促进患者恢复的系统和方法技术领域
本发明主要涉及用于诊断人体机能失调和评估恢复的装置的改进。
背景技术
姿势描记术是覆盖了直立姿态状态下——无论静态或动态，量化姿势控制的所有
技术的一般术语。其中，计算机动态姿势描记(CDP)，也称为平衡测试(TOB)，是一种非侵入
性的专业临床评估技术，用于在常规(如体育教学和运动训练)和非常规(特别是在诊断平
衡失调、物理治疗疗法和姿势再教育)情况下，量化姿势和平衡控制中涉及的中枢神经系统
自适应机制(感官的，运动的和中枢的)。
由于姿势和平衡中涉及到的感官、运动和中枢处理之间的复杂相互作用，为了对
多种可能影响患者的姿势控制系统的缺陷和损伤加以区分，CDP需要不同的协议。因此，CDP
面临使用视觉、支承面刺激和参数的各种组合的挑战。
重心(COG)是平衡的重要分量，在评估个体的姿势时应该进行估量。因为COG很难
定量，COG经常通过压力中心(COP)来测量。
根据科学文献，如果个体具有理想姿势，COG应该位于支撑底座的中点。COP偏移和
速度是COG控制的指标和识别正确姿势和个体保持平衡的能力的关键因素。在本领域内COP
偏移已经被定义为在支撑底座(围绕双脚的周界)内，在前面/后面和内侧/外侧方向上的欧
几里得位移。当姿势不佳和/或脊柱弯曲过大时，COP偏移可能会增大，这反过来会导致当
COP朝支撑底座的边缘移动时的不稳定性。
治疗平衡失调有各种选择。一种选择包括，可能对平衡问题有影响的疾病或失调，
例如耳部感染，中风，多发性硬化，脊髓损伤，帕金森氏病，神经肌肉状况，获得性脑损伤，小
脑功能障碍和/或共济失调的治疗。各种治疗因人而异，且会基于包括症状、病史、一般健康
状况和评估测试结果在内的评估结果。
多种类型的平衡失调都需要在执业医生、整骨医生，脊椎推拿师、职业治疗师或物
理治疗师的指导下，进行平衡训练或恢复。整骨医生、脊椎推拿师、职业治疗师或物理治疗
师通常将标准化的测量结果作为他们的评估的一部分，以获取关于患者当前健康状况和进
展的有用信息和数据。
前庭功能损伤的恢复必须针对每一个患者定制，因为研究表明每个个体的感觉依
赖和对前庭损伤的补偿并不一样。在具有双侧或单侧前庭损伤的患者中，姿势角度和平衡
的控制可以显著改善，只要将其看作是复杂的感觉运动神经机能，其必须通过恰当地反馈
和积极的、特定环境的训练来学得。
应清楚地了解，如果在此提及了在先技术的公开，这种引用不能作为对此公开构
成部分本领域普通公知常识的认可，无论是在澳大利亚或是在任何其它国家。
发明内容
本发明在一个优选方面中提供了一种用于患者恢复的系统。该系统包括：平衡板，
用于测量患者的压力中心(COP)动态重量分布数据，所述平衡板包括至少一个称重传感器。
该系统进一步包括视觉显示器和与所述平衡板可操作地通信的处理器。该处理器配置为用
于生成与患者通过身体移动方式控制其COP的能力有关的数据，患者双脚与平衡板表面持
续最大接触，从视觉显示器上显示的第一预定点到至少第二预定点，该数据是使用所述平
衡板测量的COP动态重量分布数据生成的。
在另一优选方面，本发明提供了一种用于评估患者的恢复的方法。该方法包括：在
显示器上显示第一预定点和至少第二预定点；通过平衡板测量患者的压力中心；将患者的
压力中心表示为显示器上的图标；检测患者的压力中心在平衡板的表面上的移动，在测试
期间患者的双脚与平衡板充分接触；以及随同检测到的患者的压力中心在平衡板上的移
动，而移动表示患者的压力中心的图标。
应理解，上述一般性描述和下述具体描述都仅是示例和解释性的，而不是如权利
要求那样对本发明的限定。在本说明书和权利要求书中，术语“包括”及其衍生词“包含”、
“包括有”包括每个提及的项，但是并不排除任何一个或多个未提及的更多的项。
