CN106361346A - 一种基于传感技术的手部康复指数的计算方法 - Google Patents

一种基于传感技术的手部康复指数的计算方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于传感技术的手部康复指数的计算方法，包括：在智能手套内设置空间传感器，且空间传感器的位置与目标关节的位置相对应，目标关节包括拇指指间关节、拇指掌指关节、四指近节指间关节、掌指关节及腕关节；患者佩戴智能手套并完成训练动作，训练动作包括健手舒展动作、健手握拳动作及患手握拳动作；空间传感器采集每一训练动作中目标关节的运动学参数，运动学参数包括矢状轴运动角度变化及力量变化；根据运动学参数确定患手的康复指数。采用本发明，可快速、精确地计算患手的康复指数，从而将患者的康复情况转换为数字量，有效地指导医师对患者的康复情况进行评估，进一步完善康复计划，以选择具有临床治疗价值的手部动作。

Description

一种基于传感技术的手部康复指数的计算方法
技术领域
本发明涉及医学技术领域，尤其涉及一种基于传感技术的手部康复指数的计算方法。
背景技术
我国上肢残疾并伴功能障碍者超过400百万人，其中绝大部分为手功能（手的感觉、运动功能）障碍。在我国，随着偏瘫患者数量的逐年增加，患者运动功能的康复越来越多地引起人们的重视。尤其是手功能恢复对患者的日常生活能力影响很大，也是康复治疗中难以解决的问题之一，已成为现代康复医学的研究热点。
目前，国内有穿戴式手功能康复机器人，但是针对工伤患者进行精细化训练，对关节运动，表面机电信号的辨识等进行深度研究，或者对手部肌肉群体的力量控制等设备的研发非常少。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种基于传感技术的手部康复指数的计算方法，可快速、精确地计算患手的康复指数，从而将患者的康复情况转换为数字量，有效地指导医师对患者的康复情况进行评估。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于传感技术的手部康复指数的计算方法，包括：在智能手套内设置空间传感器，且所述空间传感器的位置与目标关节的位置相对应，所述目标关节包括拇指指间关节、拇指掌指关节、四指近节指间关节、掌指关节及腕关节；患者佩戴智能手套并完成训练动作，所述训练动作包括健手舒展动作、健手握拳动作及患手握拳动作；所述空间传感器采集每一训练动作中目标关节的运动学参数，所述运动学参数包括矢状轴运动角度变化及力量变化；根据运动学参数确定患手的康复指数。
作为上述方案的改进，所述健手舒展动作是指患者的健手完全舒展时的动作，动作要求手指和掌背紧贴基准面并且各手指之间相互分开；所述健手握拳动作是指患者的健手握拳时的动作，动作要求掌背紧贴基准面；所述患手握拳动作是指患者的患手尝试紧握拳时的动作，动作要求掌背紧贴基准面。
作为上述方案的改进，所述根据运动学参数确定患手的康复指数的方法包括：在健手舒展动作时，空间传感器分别提取目标关节的矢状轴角度An；在健手握拳动作时，空间传感器分别提取目标关节的矢状轴角度Bn；在患手握拳动作时，空间传感器分别提取目标关节的矢状轴角度Cn；根据公式Kn=（An-Bn）/（Cn-Bn）计算患手的第一康复指数Kn，其中，n=1表示拇指指间关节，n=2表示拇指掌指关节，n=3表示食指近节指间关节，n=4表示食指掌指关节，n=5表示中指近节指间关节，n=6表示中指掌指关节，n=7表示无名指近节指间关节，n=8表示无名指掌指关节，n=9表示小拇指近节指间关节，n=10表示小拇指掌指关节，n=11表示腕关节。
作为上述方案的改进，所述根据运动学参数确定患手的康复指数的方法包括：在健手舒展动作时，空间传感器分别提取目标关节的力量Dn；在健手握拳动作时，空间传感器分别提取目标关节的力量En；在患手握拳动作时，空间传感器分别提取目标关节的力量Fn；根据公式Mn=（Dn-En）/（Fn-En）计算患手的第二康复指数Mn，其中，n=1表示拇指指间关节，n=2表示拇指掌指关节，n=3表示食指近节指间关节，n=4表示食指掌指关节，n=5表示中指近节指间关节，n=6表示中指掌指关节，n=7表示无名指近节指间关节，n=8表示无名指掌指关节，n=9表示小拇指近节指间关节，n=10表示小拇指掌指关节，n=11表示腕关节。
