基于力、位置信息评估上肢运动功能的方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于力、位置信息评估上肢运动功能的方法及系统，其中，该方法包括：使受试者上肢进行直线轨迹和圆形轨迹康复训练，以获取直线运动轨迹数据、圆形运动轨迹数据和接触力；处理直线和圆形运动轨迹数据，得到直线运动可达能力参数、圆形运动可达能力参数、平均速度、平均轨迹偏差和运动准确评估值；根据直线和圆形运动可达能力参数、平均速度评估运行执行控制能力，根据平均轨迹偏差和运动准确评估值评估运动精确性控制能力；分析接触力提取力量波动范围和垂直于身体方向的力量分配比值；根据力量波动范围和力量分配比值评估受试者的施加力量控制能力。该方法可详细的基于力、位置信息客观、精确的对用户上肢运动功能进行实时评估。

The method and system of evaluating upper limb motion function based on force and position information

【技术实现步骤摘要】
基于力、位置信息评估上肢运动功能的方法及系统
本专利技术涉及脑卒中患者上肢康复
，特别涉及一种基于力、位置信息评估上肢运动功能的方法及系统。
技术介绍
脑卒中，是一种常见的脑血管血液循环障碍疾病。随着全球老龄化程度的不断加深和年轻人群生活压力大、生活不规律等问题的不断加重，近年来中国脑卒中患者人数呈上升趋势，已成为中国第一大肢体致残疾病。85％以上的脑卒中幸存者伴随有上肢运动功能障碍。加上上肢运动功能的复杂多样，上肢运动功能评估与诊断成了卒中康复的重点和难点。由于现有康复医师数量匮乏，难以满足日益增长的脑卒中患者的康复需求。康复机器人技术因为可以较好帮助康复医师为脑卒中患者提供大量重复的康复训练，此外，康复机器人在辅助患者进行运动训练过程中可通过人机交互实现定量化肢体运动功能评估，以此来代替临床上偏瘫患者的Fugl-Meyer量表评估法、弥补了临床上评估耗时，结果主观性等缺陷，为优化康复治疗策略提供有效支撑。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出一种基于力、位置信息评估上肢运动功能的方法，该方法克服现有的临床上上肢运动功能评估方法的不足，可详细的基于力、位置信息客观、精确的对用户上肢运动功能进行实时评估。本专利技术的另一个目的在于提出一种基于力、位置信息评估上肢运动功能的系统。为达到上述目的，本专利技术一方面实施例提出了基于力、位置信息评估上肢运动功能的方法，包括以下步骤：利用上肢康复机器人使受试者上肢进行直线轨迹和圆形轨迹的康复训练，并通过所述上肢康复机器人的传感器获取直线运动轨迹数据、圆形运动轨迹数据和接触力；提取并处理所述直线运动轨迹数据中的实际直线轨迹数据和目标直线轨迹数据，得到直线运动可达能力参数；提取并处理所述圆形运动轨迹数据中的实际圆形轨迹数据，得到圆形运动可达能力参数；提取并处理所述直线运动轨迹数据和所述圆形运动轨迹数据中的运动轨迹和时间信息，得到所述受试者运动中的平均速度；对所述直线运动轨迹数据和所述圆形运动轨迹数据进行平均差处理和标准化处理，得到平均轨迹偏差和运动准确评估值；分析所述接触力提取力量波动范围和垂直于身体方向的力量分配比值；根据所述直线运动可达能力参数、所述圆形运动可达能力参数和所述平均速度评估所述受试者的运行执行控制能力；根据所述平均轨迹偏差和所述运动准确评估值评估所述受试者的运动精确性控制能力；根据所述力量波动范围和所述力量分配比值评估所述受试者的施加力量控制能力。本专利技术实施例的基于力、位置信息评估上肢运动功能的方法，通过在机器人训练过程中传感器采集到的的数据作为上肢康复过程中运动功能的评估依据，减轻了现有康复医师的数量缺乏的压力，同时也弥补了康复医师评估主观性的缺陷，通过传感器采集的数据，能更加客观、精确的对患者的运动功能够做出评价。另外，根据本专利技术上述实施例的基于力、位置信息评估上肢运动功能的方法还可以具有以下附加的技术特征：进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述提取并处理所述直线运动轨迹数据中的实际直线轨迹数据和目标直线轨迹数据，得到直线运动可达能力参数，包括：在所述直线运动轨迹数据中提取所述实际直线轨迹数据和所述目标直线轨迹数据；根据所述实际直线轨迹数据和所述目标直线轨迹数据确定实际运动轨迹方向与目标轨迹的方向偏差角度，将所述偏差角度作为所述直线运动可达能力参数。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述提取并处理所述圆形运动轨迹数据中的实际运动轨迹数据，得到圆形运动可达能力参数，包括：在所述圆形运动轨迹数据中提取所述实际圆形轨迹数据；根据所述实际圆形轨迹数据拟合椭圆曲线一般方程，计算短半轴与长半轴比值作为所述圆形运动可达能力参数。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述对所述直线运动轨迹数据和所述圆形运动轨迹数据依次进行平均差处理和标准化处理，得到平均轨迹偏差和运动准确评估值，包括：利用所述直线运动轨迹数据中的目标直线轨迹数据，得到直线轨迹的轨迹偏差；利用所述圆形运动轨迹数据得到圆形轨迹的轨迹偏差，并对所述圆形轨迹的轨迹偏差进行标准化处理，得到所述运动准确评估值；利用所述直线轨迹的轨迹偏差和所述圆形轨迹的轨迹偏差计算求得平均轨迹偏差。