面向伤病康复期患者的多功能康复训练机设计

张天懿 王融畅 康辉

摘要：文章介绍一种多功能康复训练机设计，是为那些在伤病困扰和伤病康复期患者设计的一款恢复健康之用的多功能训练机。患者可通过拉力绳和臂力器功能训练上肢力量，通过脚踏车功能恢复下肢力量，利用跑步机装置恢复下肢力量同时加强心肺功能，功能多样化使得患者有多种选择，从而在很大程度上调动患者的训练积极性，使其早日康复，恢复健康生活。

关键词：康复训练机;多功能;伤病康复期

中图分类号：TB472 文献标识码：A

文章编码：1672-7053（2019）01-0159-02

康复训练机的研究和开发始于上世纪80年代，历史很短，但发展速度非常快，现已成为国际研究的热门领域。中国在这一领域开始研究的时间晚于欧洲、美国等西方国家，因此目前该领域的先进技术主要是由欧洲等发达国家提供。经过几十年的努力，国内在研究辅助康复设备方面也取得了很多成果，但总体趋势是偏向功能性单一，在综合性康复辅助设备方面的研究才刚刚开始。因此，提供安全、可靠、舒适、操作简便、价格实惠的多功能康复设备，对我国的伤病人群具有重要意义。

1 研究现状与发展趋势

康复训练机作为医疗器械的重要分支，其研究贯穿于康复医学、生物力学、力学、电子学、材料科学、人机工程学、计算机科学和机器人等众多领域，已经成为医疗器械领域的国际研究焦点。德国RENK公司开发的MOTOmed viva2产品面向那些不能够自行运动，完全丧失肌肉力量的患者。通过患者下肢的被动运动，来避免或减轻运动不足所引起的不良反应，如关节僵硬、肌肉萎缩等问题。许多患者的肌肉力量已不足以支撑他们做出站立和行走等简单的运动，这被认作为肌肉力量的完全丧失。但患者可以使用制动踏板上的微小踩踏功能，MOTOmed viva2启用此功能后，电机电阻会降至零，通过反复训练逐渐加大，此功能不仅可以帮助患者找到肌肉的剩余力量，还可以通过定期训练加强肌肉力量。瑞士的Lokomat产品拥有很好的反馈系统，其用计算机控制的马达，通过模拟的生理步态模式来移动患者的腿部，从而精确控制跑步机的速度，使其与患者步态一致，并且可以通过调整训练参数来适应不同患者的需要。同时自动化操作模式可以很大程度上减少治疗师的负担，并可实现更有效地治疗。

2 多功能康复训练机的三大设计要素

2.1 造型要素

多功能康复训练机设计的主要因素是造型方面的设计，通常是指产品能够具有一定的曲线美。造型设计可以分为几何造型和曲线造型，几何造型追求的是科技感，但是缺乏人性关怀;而曲线造型则更加人性化，能够拉近与患者的距离，让患者使用时更加舒心舒服。多功能康复训练机的造型设计要注重考虑人们的情感因素，应该具备一定的感官能力，给人们一种亲切感。一般来说，患者一般的心情都是沮丧、低落、忧郁等，所以在设计医疗产品时应以大曲面、柔和度高、圆滑度大的造型设计为主，这样不仅能够给人带来亲切感，还能够给患者和医护人员带来心理上的安全感。同时也要考虑到机械零件尽量不要暴露在外面，应隐藏在设备里面，最起码在外观上不能辨认出;但如果有无法隐藏的零部件，就需要用色彩美化的方式对其进行处理，这样才可以使患者和医护人员在使用时没有恐惧感c其次，在外形的比例上一定要协调，整体造型清晰大方，舒适度要适中。总之，多功能康复训练机的造型設计应以功能安全为主，在保证整体造型具有曲线美、能给患者带来安全感和亲切感的同时，又不失医疗科技的精密性和严谨性。

2.2 色彩要素

色彩因素也是多功能康复训练机的主要设计要素之一。因此需要根据不同造型的不同特点来进行色彩的选择。若将两者巧妙地结合在一起，将会给予使用者良好的视觉感受。由于红色、橙色、黄色等艳丽的颜色会对人眼有一定的刺激作用，会使患者产生消极的情绪，所以不利于患者的健康恢复。特别鲜亮的颜色，如红色，一直以来都被医院所禁止。而冷色调的颜色，如白色、绿色、灰色、蓝色等二绿色在对眼睛有保护缓冲作用的同时也能缓解患者紧张的情绪，放松其心情;蓝色则给人带来安静的感觉，从而更好的控制患者的情绪。因此在设计过程中，尽量选择冷色调的颜色。多功能康复训练机所面向的对象是患者和医护人员，因此，在设计时要同时考虑两者的实际情况来做出色彩的选择搭配。医护人员大多接受过高等教育和专业培训，具有一定的审美和鉴赏能力，所以在设计时，尤其是医护人员常使用的操作台和显示板的位置，要更加注重色彩选择搭配的合理性;而患者由于身体上受到创伤，往往会产生不安、焦躁的情绪，情绪波动较大，因此在色彩的选择和搭配上，要注重对患者的安抚和慰藉，使之有利于患者的情绪缓解和康复训练。

