一种辅助诊断脑性瘫痪的婴幼儿膝爬运动姿态分析系统技术方案

本发明专利技术涉及一种辅助诊断脑性瘫痪的婴幼儿膝爬运动姿态分析系统，属于医学测量领域。该系统包括运动姿态子参数计算模块、子参数分析模块和用户图形界面模块；在婴幼儿早期爬行阶段对运动功能进行客观评价，辅助医生做出婴幼儿脑瘫与否的诊断。本发明专利技术的优点为：(1)分析系统的数据来源于三维步态分析系统，数据采集过程对婴幼儿负担较小，较为安全有效。(2)系统操作清晰，方便医生调用数据，进行查看、增补、修改、数据对比等操作。(3)系统分析参数采用的算法基于运动学和医学原理，提高诊断的准确性与可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种辅助诊断脑性瘫痪的婴幼儿膝爬运动姿态分析系统
本专利技术属于医学测量领域，涉及一种辅助诊断脑性瘫痪的婴幼儿膝爬运动姿态分析系统。
技术介绍
脑性瘫痪(CerebralPalsy,CP)是一种由于围产期各种非进行性因素所导致的一种脑功能损伤综合，主要表现为运动障碍及姿势异常，目前尚无根治该病的有效方法，后期的康复疗效在很大程度上取决于对脑瘫性运动功能的早期客观评价，并以此开展的早期干预和早期治疗。目前对于婴幼儿脑瘫的早期诊断，主要依靠GMFM粗大运动功能评估表、头颅影像学(如核磁共振、CT或B超的异常)、表面肌电信号sEMG、步态运动特征参数分析等，结合医生经验，得出脑瘫的诊断结果。采用以上方案，一般在幼儿三岁后确诊脑瘫，从而延误脑瘫的早期干预治疗。此外，肌电信号检测信噪比低，干扰排除难；GMFM量表判断精确度不够，且依赖人的主观判断；考虑到辐射等因素，头颅影像学不适宜用于婴幼儿检测。因此，我们设计了基于三维步态分析系统的婴幼儿膝爬运动姿态分析系统，帮助医生辅助诊断脑瘫。婴儿的爬行运动是所有粗大动作发展的基础，是婴儿的成长过程中必不可少的阶段，一般在婴儿期的7-9月。因此通过分析婴幼儿爬行姿态运动数据，可以较早地客观评价其运动功能，反映其神经发育情况，对运动功能发育迟缓的婴幼儿做到早发现早治疗，有利于促进其运动功能的康复。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种辅助诊断脑性瘫痪的婴幼儿膝爬运动姿态分析系统。在婴幼儿早期的爬行阶段对运动功能进行客观评价，辅助医生做出婴儿脑瘫与否的诊断。为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种辅助诊断脑性瘫痪的婴幼儿膝爬运动姿态分析系统，该系统包括运动姿态子参数计算模块、子参数分析模块和用户图形界面模块；(1)所述运动姿态子参数计算模块从婴儿爬行姿态原始数据中提取8种子参数：对侧肢体运动协调性参数、同侧肢体运动协调性参数、关节抬升保守性参数、关节屈伸保守性参数、运动稳定性参数、运动流畅性参数、运动平滑性参数和运动平衡性参数；所述对侧肢体运动协调性参数ICoo为：设n为一份运动数据中运动周期的计数值。其中，k为周期总数；SPn为第n个运动周期中单步运动中某侧上肢运动的速度平方值大于3(m/s)2的时间长度；IDn为第n个运动周期中的特征延迟时间，具体而言是摆动相开始时刻到对侧下肢运动速度平方极大值时刻的时间长度；同侧肢体运动协调性参数CCoo为：设n为一份运动数据中运动周期的计数值。其中，k为周期数；SPn为第n个运动周期中单步运动中某侧上肢运动的速度平方值大于3(m/s)2的时间长度；CDn为第n个运动周期中的特征延迟时间，具体而言是摆动相开始时刻到同侧下肢运动速度平方极大值时刻的时间长度；关节抬升保守性参数LCon定义为：设A(X1,Y1,Z1)，B(X2,Y2,Z2)，C(X3,Y3,Z3)分别为关节运动中腕关节、肘关节、肩关节的三维坐标点；则某一时刻肩肘腕关节面的法向量如下：而有法向量夹角在整个运动周期中的t-θ曲线呈倒山峰形状，θ最大值即为关节抬升保守性参数。设有θm为整个运动记录中，各个时刻的关节面法向量夹角，m为总时刻数。