本说明书所附和提交的权利要求作为参考包括于本文文本中。
附图亦引用于此并作为说明书的一部分，附图中说明了本发明的多个实施例，与
具体实施方式一起用于对本发明原理的解释和说明。
附图说明
图1是根据本发明优选实施例的具有处理器、显示器和平衡板的系统的示意图。
图2是带可选扶手的，图1中平衡板的立体图。
图3是用于确定患者的精细运动控制的手持式测力仪的立体图。
图4是使用图1中的平衡板的平衡测试结果的显示器的视图。
图5是显示器的视图，显示使用图1中的系统进行第一身体移动控制路径测试的起
始点和结束点。
图6是图5的显示器的视图，显示第一身体移动控制测试中个体朝着结束点行进的
进程。
图7是显示器的视图，显示第二身体移动控制路径测试。
图8是显示器的视图，显示图5和图7中的身体移动控制路径测试的结果。
图9是显示器的视图，显示图5和图7中的身体移动控制路径测试的图形化结果的
扩展视图。
图10是显示器的视图，显示用于拼写图1的系统中使用的身体移动控制拼写测试
中的单词的一系列字母。
图11是显示器的视图，示出用于拼写第二身体移动控制拼写测试中的单词的一系
列字母。
图12是显示器的视图，示出图10的身体移动控制拼写测试和第二身体移动控制拼
写测试的结果。
图13是显示器的视图，示出图12的身体移动控制拼写测试的图形化结果的扩展视
图。
图14是显示器的视图，示出用于评价患者的规划和预见能力的第一迷宫测试。
图15是显示器的视图，示出用于评价患者的规划和预见能力的第二迷宫测试。
图16示出用于认知评估的采样图案识别测试。
图17示出图16所示的测试的进程。
图18是结果图形屏幕的视图，示出个体相对于平均数据集的迷宫测试比较结果。
图19是根据另一实施例的研究数据收集中心的图形用户界面。
具体实施方式
下面详细参考本发明的当前优选实施例，其示例在相应附图中示出。
图1和2示出系统100的实施例，其包括平衡板102，视觉显示器104和处理器106。使
用时，患者或其他受试主体站在平衡板102上，并根据指示或显示器104上显示的视觉刺激
进行一个或多个测试。随着显示器104上呈现的测试的进程，数据，例如压力中心(COP)数
据，从平衡板102获得并由处理器106处理。这些信息与患者或受试主体有关，并被用于帮助
诊断或恢复患者或受试主体。系统100的优选元件及其相互关系如下。
参考图2，平衡板102包括患者站在其上的上表面108，以及在中心点118相交的四
个象限110、112、114、116。该四个象限和中心点118便于患者双脚在板102上正确定位。平衡
板102还可以带有界线120、122以协助患者正确放置他或她的双脚。划分象限110、112、114、
116，或者足部定位向导120、122或者二者皆具的目的是保证在患者不动时，患者的重心和
中心点118垂直成一线。然而，平衡板的设计是使得患者不必站到非常精确的中心位置就可
以精确地数据采集。如果患者的COP位于，例如直径0.8英寸的圆之内，如显示在显示器屏幕
上位于患者的视野中，就可以采集到精确的平衡数据。这在测试的开始阶段可能需要患者
的足部定位的微调整。每个象限可以包含称重传感器，用于在患者站到板上时，测量板102
上的动态重量分布。还可以包含2条导轨124、126，以帮助患者在平衡板上进行测试，或者对
于具有严重平衡问题的患者，引入高架的(overhead)挽具安全支持系统。
四个称重传感器优选地各自是低剖面平面梁称重传感器的形式。这种称重传感器
应用于紧凑型磅秤，台秤和地秤以及零售和计数秤。也应用于医疗领域。在本实施例中，称
重传感器的方位和配置为使得平衡板定义四传感器平衡板。称重传感器输出的数据通过适
当的电路发送，以被处理器106读取。
作为电阻式称重传感器的替代，若需要，可以使用一个或多个霍尔传感器构建平
