一种精准运动评估和康复训练系统技术方案

本发明专利技术提出了一种精准运动评估和康复训练系统，包括：运动数据采集和分析模块，肌电数据采集和分析模块，运动功能评估模块，运动缺失的肌肉协同问题判定模块，沉浸式康复训练模块，精准康复训练和治疗模块，病人数据库模块，正常人运动功能和肌肉动力学指标库。本发明专利技术基于微型传感器智能感知技术和信息融合技术，精确地、定量地评估运动功能和运动缺失，并能够分析和确定该运动缺失的肌肉层次和神经激励层次的问题所在，从而针对性地指定和执行康复训练和治疗方案，同时还提供了沉浸式康复训练功能，利于病人接受和坚持，实现运动康复数字化、精准化、可视化。

【技术实现步骤摘要】
一种精准运动评估和康复训练系统
本专利技术属于康复训练
，尤其涉及具有精准运动评估和和康复训练功能的系统。
技术介绍
由于中风、脑瘫、意外等引起的偏瘫患者，和其它运动障碍患者肢体康复训练的传统方法是医师对患者进行一对一的指导，利用康复器械进行训练，并根据其主观临床经验对患肢康复效果进行评价。这种训练方式存在诸多问题。首先，一名医师在大多数情况下只能同时对一名患者进行运动康复训练，效率低下，治疗效果多取决于医师的经验和水平；其次，不能精确控制和记录训练参数，不利于治疗方案的确定和改进；最后，不能向患者提供实时直观的反馈信息，训练过程缺乏吸引力，患者多被动接受治疗，参与治疗的主动性不够。为了能够更好地管理和控制康复过程，提高患者的主动性和参与性，从而提高康复训练的效率，有不少相应的工作。申请号为2010010136388.X的专利公开了“一种智能康复系统及运用该系统进行肢体运动跟踪的方法”，提出了一种基于计算机视觉技术的运动跟踪的方法，并将之应用于肢体康复。这两种基于视觉技术康复方法，由于其固有的缺陷—遮挡、和跟踪肢体运动精度不够，达不到定量的目的。申请号为200910099275.4的专利“基于虚拟现实的残障人士康复系统”，公开了一种包括功能性电刺激模块、运动捕获模块和虚拟现实模块的残障人士康复系统，通过虚拟现实技术为患者提供针对运动过程和运动效果的视、听等多模式的反馈信息，来激发和维持患者重复练习的动机。但专利技术中并未对如何进行运动捕获和康复训练执行情况的评估给出理想的解决方案。与本专利技术同一组专利技术人申请的下述两个专利，申请号为200910086474.1的专利“人体运动捕获三维再现系统及其方法”提出了基于多个微型传感器人体运动捕获的方法以及三维显示方法。本专利技术是将该专利技术中的人体运动捕获技术应用于运动康复，可以说是基于该技术的应用专利技术。申请号为201110450041.7的中国专利“一种微型传感器交互式上肢康复系统”，该系统采用多传感器数据融合技术，能够实时捕获患者上肢运动，对其上肢功能以及康复训练过程进行数字化度量和评估，使康复医生可以精确的跟踪和控制康复过程，及时、有针对性的实施和调整康复方案，提高康复训练效率。同时，通过多种手段可视化患者康复训练过程，定量评估完成情况，及时反馈信息。要实现运动精准康复还需要精准的运动功能评估和运动缺失的定位，加之以深入的相关肌肉激励信号分析，和精准的相对于运动缺失的肌肉力缺失和激励缺失的幅度和相位信息。目前的技术尚未考虑到这一点。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提出了一种精准运动评估和康复训练系统，提出了一组人体肢体的运动功能评估系列指标，并使用微型传感器运动捕获技术进行自动测定；根据运动功能系列指标，设计和实施可视化运动康复训练；使用微型传感器运动捕获技术和肌电传感和处理技术，并通过运动生物力学分析，找出运动功能缺失的肌肉激励问题；根据确定的运动功能缺失的肌肉激励问题，设计一组运动动作和相应的肌肉电刺激治疗。同时通过虚拟现实技术、多媒体技术、交互游戏等提高患者康复训练的主动性，提高康复的效率。为了达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种精准运动评估和康复训练系统,包括：运动数据采集和分析模块，用于采集和分析运动数据；肌电数据采集和分析模块，用于采集和分析肌电数据；运动功能评估模块，用于根据运动数据采集和分析模块获得的肢体运动参数，定量分析和计算运动功能系列指标；运动缺失的肌肉协同问题判定模块，用于定位运动功能缺失在肌肉层次和神经驱动层次的问题；沉浸式康复训练模块用于根据运动功能系列指标，为病人制定训练方案，选择合适的训练游戏，评估训练效果，优化训练方案；精准康复训练和治疗模块用于根据运动缺失的肌肉协同问题判定模块的输出，选择一组训练动作以及相应的治疗方案并执行；病人数据库模块用于存储病人数据；正常人运动功能和肌肉动力学指标库用于存储正常人在一系列基本运动动作中的正常的运动功能系列指标和相应的肌肉激励顺序以及肌肉协同模式。进一步的，所述运动数据采集和分析模块采集肢体的三维方位角度、角速度，关节的位移、速度和加速度。进一步的，所述肌电数据采集和分析模块采集相关肌肉肌键单元的肌电信号，经过预处理之后，用在最大自主收缩力下所有待测肌肉的表面肌电信号的平均值对肌电数据归一化处理，在数十毫秒的积分窗口对滤波后的肌电数据提取肌电特征参数：积分肌电值、平均肌电值、均方根值，以及频域的平均功率频率和中位频率。进一步的，所述运动功能评估模块根据运动数据采集和分析模块的肢体运动参数，计算运动功能系列指标：主动运动关节活动度、轨迹控制力、运动效率、非常态运动代偿、震颤。进一步的，运动缺失的肌肉协同问题判定模块针对一种运动缺失，选用一组基本动作和一组相关的肌肉肌键单元，测量和分析运动和肌电信号，计算其运动功能系列指标、肌肉激活顺序和肌肉协同模式，对照正常人同样部位、同一组基本动作和同一组肌肉肌键单元的正常运动功能系列指标、肌肉激活顺序和肌肉协同模式，分析和确定该运动缺失的肌肉层次和神经激励层次的问题所在。进一步的，所述沉浸式康复训练模块中的训练管理单元根据运动功能评估模块所得出的病人的运动功能系列指标，为医生或康复师提供运动康复方案建议，最后由医生确定运动康复方案和训练计划，当病人开始执行运动康复计划时，从康复游戏库中选择合适的训练游戏，进行训练，游戏训练所得分数直接与运动功能指标相对应，训练效果评估结果用于修正康复训练方案和计划。进一步的，所述精准康复训练和治疗模块根据运动缺失的肌肉协同问题判定模块找出的运动功能缺失的肌肉动力学层次原因，制定和执行针对性的康复训练和治疗方案。进一步的，当某肌肉肌键单元应该在某时刻激活但不能激活时，在使用该动作训练中，所述精准康复训练和治疗模块在此肌肉肌键单元应该激活的时刻，给与适当的电刺激，帮助激活。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点和有益效果：本专利技术基于微型传感器智能感知技术和信息融合技术，精确地、定量地评估运动功能和运动缺失，并能够分析和确定该运动缺失的肌肉层次和神经激励层次的问题所在，从而针对性地指定和执行康复训练和治疗方案，同时还提供了沉浸式康复训练功能，利于病人接受和坚持，实现运动康复数字化、精准化、可视化，使得康复训练可以在医院、康复中心、社区卫生服务中心和家庭中进行，最大限度地提高康复效率、医生效率。附图说明图1为本专利技术提供的精准运动评估和康复训练系统的逻辑方框图。图2是本专利技术提供的精准运动评估和康复训练系统中沉浸式康复训练模块的流程方框图。具体实施方式以下将结合具体实施例对本专利技术提供的技术方案进行详细说明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。另外，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。图1是一种具有精准运动评估和康复训练的智能康复系统的逻辑方框图。它包括数据采集子系统100、评估和分析子系统200、数据库子系统300和训练和治疗子系统400。数据采集子系统100中包括运动数据采集和分析模块110、肌电数据采集和分析模块120。评估和分析子系统200中又包括运本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种精准运动评估和康复训练系统,其特征在于，包括：运动数据采集和分析模块，用于采集和分析运动数据；肌电数据采集和分析模块，用于采集和分析肌电数据；运动数据采集和分析模块同步采集数据；运动功能评估模块，用于根据运动数据采集和分析模块获得的肢体运动参数，定量分析和计算运动功能系列指标；运动缺失的肌肉协同问题判定模块，用于定位运动功能缺失在肌肉层次和神经驱动层次的问题；沉浸式康复训练模块用于根据运动功能系列指标，为病人制定训练方案，选择合适的训练游戏，评估训练效果，优化训练方案；精准康复训练和治疗模块用于根据运动缺失的肌肉协同问题判定模块的输出，选择一组训练动作以及相应的治疗方案并执行；病人数据库模块用于存储病人数据；正常人运动功能和肌肉动力学指标库用于存储正常人在一系列基本运动动作中的正常的运动功能系列指标和相应的肌肉激励顺序以及肌肉协同模式。

