对上肢平衡失调所致日常生活能力改变有明显显示力。
　　4.2　应用于医学临床见表4。
表4　69例帕金森病治疗前后手臂稳定度比较
　　4.3　应用于心理测定（紧张情绪）见表5。
表5　140例早期妊娠手臂稳定度测定情况比较
　　稳定度
未婚先孕组
正常早孕组
稳定度均值
　　注：1.未婚先孕组第1次与第2次测试对比，P值＜0.001，显著差异。
　　2.正常早孕组第1次与第2次测试对比，P值＞0.05，无显著差异。
　　3.未婚先孕组比正常早孕组第1次测试对比，P值＜0.001，显著差异。4.4　应用于体育运动见表6。
表6　36例少年篮球运动员协调性的测定
　　协调性分级
　　4.5　应用于工业系统（招工考核）见表7。
表7　120例企业操作工人手臂稳定度与生产效率比较(例数)
类别稳定度
生产效率低者
生产效率高者
　　4.6　应用于科学实验中国科学院上海技术物理研究所应用JNH仪于“二阶视觉模式”实验的测试中（人工神经网络视觉传感器系统实验项目之一），选择7级（稳定度0.7）以上的被试者进行二阶视觉模式实验。实验表明：稳定度6级以下被试者进行二阶视觉模式实验时，实验数据显示明显的统计离散性，正确报告率之差达27.2％[(t(37)=3.809，P＜0.01)]。 当选用稳定度在7级以上者作为被试时，实验数据显示明显的规律性，正确报告率之差仅3.8％[(t(38)=1.34,P＞0.02)]，实验数据没有明显的统计意义的差别。
　　华东师范大学心理学系应用JNH手臂稳定度测试康复仪作为心理实验室基本实验仪器，用于教学实验与科学研究，定量测定情绪反应，并为中美上海施贵宝制药有限公司招工进行紧张情绪影响的测定及心理咨询。
　　综合临床5000多例应用结果，JNH手臂稳定度测试康复仪有以下用途：（1）可用于健康检查和病人检测。包括神经系统、精神系统、老年和儿童疾病检测；（2）可用于康复医疗与功能训练评估；（3）可用于心理测试。如观察情绪紧张；（4）可用于招工和人员选聘；（5）可用于体育运动员选拔和提高生理、心理素质训练；（6）可用于公安、司法、军事部门作为特殊检测和训练手段；(7）可用于文化娱乐场所（如老年活动中心、工会俱乐部等）作为有益身心健康的游戏机器。
　　胡天培教授发明的手臂稳定度与手臂稳定度仪，经科技情报检索查和专家鉴定，属国际首创，该仪被定名为JNH手臂稳定度测试康复仪（定量检测并能兼用于康复医疗功能训练），1991年获得中国国家科技委员会等单位联合颁发的国家级重点高新技术产品证书。该项医学新指标和新仪器目前已在卫生系统的神经内、外科、精神科、老年病科、内科、外科、骨科、儿科、妇产科、康复医学科、运动医学科、理疗科、职业病科等许多科室临床使用，有广阔的应用领域和前景[9]。
　　作者简介　朱林俭(1960－)，男，辽宁人，副所长，副教授。研究方向：康复器械与设备。
　　参考文献
　　[1]Chizhov AY.Medical diagnostics limb tremor detector[P]. C7387 K/08 ☆ SU 921－ 517 S05 (08.07.82) A616.05/10
　　[2]Erno RA.Measuring instrument for coordination of hand movement[P]. J2585 E/28 ☆ DE 3048－ 296 S05 (08.07.82) A616.05/10
　　[3]Hu TP.A new indicator for rehabilitation evaluation－ the degree of stability of hand－ arm movement[R].Proceedings of the Annual inter national conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society,New York USA, 536～ 1 537
　　[4]Makeevugol M W.Hand dynamic tremor investigation appts[P].86－
☆ Su 1223－ 886－ A S05 (15.04.86) A616.05/10
　　[5]陈俊宁,姜建东,杨春水.手臂稳定度的检测结果与功能评估[J].脑血管病康复,):74～78
　　[6]杨春水,陈俊宁,姜建东.癫瘤患者手臂稳定度的功能评估[J].中国康复医学杂志,):252～255
　　[7]姜建东,杨春水,陈俊宁.帕金森病患者手臂稳定度的功能评估[J].中国康复医学杂志,):17～19
　　[8]黄东锋,陈少贞,欧海宁.上肢功能测量方法的研究[J].中国康复,):172～174
　　[9]胡天培.手臂稳定度与手臂稳定度仪[J].世界医疗器械,):24～27
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深度知觉测试仪是研究视觉在深度上视锐的一种仪器。可测试双眼对距离或深度的视觉误差的最小阀限。本仪器具有
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技术参数：
比较刺激移动速度分快慢二档：快 50mm/s；慢 25mm/s&
比较刺激与标准刺激的横向距离为： 55mm&&
电&&& 源： 220V
光&&& 源：萤光灯
外形尺寸：&
175&600&250 mm3
使用说明：
1. 被测试者坐于离标准刺激 2m
处，使双目或单目与观察窗成水平位置，可观察比较刺激的前后移动。&
主试者接通电源，打开照明灯。此时比较刺激自动离开标准刺激最远处停下。若测试过程中，电源开关始终处于开启状态，则主试者可按一下复位键亦可使比较刺激处于初始位置，即停于离标准刺激最远处。&
3. 由被试者操作遥控键，使比较刺激与标准刺激三点成一直线。&
4. 主试者从标尺读数中观察被测试者的测定误差。&
注意事项：
应将仪器置于通风、干燥的环境中工作，并避免阳光直射和尘埃。
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