衡板102。霍尔传感器使用磁原理来检测运动，并且通常被认为更加精确。
如从图1可见，平衡板102通过适当的接口设备128连接到处理器106，处理器106优
选为便携式计算机130的形式，以便于板102和计算机130之间的通信。接口设备128可以包
括一个或多个带有收发器的无线电广播设备，收发器配置为用于通过专门的接入点进行对
等通信(例如，蓝牙和/或Wi-Fi直连)，和/或WLAN通信。除了无线通信外，或者取代无线通
信，接口128可配置为有线通信。
为简化起见，将参考便携式计算机130描述处理器106，但本发明并不局限于此。例
如，处理器106可以为各种形式的移动和/或固定计算设备，诸如但不限于，平板电脑、智能
设备(例如，智能手机)、台式计算机和/或可穿戴设备，如眼镜或手环。本领域技术人员应明
了，如上所述的处理器会包括芯片和相关联的存储器。便携式计算机130优选地具有无线通
信能力，例如配置为通过对等通信技术(例如，蓝牙和/或Wi-Fi直连)，和/或非对等通信如
WLAN进行通信的一个或多个无线电广播设备。
如图1所示，系统100可以包括可移动存储器，如可移动存储器132，优选的形式为
USB存储装置。应理解，数据可以用多种方式存储，例如，存储在便携式计算机130的硬盘，
USB132，一个或多个远程服务器，和/或云中。
如图1所示，显示器104可操作地(以及物理上)连接到处理器106。应理解，显示器
可以配置为分离的，独立的装置。例如，显示器可以是具有到便携式计算机130的可拆卸有
线连接和/或无线连接的电视机或计算机显视器。如果需要，显示器可以具有触摸屏。优选
地，显示器靠近平衡板102的周边放置，高度足以让患者可以容易地看到屏幕。为了方便不
同高度的受试主体，显示器可以安装在可调节的架子上，架子附接至平衡板102或者与之分
开。
图3示出了手持式测力仪134，其配置为用于测量受试主体在定时的期间内施加的
压力。测力仪134包括手柄136、手柄压力传感器138、视觉显示器140、以及用户接口142。测
力仪134可用于测试受试主体的精细运动控制能力。测力仪134可进一步包括无线通信收发
器，其配置为与便携式计算机130进行通信。收发器可以被配置为用于对等通信和/或WLAN，
与上文已经描述过的收发器类似。
系统100的组件配置为用于各种测试。参考图4，可进行平衡测试以诊断和/或促进
患者的恢复。患者站在平衡板102上。根据需要的分析类型和水平，患者可以在平衡板102上
静止或静立，或者是做出不同的动作。来自平衡板102的数据经接口128传送到便携式计算
机130。处理器106将平衡数据显示在屏幕200上，其中患者的COP显示为点或者图标202。通
过平衡测试可以得到各种数据，例如但不局限于摇摆速度和熵数据。优选地，第一次测试时
眼睛睁开进行，之后第二次测试时眼睛闭上进行。平衡测试对治疗平衡失调是有用的，包括
治疗耳部感染，中风，多发性硬化，痴呆，阿尔茨海默氏症，脊髓损伤，帕金森氏病，神经肌肉
症状，获得性脑损伤，小脑功能障碍，和/或共济失调。平衡测试也可有助于评估老年人的跌
倒风险，由于跌倒后的髋部骨折使人中风、过早残疾和最终死亡的风险非常高。在国际申请
No.PCT/AU2014/000149的申请中示出和描述了一种利用平衡数据来识别和治疗患者的系
统和方法，其全部内容作为参考引用于此。
尽管至少由于上述的原因，平衡测试是有用的工具，但是对于识别物理的和/或精
神性失调，并在受试主体伤后恢复的情况下跟踪恢复过程而言，结合一种或多种额外的评
估来确定受试主体的平衡能力是更有用的工具。额外的评估包括，受试主体的身体运动控
制、规划和预见能力，以及认知能力。例如，为了查明和测量身体运动控制，系统100优选地