作为上述方案的改进，所述空间传感器为针织柔性传感器。
实施本发明，具有如下有益效果：
本发明针对手运动功能障碍患者，聚焦手指的精细运动，通过在智能手套中单指集成空间传感器，使患者在单指屈曲度测试过程中，利用空间传感器采集手部目标关节的矢状轴运动角度变化及力量变化，实时分析手运动学改变，即可快速、精确地计算出康复指数（如，第一康复指数及第二康复指数），从而将患者的康复情况转换为数字量，有效地指导医师对患者的康复情况进行评估，进一步完善康复计划，以选择具有临床治疗价值的手部动作，为不同情况的患者安排合理的训练方案，达到训练规范化的效果。
同时，本发明采用特殊的智能手套对目标关节的运动学参数进行采集，方便佩戴，使本发明不会受到光照、背景等外界环境的干扰。
附图说明
图1是本发明基于传感技术的手部康复指数的计算方法的流程图；
图2是本发明中智能手套的结构示意图；
图3是本发明中“根据运动学参数确定患手的康复指数的方法” 的第一实施例流程图；
图4是本发明中“根据运动学参数确定患手的康复指数的方法” 的第二实施例流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。仅此声明，本发明在文中出现或即将出现的上、下、左、右、前、后、内、外等方位用词，仅以本发明的附图为基准，其并不是对本发明的具体限定。
参见图1，图1显示了本发明基于传感技术的手部康复指数的计算方法，包括：
S101，患者佩戴智能手套并完成训练动作。
所述训练动作包括健手舒展动作、健手握拳动作及患手握拳动作。其中，所述健手舒展动作是指患者的健手完全舒展时的动作，动作要求手指和掌背紧贴基准面并且各手指之间相互分开；所述健手握拳动作是指患者的健手握拳时的动作，动作要求掌背紧贴基准面；所述患手握拳动作是指患者的患手尝试紧握拳时的动作，动作要求掌背紧贴基准面。
S102，所述空间传感器采集每一训练动作中目标关节的运动学参数，所述运动学参数包括矢状轴运动角度变化及力量变化。
如图2所示，本发明中需采用特殊的智能手套2对目标关节的运动学参数进行采集，方便佩戴，使本发明不会受到光照、背景等外界环境的干扰。具体地，在智能手套2内设置空间传感器3，并使所述空间传感器3的位置与目标关节的位置相对应，所述目标关节包括拇指指间关节、拇指掌指关节、四指近节指间关节、掌指关节及腕关节。所述空间传感器3优选为针织柔性传感器，可进一步提高智能手套的舒适度。
S103，根据运动学参数确定患手的康复指数。
如图3所示，所述根据运动学参数确定患手的康复指数的方法包括：
S201，在健手舒展动作时，空间传感器分别提取目标关节的矢状轴角度An。
具体地，舒展时健手拇指指间关节的矢状轴角度为A1，舒展时健手拇指掌指关节的矢状轴角度为A2，舒展时健手食指近节指间关节的矢状轴角度为A3，舒展时健手中指近节指间关节的矢状轴角度为A4，舒展时健手无名指近节指间关节的矢状轴角度为A5，舒展时健手小拇指近节指间关节的矢状轴角度为A6，舒展时健手食指掌指关节的矢状轴角度为A7，舒展时健手中指掌指关节的矢状轴角度为A8，舒展时健手无名指掌指关节的矢状轴角度为A9，舒展时健手小拇指掌指关节的矢状轴角度为A10，舒展时健手腕关节的矢状轴角度为A11。
S202，在健手握拳动作时，空间传感器分别提取目标关节的矢状轴角度Bn。
具体地，握拳时健手拇指指间关节的矢状轴角度为B1，握拳时健手拇指掌指关节的矢状轴角度为B2，握拳时健手食指近节指间关节的矢状轴角度为B3，握拳时健手中指近节指间关节的矢状轴角度为B4，握拳时健手无名指近节指间关节的矢状轴角度为B5，握拳时健手小拇指近节指间关节的矢状轴角度为B6，握拳时健手食指掌指关节的矢状轴角度为B7，握拳时健手中指掌指关节的矢状轴角度为B8，握拳时健手无名指掌指关节的矢状轴角度为B9，握拳时健手小拇指掌指关节的矢状轴角度为B10，握拳时健手腕关节的矢状轴角度为B11。
S203，在患手握拳动作时，空间传感器分别提取目标关节的矢状轴角度Cn。