2.3 材质要素

材质是实验者直接接触的部分，因此也是主要的设计考虑因素之一。不同材质的产品在嗅觉、视觉、触觉等方面给予人不同的情绪影响，不同的材料由于互相之间肌理和色泽的不同，所带给使用者的感受也是不同的。多功能康复训练机面对的对象是人，所以要尽量追求人性化，提高产品的使用感受。当代社会，医疗产品的材料设计已经不仅仅局限于单一的木材、金属、陶瓷、玻璃等传统材料，更有高新的复合型材料的出现。例如复合塑料，它的便捷性和可塑性使它受到越来越多设计者的青睐，为医疗康复产品扩大了市场，形成良性循环。产品为人而服务，因此需要与人之间建立双向的良好亲近感，加强互动感。基于这个原因，多功能康复训练机在材料选择方面要选择能增加感性因素的材料，同时可通过对表面进行合理化处理及多种材料复合应用等具体设计手法来提高产品的人性化程度。

3 多功能康复训练机设计的受众患者需求及其功能设计实现

3.1 伤病康复期患者的康复训练需求

由于伤病康复期患者的自理能力严重下降，不能正常行走以及料理日常生活，因此要对其进行针对性的康复训练。伤病康复期患者可大致分为上肢运动受损、下肢运动受损和上下肢运动同时受损这三类情况。上肢运动受损的患者，大多为上肢肌肉损伤、韧带撕裂、关节受损、骨折等伤病，因此针对这类伤病所设计了扶手臂力器和拉力绳两大训练功能，通过科学有效地康复训练逐渐帮助患者恢复上肢健康;下肢运动受损的患者，大多因为伤病不能正常行走，或术后康复期中的下肢力量微弱，甚至萎缩，因此针对这类伤病所设计了下肢自行车和跑步机两大训练功能，伤病康复前期先通过下肢自行车的功能训练，逐渐增加下肢关节灵活度和肌肉力量，并且促进血液循环，后期再通过跑步机和保护装置练习行走和跑步能力，逐渐帮助患者恢复下肢健康;上下肢运动同时受损的患者，需要根据医嘱科学合理有计划地进行康复训练，上肢和下肢训练协调进行，逐渐恢复身体健康。

3.2 关键功能的设计与实现

大量临床数据和理论医学研究表明，残疾患者在需要立即进行手术和药物治疗的同时，若兼有合理的科学康复训练可以更好地帮助患者恢复身体运动功能。研究康复训练设备不仅给残疾患者带来了福音，并且对他们的家属和医务人员也非常有帮助，设备通过护理和康复训练来协助他们，极大地减轻了家人和医务人员的负担。但从分析介绍来看，目前研究开发的残疾患者康复训练设备功能单一化，如市场上现有的康复训练设备只能进行单一身体部位的康复训练，并具有固定、笨重、操作复杂等问题。因此，开发一款多功能康复训练机，具有良好的研究前景和市场前景，同时也可促进我们的社会更好更快地发展，如图1所示。

3.3 功能细节的设计与实现

多功能康复训练机的设计，是为那些残疾患者而设计的一款恢复健康之用的训练器。它不同于现有的大部分康复器，而是多种功能集一体。分别由拉力绳和臂力器训练上肢力量，脚踏车恢复下肢力量，跑步机恢复下肢力量的同时加强心肺功能。功能的多样化和智能化可调动患者的积极性，科学有效地帮助患者进行康复训练，使其早日健康，恢复健康生活。整体来看，康复训练机呈‘℃”状，底座是跑步机的跑道。跑道后方设置了座椅，供其他三项的训练之用。座椅不仅可以通过左侧按钮上下调整高度，也可通过右侧按钮控制轮滑前后滑动，这两项设计使得患者可以轻松调整到一个自己舒服的位置。跑道前方设计了触摸高清电子屏，方便患者的操作，如图2所示。

1）上肢训练二患者可以通过不同的运动姿势，利用拉力和扶手部分进行康复训练。在早期，扶手部分通过向上肢提供额外负荷从而驱动肢体被动运动，逐渐激活肌肉的张力和活力;后期通过辅助器械减少或增加负载来发挥康复训练作用。

2）下肢训练自行车：这里借用的MOTOmed系统，提供動力辅助装置，首先将电机降低到零阻力，在达到一定程度时再逐渐增加阻力，根据患者的实际情况制定康复计划。

3）跑步机二该部分为下肢训练器材，借用的Lokomat系统，当患者按计划进行康复治疗时应穿戴保护夹具（保护装置可以折叠起来放在储存袋的上部），为身体较为虚弱的患者的站立和行走训练提供支撑和保护;并且，前控制台可调节步行速度，患者可根据康复计划和显示的各种培训项目逐步完成康复训练指标。

4 结语

这种多功能康复训练机，以其实惠的价格、简单的操作、人性化设计，疾病反馈和康复指导等多功能集于一身的优势，获得了很多医学专家和患者的肯定。在我国，虽然康复医学项目受到了广泛关注，但康复训练机的研究尚处于起步阶段，以往的一些简单的康复设备已不能满足市场对智能化、人性化康复训练机的需求。因此，康复训练机广阔的市场前景将推动这项新技术得到更多的关注和推广。这种多功能康复训练机作为智能化、自动化、多功能化的康复设备，不仅可以提高患者训练效率，而且能够给患者提供科学有效地康复训练，使其早日康复，正常生活。

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