配置为对受试主体施行如下测试：其中，当主体位于平衡板102上时，主体尝试将其COP从第
一固定点移动到第二固定点，COP在显示器104的屏幕上以图标表示。平衡板102测量主体的
COP并且将COP数据传送至便携式计算机130，便携式计算机130配置为将主体的COP图形化
描绘为显示器屏幕上的图标。已经开发出组合平衡/身体运动控制测试的各种变化，将在下
文进一步详述。
图5-9示出了身体移动控制测试，其中受试主体尝试沿路径引导其COP。参照图5和
图6，受试主体在平衡板102上时，控制其COP(以图标308描述)沿着路径306从第一预定起始
位置302移动到第二预定结束位置304，如屏幕300上所显示。为了便于显示受试主体的COP，
处理器106配置为将受试主体的COP描绘为跨显示器104的屏幕移动的图标在，该图标随着
被平衡板102检测和测量的受试主体的COP的移动而移动。图6示出，受试主体的COP沿着屏
幕310上的路径走过大约一半的路程。如图7所示，可以用屏幕312上显示的不同配置的路径
306'施行第二测试。在每个测试中，处理器106被配置为给测试计时和跟踪由平衡板102测
量的受试主体的COP相对于坐标系的移动以确定受试主体的COP在测试过程中的变化区间。
计时可以是关于受试主体花费多长时间来认真(conscientiously)地将其COP从第一固定
点移动到第二固定点，或者可以是在预定的时间周期内。为了便于对测试计时，处理器106
可以包括计时电路或者计时器。数据可以用图形显示，如下文所述。为了完成测试与路径墙
壁的碰撞次数和为在期望的方向上重新开始正确控制的运动花费的时间，将被额外地计
算。
参考图8和图9，每个路径测试的结果在屏幕314、316上以图表显示。每次测试的迹
线218、320可被可视化地呈现，以显示COP移动相对时间的范围。所产生的数据可被用于诊
断和治疗精神和/或物理失调，和/或用于查明患者恢复的进展。所产生的数据可以被关联
或存储在患者简介(profile)的电子记录中，患者简介的电子记录存储于被配置为存储多
个患者简介的电子数据库中。每个患者简介可包含一条或多条与测试结果有关的记录。处
理器106可被配置为对单个患者的记录或结果进行比较，和/或在多个患者的测试结果之间
进行比较，以开发COP简介的诊断数据库，COP简介具有与已知患有物理和/或神经失调的患
者的COP简介大致匹配的特征。由处理器106对单个患者进行的比较也可以用于在恢复期间
跟踪患者的进展。可以进行单个患者相对于标准化的数据集合之间的比较以查明患者相对
于一般人群或者是特定组别——如按年龄或性别分组——的表现如何。
现在参考图10-13，其显示和描述了另一种身体移动测试，其中受试主体使用他们
的COP来拼出可识别的单词。这里所用到的“可识别的单词”是指出现在被普遍接受的字典
上的单词。如图10所示，受试主体将其COP，如屏幕400上的图标404表示，从中心位置朝向字
母402移动，以从屏幕400上的多个字母拼出可识别的单词。在图10的例子中可识别的单词
为“BLUE”，处理器106配置为，当受试主体试图按照将拼出单词的顺序移动其以图标404表
示的COP从一个字母到另一个字母时，对COP的移动进行跟踪。关于图11，屏幕408示出了使
用单词“FLOW”的第二身体移动控制拼写测试。优选地，单词的字母数为二个到五个，但是如
果需要的话，可以用更多字母。具体地，这些字母被布置患者在屏幕上的视野里，以最大化
患者使用这些字母拼出单词的挑战。在路径和拼写评估测试中，使用挑战的难度提高的不
同等级。如上面的身体移动控制路径测试所描述的，处理器106可以配置为，将每次拼写测