关节抬升保守性参数LCon定义式为：LCon＝Max{θ1,θ2,...,θm}关节屈伸保守性参数FCon定义为：设A(X1,Y1,Z1)，B(X2,Y2,Z2)，C(X3,Y3,Z3)分别为关节运动中腕关节、肘关节、肩关节的三维坐标点；设某一时刻肩肘腕关节面的夹角大小为θ。有向量关节屈伸角关节屈伸保守性参数FCon定义式为：其中，k为周期数；为单步运动中某侧上肢运动的速度平方值大于3(m/s)2的时间长度；FDn为以摆动相开SPn始时刻到关节屈伸角在周期中达到最小值时刻的延迟时间；运动流畅性参数Flu定义为：设在第n个周期中，在婴儿爬行腕关节运动速度平方值大于3(m/s)2的时间段里，运动速度平方值曲线极大值点的个数为Mn，则运动流畅性参数为：设n为一份运动数据中运动周期的计数值。其中，k为运动记录中总周期数；Mn为单个周期中运动速度平方值曲线的极大值点的个数；运动稳定性参数Sta定义为：设运动过程中各时刻点腕、膝关节X坐标为X1,X2,...,Xm；则Sta＝Var(X1,X2,...,Xm)其中，Sta表示运动稳定性参数，Var表示求方差函数；运动平衡性参数Bal定义为：设运动过程中各时刻点骶关节Z坐标为Z1,Z2,...,Zm；则Bal＝Var(Z1,Z2,...,Zm)；其中，Bal表示运动平衡性参数，Var表示求方差函数；运动平滑性参数Smo定义为：针对骶骨运动曲线，先进行拟合，将原曲线拟合为一条曲线，拟合规则为：设F为原数据曲线，F(x)为自变量取x时原数据；拟合曲线Mean为求平均值函数；有波动值函数ε(x)＝F(x)-F'(x)；最后，对波动值函数ε(x)求取方差，即为平滑性参数；Smo＝Var(ε(X1),ε(X2),...,ε(Xn))其中，Smo表示运动平滑性参数，Var表示求方差函数；在子参数构建完成后，针对一条有效数据，获得共计8种22个子参数：对侧肢体运动协调性参数包括左上肢-右下肢、左下肢-右上肢；同侧肢体运动协调性参数包括左上肢-左下肢、右下肢-右上肢；关节抬升保守性参数包括左上肢、左下肢、右下肢、右上肢；关节屈伸保守性参数包括左上肢、左下肢、右下肢、右上肢；运动流畅性参数包括左上肢、左下肢、右下肢、右上肢；运动稳定性参数包括左上肢、左下肢、右下肢、右上肢；运动平衡性参数包括骶骨；运动平滑性参数包括骶骨；在以上22个子参数中，均满足：数值越小，说明提供数据的婴儿发育情况越接近正常婴儿；数值越大，说明提供数据的婴儿发育情况越接近脑瘫婴儿；(2)所述子参数分析模块：对于22个子参数，采用Z-score标准化方法与PCA主成分分析法处理子参数数据；经过对遍历数据的分析与实验，将系统定义的评估阈值定位；最终评估分数小于该评估阈值的婴儿，将被软件判定为正常儿；反之，如果评估分数大于该评估阈值，则将被判定为脑瘫儿。2、根据1所述的一种辅助诊断脑性瘫痪的婴幼儿膝爬运动姿态分析系统，其特征在于：所述Z-score标准化方法为：将一组数据的平均值调整为0，标准差调整为1的情况下保留数据间的相对关系；在系统中对22个子参数分别使用Z-score标准化方法，对其中一些子参数进行了加权，加权情况如下：对侧肢体运动协调性参数的权重为0.5；同侧肢体运动协调性参数的权重为0.5；关节抬升保守性参数的权重本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种辅助诊断脑性瘫痪的婴幼儿膝爬运动姿态分析系统，其特征在于：该系统包括运动姿态子参数计算模块、子参数分析模块和用户图形界面模块；运动姿态子参数计算模块向子参数分析模块传送数据；子参数分析模块和用户图形界面模块交互数据；/n(1)所述运动姿态子参数计算模块从婴儿爬行姿态原始数据中提取8种子参数：对侧肢体运动协调性参数、同侧肢体运动协调性参数、关节抬升保守性参数、关节屈伸保守性参数、运动稳定性参数、整体运动流畅性参数、运动平滑性参数和运动平衡性参数；/n所述对侧肢体运动协调性参数ICoo为：/n设n为一份运动数据中运动周期的计数值；/n