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，当所述直线运动可达性参数越接近于0，所述圆形运动可达能力参数越接近于1时，所述平均速度与所述运行执行控制能力成正比。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述平均轨迹偏差与所述运动准确评估值成正比，所述运动准确评估值与所述受试者的运动精确性控制能力成反比。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述力量波动范围与所述受试者的施加力量控制能力成反比，所述力量分配比值与所述受试者的施加力量控制能力成正比。为达到上述目的，本专利技术另一方面实施例提出了基于力、位置信息评估上肢运动功能的系统，包括：获取模块，用于利用上肢康复机器人使受试者上肢进行直线轨迹和圆形轨迹的康复训练，并通过所述上肢康复机器人的传感器获取直线运动轨迹数据、圆形运动轨迹数据和接触力；第一处理模块，用于提取并处理所述直线运动轨迹数据中的实际直线轨迹数据和目标直线轨迹数据，获得直线运动可达能力参数，提取并处理所述圆形运动轨迹数据中的实际圆形轨迹数据，获得圆形运动可达能力参数，提取并处理所述直线运动轨迹数据和所述圆形运动轨迹数据中的运动轨迹和时间信息，获得所述受试者运动中的平均速度；第二处理模块，用于对所述直线运动轨迹数据和所述圆形运动轨迹数据进行平均差处理和标准化处理，得到平均轨迹偏差和运动准确评估值；第三处理模块，用于分析所述接触力提取力量波动范围和垂直于身体方向的力量分配比值；评估运动执行控制能力模块，用于根据所述直线运动可达能力参数、所述圆形运动可达能力参数和所述平均速度评估所述受试者的运行执行控制能力；评估运动精确性控制能力模块，用于根据所述平均轨迹偏差和所述运动准确评估值评估所述受试者的运动精确性控制能力；评估施加力量控制能力模块，用于根据所述力量波动范围和所述力量分配比值评估所述受试者的施加力量控制能力。本专利技术实施例的基于力、位置信息评估上肢运动功能的系统，通过在机器人训练过程中传感器采集到的的数据作为上肢康复过程中运动功能的评估依据，减轻了现有康复医师的数量缺乏的压力，同时也弥补了康复医师评估主观性的缺陷，通过传感器采集的数据，能更加客观、精确的对患者的运动功能够做出评价。另外，根据本专利技术上述实施例的基于力、位置信息评估上肢运动功能的系统还可以具有以下附加的技术特征：进一步地，在本专利技术的一个实施例中，当所述直线运动可达性参数越接近于0，所述圆形运动可达能力参数越接近于1时，所述平均速度与所述运行执行控制能力成正比。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述平均轨迹偏差与所述运动准确评估值成正比，所述运动准确评估值与所述受试者的运动精确性控制能力成反比，所述力量波动范围与所述受试者的施加力量控制能力成反比，所述力量分配比值与所述受试者的施加力量控制能力成正比。本专利技术附加的方面本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于力、位置信息评估上肢运动功能的方法，其特征在于，包括以下步骤：/n利用上肢康复机器人使受试者上肢进行直线轨迹和圆形轨迹的康复训练，并通过所述上肢康复机器人的传感器获取直线运动轨迹数据、圆形运动轨迹数据和接触力；/n提取并处理所述直线运动轨迹数据中的实际直线轨迹数据和目标直线轨迹数据，得到直线运动可达能力参数；/n提取并处理所述圆形运动轨迹数据中的实际圆形轨迹数据，得到圆形运动可达能力参数；/n提取并处理所述直线运动轨迹数据和所述圆形运动轨迹数据中的运动轨迹和时间信息，得到所述受试者运动中的平均速度；/n对所述直线运动轨迹数据和所述圆形运动轨迹数据进行平均差处理和标准化处理，得到平均轨迹偏差和运动准确评估值；/n分析所述接触力提取力量波动范围和垂直于身体方向的力量分配比值；/n根据所述直线运动可达能力参数、所述圆形运动可达能力参数和所述平均速度评估所述受试者的运行执行控制能力，根据所述平均轨迹偏差和所述运动准确评估值评估所述受试者的运动精确性控制能力，根据所述力量波动范围和所述力量分配比值评估所述受试者的施加力量控制能力。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于力、位置信息评估上肢运动功能的方法，其特征在于，包括以下步骤：
利用上肢康复机器人使受试者上肢进行直线轨迹和圆形轨迹的康复训练，并通过所述上肢康复机器人的传感器获取直线运动轨迹数据、圆形运动轨迹数据和接触力；
提取并处理所述直线运动轨迹数据中的实际直线轨迹数据和目标直线轨迹数据，得到直线运动可达能力参数；
提取并处理所述圆形运动轨迹数据中的实际圆形轨迹数据，得到圆形运动可达能力参数；
提取并处理所述直线运动轨迹数据和所述圆形运动轨迹数据中的运动轨迹和时间信息，得到所述受试者运动中的平均速度；
对所述直线运动轨迹数据和所述圆形运动轨迹数据进行平均差处理和标准化处理，得到平均轨迹偏差和运动准确评估值；
分析所述接触力提取力量波动范围和垂直于身体方向的力量分配比值；
根据所述直线运动可达能力参数、所述圆形运动可达能力参数和所述平均速度评估所述受试者的运行执行控制能力，根据所述平均轨迹偏差和所述运动准确评估值评估所述受试者的运动精确性控制能力，根据所述力量波动范围和所述力量分配比值评估所述受试者的施加力量控制能力。