具体地，握拳时患手拇指指间关节的矢状轴角度为C1，握拳时患手拇指掌指关节的矢状轴角度为C2，握拳时患手食指近节指间关节的矢状轴角度为C3，握拳时患手中指近节指间关节的矢状轴角度为C4，握拳时患手无名指近节指间关节的矢状轴角度为C5，握拳时患手小拇指近节指间关节的矢状轴角度为C6，握拳时患手食指掌指关节的矢状轴角度为C7，握拳时患手中指掌指关节的矢状轴角度为C8，握拳时患手无名指掌指关节的矢状轴角度为C9，握拳时患手小拇指掌指关节的矢状轴角度为C10，握拳时患手腕关节的矢状轴角度为C11。
S204，根据公式Kn=（An-Bn）/（Cn-Bn）计算患手的第一康复指数Kn，其中，n=1表示拇指指间关节，n=2表示拇指掌指关节，n=3表示食指近节指间关节，n=4表示食指掌指关节，n=5表示中指近节指间关节，n=6表示中指掌指关节，n=7表示无名指近节指间关节，n=8表示无名指掌指关节，n=9表示小拇指近节指间关节，n=10表示小拇指掌指关节，n=11表示腕关节。
具体地，患手拇指指间关节的第一康复指数为（A1-B1）/（C1-B1），患手拇指掌指关节的第一康复指数为（A2-B2）/（C2-B2），患手食指近节指间关节的第一康复指数为（A3-B3）/（C3-B3），患手中指近节指间关节的第一康复指数为（A4-B4）/（C4-B4），患手无名指近节指间关节的第一康复指数为（A5-B5）/（C5-B5），患手小拇指近节指间关节的第一康复指数为（A6-B6）/（C6-B6），患手食指掌指关节的第一康复指数为（A7-B7）/（C7-B7），患手中指掌指关节的第一康复指数为（A8-B8）/（C8-B8），患手无名指掌指关节的第一康复指数为（A9-B9）/（C9-B9），患手小拇指掌指关节的第一康复指数为（A10-B10）/（C10-B10），患手腕关节的第一康复指数为（A11-B11）/（C11-B11）。
如图4所示，所述根据运动学参数确定患手的康复指数的方法包括：
S301，在健手舒展动作时，空间传感器分别提取目标关节的力量Dn。
具体地，舒展时健手拇指指间关节的力量为D1，舒展时健手拇指掌指关节的力量为D2，舒展时健手食指近节指间关节的力量为D3，舒展时健手中指近节指间关节的力量为D4，舒展时健手无名指近节指间关节的力量为D5，舒展时健手小拇指近节指间关节的力量为D6，舒展时健手食指掌指关节的力量为D7，舒展时健手中指掌指关节的力量为D8，舒展时健手无名指掌指关节的力量为D9，舒展时健手小拇指掌指关节的力量为D10，舒展时健手腕关节的力量为D11。
S302，在健手握拳动作时，空间传感器分别提取目标关节的力量En。
具体地，握拳时健手拇指指间关节的力量为E1，握拳时健手拇指掌指关节的力量为E2，握拳时健手食指近节指间关节的力量为E3，握拳时健手中指近节指间关节的力量为E4，握拳时健手无名指近节指间关节的力量为E5，握拳时健手小拇指近节指间关节的力量为E6，握拳时健手食指掌指关节的力量为E7，握拳时健手中指掌指关节的力量为E8，握拳时健手无名指掌指关节的力量为E9，握拳时健手小拇指掌指关节的力量为E10，握拳时健手腕关节的力量为E11。
S303，在患手握拳动作时，空间传感器分别提取目标关节的力量Fn。
具体地，握拳时患手拇指指间关节的矢状轴角度为F1，握拳时患手拇指掌指关节的矢状轴角度为F2，握拳时患手食指近节指间关节的矢状轴角度为F3，握拳时患手中指近节指间关节的矢状轴角度为F4，握拳时患手无名指近节指间关节的矢状轴角度为F5，握拳时患手小拇指近节指间关节的矢状轴角度为F6，握拳时患手食指掌指关节的矢状轴角度为F7，握拳时患手中指掌指关节的矢状轴角度为F8，握拳时患手无名指掌指关节的矢状轴角度为F9，握拳时患手小拇指掌指关节的矢状轴角度为F10，握拳时患手腕关节的矢状轴角度为F11。
S304，根据公式Mn=（Dn-En）/（Fn-En）计算患手的第二康复指数Mn，其中，n=1表示拇指指间关节，n=2表示拇指掌指关节，n=3表示食指近节指间关节，n=4表示食指掌指关节，n=5表示中指近节指间关节，n=6表示中指掌指关节，n=7表示无名指近节指间关节，n=8表示无名指掌指关节，n=9表示小拇指近节指间关节，n=10表示小拇指掌指关节，n=11表示腕关节。