【技术特征摘要】
1.一种辅助诊断脑性瘫痪的婴幼儿膝爬运动姿态分析系统，其特征在于：该系统包括运动姿态子参数计算模块、子参数分析模块和用户图形界面模块；运动姿态子参数计算模块向子参数分析模块传送数据；子参数分析模块和用户图形界面模块交互数据；
(1)所述运动姿态子参数计算模块从婴儿爬行姿态原始数据中提取8种子参数：对侧肢体运动协调性参数、同侧肢体运动协调性参数、关节抬升保守性参数、关节屈伸保守性参数、运动稳定性参数、整体运动流畅性参数、运动平滑性参数和运动平衡性参数；
所述对侧肢体运动协调性参数ICoo为：
设n为一份运动数据中运动周期的计数值；



其中，k为周期总数；SPn为第n个运动周期中单步运动中某侧上肢运动的速度平方值大于3(m/s)2的时间长度；IDn为第n个运动周期中的特征延迟时间，具体为摆动相开始时刻到对侧下肢运动速度平方极大值时刻的时间长度；
同侧肢体运动协调性参数CCoo为：
设n为一份运动数据中运动周期的计数值；



其中，k为周期数；SPn为第n个运动周期中单步运动中某侧上肢运动的速度平方值大于3(m/s)2的时间长度；CDn为第n个运动周期中的特征延迟时间，具体为摆动相开始时刻到同侧下肢运动速度平方极大值时刻的时间长度；
关节抬升保守性参数LCon定义为：
设A(X1,Y1,Z1)，B(X2,Y2,Z2)，C(X3,Y3,Z3)分别为关节运动中腕关节、肘关节、肩关节的三维坐标点；则某一时刻肩肘腕关节面的法向量如下：









而有法向量夹角
在整个运动周期中的t-θ曲线呈倒山峰形状，θ最大值即为关节抬升保守性参数；
设有θm为整个运动记录中，各个时刻的关节面法向量夹角，m为总时刻数；
关节抬升保守性参数LCon定义式为：
LCon＝Max{θ1,θ2,...,θm}
关节屈伸保守性参数FCon定义为：
设A(X1,Y1,Z1)，B(X2,Y2,Z2)，C(X3,Y3,Z3)分别为关节运动中腕关节、肘关节、肩关节的三维坐标点；设某一时刻肩肘腕关节面的夹角大小为θ；
有向量
关节屈伸角
关节屈伸保守性参数FCon定义式为：



其中，k为周期数；SPn为单步运动中某侧上肢运动的速度平方值大于3(m/s)2的时间长度；
FDn为以摆动相开始时刻到关节屈伸角在周期中达到最小值时刻的延迟时间；
运动流畅性参数Flu定义为：
设在第n个周期中，在婴儿爬行腕关节运动速度平方值大于3(m/s)2的时间段里，运动速度平方值曲线的极大值点的个数为Mn，则运动流畅性参数为：
设n为一份运动数据中运动周期的计数值；



其中，k为运动记录中总周期数；Mn为单个周期中运动速度平方值曲线的极大值点的个数；
运动稳定性参数Sta定义为：
设运动过程中各时刻点腕、膝关节X坐标为X1,X2,...,Xm；则
Sta＝Var(X1,X2,...,Xm)
其中，Sta表示运动稳定性参数，Var表示求方差函数；
运动平衡性参数Bal定义为：
设运动过程中各时刻点骶关节Z坐标为Z1,Z2,...,Zm；则
Bal＝Var(Z1,Z2,...,Zm)；
其中，Bal表示运动平衡性参数，Var表示求方差函数；
运动平滑性参数Smo定义为：
针对骶骨运动曲线，先进行拟合，将原曲线拟合为一条曲线，拟合规则为：
设F为原数据曲线，F(x)为自变量取x时原数据；
拟合曲线Mean为求平均值函数；
有波动值函数ε(x)＝F(x)-F'(x)；
最后，对波动值函数ε(x)求取方差，即为平滑性参数；
Smo＝Var(ε(X1),ε(X...

【专利技术属性】
技术研发人员：李嘉宇，付子杰，肖鸿浩，吴小鹰，侯文生，张丽，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50