2.根据权利要求1所述的基于力、位置信息评估上肢运动功能的方法，其特征在于，所述提取并处理所述直线运动轨迹数据中的实际直线轨迹数据和目标直线轨迹数据，得到直线运动可达能力参数，包括：
在所述直线运动轨迹数据中提取所述实际直线轨迹数据和所述目标直线轨迹数据；
根据所述实际直线轨迹数据和所述目标直线轨迹数据确定实际运动轨迹方向与目标轨迹的方向偏差角度，将所述偏差角度作为所述直线运动可达能力参数。


3.根据权利要求1所述的基于力、位置信息评估上肢运动功能的方法，其特征在于，所述提取并处理所述圆形运动轨迹数据中的实际运动轨迹数据，得到圆形运动可达能力参数，包括：
在所述圆形运动轨迹数据中提取所述实际圆形轨迹数据；
根据所述实际圆形轨迹数据拟合椭圆曲线一般方程，计算短半轴与长半轴比值作为所述圆形运动可达能力参数。


4.根据权利要求1所述的基于力、位置信息评估上肢运动功能的方法，其特征在于，所述对所述直线运动轨迹数据和所述圆形运动轨迹数据依次进行平均差处理和标准化处理，得到平均轨迹偏差和运动准确评估值，包括：
利用所述直线运动轨迹数据中的目标直线轨迹数据，得到直线轨迹的轨迹偏差；
利用所述圆形运动轨迹数据得到圆形轨迹的轨迹偏差，并对所述圆形轨迹的轨迹偏差进行标准化处理，得到所述运动准确评估值；
利用所述直线轨迹的轨迹偏差和所述圆形轨迹的轨迹偏差计算求得平均轨迹偏差。


5...

【专利技术属性】
技术研发人员：季林红，李翀，钱超，贾天宇，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11