具体地，患手拇指指间关节的第二康复指数为（D1-E1）/（F1-E1），患手拇指掌指关节的第二康复指数为（D2-E2）/（F2-E2），患手食指近节指间关节的第二康复指数为（D3-E3）/（F3-E3），患手中指近节指间关节的第二康复指数为（D4-E4）/（F4-E4），患手无名指近节指间关节的第二康复指数为（D5-E5）/（F5-E5），患手小拇指近节指间关节的第二康复指数为（D6-E6）/（F6-E6），患手食指掌指关节的第二康复指数为（D7-E7）/（F7-E7），患手中指掌指关节的第二康复指数为（D8-E8）/（F8-E8），患手无名指掌指关节的第二康复指数为（D9-E9）/（F9-E9），患手小拇指掌指关节的第二康复指数为（D10-E10）/（F10-E10），患手腕关节的第二康复指数为（D11-E11）/（F11-E11）。
由上可知，本发明针对手运动功能障碍患者，聚焦手指的精细运动，通过在智能手套中单指集成空间传感器，使患者通过单指屈曲度测试，即可快速、精确地计算出康复指数（如，第一康复指数及第二康复指数），从而将患者的康复情况转换为数字量，有效地指导医师对患者的康复情况进行评估，进一步完善康复计划，以选择具有临床治疗价值的手部动作。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种基于传感技术的手部康复指数的计算方法，其特征在于，包括：
在智能手套内设置空间传感器，且所述空间传感器的位置与目标关节的位置相对应，所述目标关节包括拇指指间关节、拇指掌指关节、四指近节指间关节、掌指关节及腕关节；
患者佩戴智能手套并完成训练动作，所述训练动作包括健手舒展动作、健手握拳动作及患手握拳动作；
所述空间传感器采集每一训练动作中目标关节的运动学参数，所述运动学参数包括矢状轴运动角度变化及力量变化；
根据运动学参数确定患手的康复指数。
2.如权利要求1所述的基于传感技术的手部康复指数的计算方法，其特征在于，
所述健手舒展动作是指患者的健手完全舒展时的动作，动作要求手指和掌背紧贴基准面并且各手指之间相互分开；
所述健手握拳动作是指患者的健手握拳时的动作，动作要求掌背紧贴基准面；
所述患手握拳动作是指患者的患手尝试紧握拳时的动作，动作要求掌背紧贴基准面。
3.如权利要求2所述的基于传感技术的手部康复指数的计算方法，其特征在于，所述根据运动学参数确定患手的康复指数的方法包括：
在健手舒展动作时，空间传感器分别提取目标关节的矢状轴角度An；
在健手握拳动作时，空间传感器分别提取目标关节的矢状轴角度Bn；
在患手握拳动作时，空间传感器分别提取目标关节的矢状轴角度Cn；
根据公式Kn=（An-Bn）/（Cn-Bn）计算患手的第一康复指数Kn，其中，n=1表示拇指指间关节，n=2表示拇指掌指关节，n=3表示食指近节指间关节，n=4表示食指掌指关节，n=5表示中指近节指间关节，n=6表示中指掌指关节，n=7表示无名指近节指间关节，n=8表示无名指掌指关节，n=9表示小拇指近节指间关节，n=10表示小拇指掌指关节，n=11表示腕关节。
4.如权利要求2所述的基于传感技术的手部康复指数的计算方法，其特征在于，所述根据运动学参数确定患手的康复指数的方法包括：
在健手舒展动作时，空间传感器分别提取目标关节的力量Dn；
在健手握拳动作时，空间传感器分别提取目标关节的力量En；
在患手握拳动作时，空间传感器分别提取目标关节的力量Fn；
根据公式Mn=（Dn-En）/（Fn-En）计算患手的第二康复指数Mn，其中，n=1表示拇指指间关节，n=2表示拇指掌指关节，n=3表示食指近节指间关节，n=4表示食指掌指关节，n=5表示中指近节指间关节，n=6表示中指掌指关节，n=7表示无名指近节指间关节，n=8表示无名指掌指关节，n=9表示小拇指近节指间关节，n=10表示小拇指掌指关节，n=11表示腕关节。
5.如权利要求1所述的基于传感技术的手部康复指数的计算方法，其特征在于，所述空间传感器为针织柔性传感器。
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