【技术特征摘要】
1.一种精准运动评估和康复训练系统,其特征在于，包括：运动数据采集和分析模块，用于采集和分析运动数据；肌电数据采集和分析模块，用于采集和分析肌电数据；运动数据采集和分析模块同步采集数据；运动功能评估模块，用于根据运动数据采集和分析模块获得的肢体运动参数，定量分析和计算运动功能系列指标；运动缺失的肌肉协同问题判定模块，用于定位运动功能缺失在肌肉层次和神经驱动层次的问题；沉浸式康复训练模块用于根据运动功能系列指标，为病人制定训练方案，选择合适的训练游戏，评估训练效果，优化训练方案；精准康复训练和治疗模块用于根据运动缺失的肌肉协同问题判定模块的输出，选择一组训练动作以及相应的治疗方案并执行；病人数据库模块用于存储病人数据；正常人运动功能和肌肉动力学指标库用于存储正常人在一系列基本运动动作中的正常的运动功能系列指标和相应的肌肉激励顺序以及肌肉协同模式。2.根据权利要求1所述的精准运动评估和康复训练系统,其特征在于，所述运动数据采集和分析模块采集肢体的三维方位角度、角速度，关节的位移、速度和加速度。3.根据权利要求1所述的精准运动评估和康复训练系统,其特征在于，所述肌电数据采集和分析模块采集相关肌肉肌键单元的肌电信号，经过预处理之后，用在最大自主收缩力下所有待测肌肉的表面肌电信号的平均值对肌电数据归一化处理，在数十毫秒的积分窗口对滤波后的肌电数据提取肌电特征参数：积分肌电值、平均肌电值、均方根值，以及频域的平均功率频率和中位频率。4.根据权利要求1所述的精准运动评估和康复训练系统,其特征在于，所述运动功能评估模块根据运...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴健康，王红亮，
申请(专利权)人：中科数字健康科学研究院南京有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32