试进行图形化呈现，例如，呈现于屏幕410(图12)和/或屏幕412(图13)上。如图13中屏幕412
的底部所示，结果可以以轨迹来呈现，该轨迹显示了患者的COP随时间的变化区间。
诊断精神和/或物理失调或者跟踪恢复的另一种有用的测试是测量患者的规划和
预见能力。一种用于测量患者的规划和预见能力的方式是通过迷宫测试。参照图14和15，受
试主体可以使用外围设备或者计算机的用户接口来引导屏幕500上显示的图标502穿过迷
宫的路径504。迷宫的完成以受试主体到达“终点”为标志。参与者的得分通过自动计总患者
的包括撞到迷宫的侧面在内的失误和完成评估以及将点502从起点移动到终点的时间来计
算。这有助于确定患者的规划能力和协调点的移动的能力。测试结果由将评估与使用最小
三次基准测试的这个主体的基准综合或平均分数进行比较而确定。另一个迷宫测试的示例
在图15中的屏幕506上显示。具有相当高的墙壁碰撞次数和需更长的时间来完成测试的得
分高的受试主体被认为与规划和预见有关的能力较差。高分数同样与语言和行为智力的差
异有关。
随着受试主体进一步用不断提高难度的迷宫设计进行测试，可以获得更具确定性
的比较。每次额外的测试都将被添加到受试主体的累积基准中，上至10次测试。为了保持受
试主体数据的时效性和最小化成熟作用，将每个受试主体最后(最近)10次测试进行平均来
更新该受试主体的基准。受试主体可以与自身比较，相互之间比较，或与选定的组别(如通
过性别或年龄划分的)进行比较，或者与由临床医生或研究者在定制数据集合中指定的特
定的子群体进行比较。所有的受试主体数据被去识别，并以加密形式存储在多级安全云存
储中，以遵循相应的国家隐私规定，如HIPPA和其它电子医疗记录存储要求。
在每个测试会话中，最初的测试可以被丢弃，这是为了允许学习因素，或者是在测
试中出现的非正常情况。“高”分意味着很多次的碰撞和长的测试持续时间。
在实验中，参与者被要求通过复杂的通道网络找到路，为此，参与者必须找出将他
们带到出口处的路线。参与者被告诫不能用他们的“笔”穿过实线。对参与者的期待是彻底
地扫视迷宫，观察其图案并确定穿过通道机动到出口处的正确道路。进入到“死胡同”是终
极错误，将导致测试结束。之后，允许参与者在扣除分数后重复相同的迷宫。特定难度等级
的测试确定将结束受试主体的测试的典型的失败尝试次数。完成给定的迷宫所需的尝试次
数证明了基于系统反馈和从之前的错误中所学到的，技能的测量是“有利的”。完成每个迷
宫所需的秒数可以被看作是认知效率的指标，也可以看作是随机行动的标志，因为迅速但
是不正确的决定也要消耗时间。
迷宫一般被认为是用来评价诸如行为或思想的可选序列的选择、尝试、拒绝或接
受的过程。
处理器106可以配置为具有倒计时功能，其再次建议测试将何时开始点502的移
动。目的是引导点502到达迷宫的终点(结束点)，优选地不撞到任何墙壁，也不转错弯。
精细运动控制的评估使用到手持测力仪134，如图3所示。用户紧握测力仪134并且
根据预定的施力等级并保持预定的持续时间进行一系列练习。这可以是很小的压力，比如
几盎司，到稍大的“磅”或者很多磅的压力；持续时间从数秒到一分钟。对于回到体育运动的
赛场情况，需使用一系列三项测试。运动员遵从测试指定的力和持续时间的能力，以自身比
较、相互比较或者自身与同等组别相比较的方式进行分析和显示。压力传感器138检测来自
使用者的握紧压力的变化，并且将数据通过测力仪134内的收发器发送到处理器106。处理
器106将来自测力仪134的数据与测试的进程相关联，以产生测试结果，测试结果以与前述
类似的形式进行图形化显示。应理解，迷宫测试和/或使用手持测力仪134时可以不使用平
衡板102。
另一项与平衡评估相结合的有用测试是认知测试。认知评估的一种优选形式是使
用“选择”认知测试。图16和17表明了一种样本选择测试，其使用了一系列的设计用来测试
受试主体的确定、记忆和回忆两个符号图案的能力的测试。用户接口，例如键盘上的方向键
(左和右)被用于选择特定符号。优选的第一任务是确定图案；显示两个具有不同形状不同
颜色的相异图案。在图16中，这些形状是显示在屏幕600上的圆形602和方形604。受试主体
优选地使用键盘上的左或右方向键，或者触摸触摸板、触摸屏或智能手机上的适当位置来
做出选择。系统将显示受试主体是否选择了正确的符号。图17示出了受试主体选择了正确
的符号时屏幕606的示例。优选的第二任务是回忆第一步里面找到的图案集合以评估短时
记忆。响应时间和选择优选地以图表形式，并且以针对数据库均值加权的比较显示的形式，
进行评价和显示。选择测试优选地同时测试流体智力和晶体智力的要素。流体智力通常包
括分析推理。晶体智力通常包括从过往经验中累积知识。
可以利用其它认知测试。例如，形成图案的一系列的字母可以用于测试记忆唤起。
当使用如上文描述的形状时，可以使用两种以上的形状和颜色，或者如果需要，可以使用两
个以上同样的形状或颜色的图案。
参照图18，为了便于比较，可以显示多项测试结果，包括：精确度、总时间和等级。
例如，为了评价迷宫测试结果，使用主要测试测量结果(总测试时间、主体输入、墙壁碰撞和
碰撞时间)来计算迷宫测试等级以生成分数/等级，在一个图中表示测试的质量和总体结
果。更低的等级是更好的分数。
迷宫测试的精确度用没有花费在迷宫墙壁的时间除以总时间的百分比来计算。如
果受试主体，在20秒的测试里，用5秒钟沿着墙壁行进，则精度是75％。因此，迷宫精确度被
认为是受试主体的规划、预见、本体感受和反应能力以综合方式运用的效率。示例性的分数
分配可以包括：每次碰撞事件加10；碰撞一秒加10；每次输入加3；测试时间每秒加3。
选择测试和迷宫测试的趋势分析同样也可以用认知曲线图呈现，屏幕如图18所
示。
仍旧参照图18，屏幕608显示特定的受试主体表现高于其等级的平均值。但是，该
受试主体在测试2中的完成时间低于系统均值。主体测试与系统均值进行比较，系统均值源
于特定系统上记录的全部主体进行的全部测试。
图19示出了研究数据门户屏幕700，其被配置为，为从各个研究系统和数据库收集
的所有数据提供存储和检索，以进行分析和比较。所有存储的数据被去识别，并使用加密和
不同级别的安全访问进行安全存储。
研究数据门户的目的是作为所有数据的研究数据采集中心，这些数据来自使用数
据采集设备的研究站或者用户网站。数据采集设备可以包括平衡板102和测力仪134。使用
定制的滤波器以及基于组别、种族、性别、年龄和测试类型深入挖掘数据，可以对数据进行
分析、比较和输出。研究数据门户基本上提供用于分析的大大扩展累积的研究数据池。
研究数据门户还包括用于研究人员进行检索和从其下载的研究出版物数据库。研
究数据门户还包括成员社区，以使成员之间可以互相联络，以创建协作项目和共享其使用
不同数据采集装置的经验。此外，可以为机构建立网络模板，以安全和非公开地存储其自有
数据。桌面应用和移动应用可以配置成向研究数据门户推送数据，并允许用户安全地连接
到研究数据门户。
前面的描述仅仅是示意性的，并且可进行相当的改变而不会脱离本发明的范围。
仅作为示例，取代于使用固定的显示器呈现测试，系统可被修改为使用虚拟现实和/或全息
图像。
相对于一个实施例描述的特征可以应用于其它实施例，或者与其它实施例的特征
进行组合或互换，只要合适，这些将不会脱离本发明的范围。
考虑到本公开中的说明书和本发明的实例，本发明的其它实施例对本领域技术人
员将变得显见。说明书和示例应仅被视为示意性的，本发明的真正范围和精神实质将由权
利要求表明。