对肢体相关点在预定的3D空间中的运动进行评估的方法和系统技术方案

一种用于对肢体相关点(32)在预定的3D空间中的运动进行评估的方法，所述运动通过使用者使所述肢体(15)在3D空间中移位从而允许所述运动而实现，该方法包括下述步骤：提供计算机；提供在围绕使用者(10)的3D空间周围的一个或更多个显示表面(105)；设置肢体位置点(22)，该肢体位置点连接至使用者(10)的肢体(15)的与肢体相关点(32)相关联的预定部分；以及提供传感器，所述传感器适于对肢体位置点(22)在3D空间中相对于关节(31)的位置进行检测。计算机程序可以适于计算由关节(31)与肢体相关点(32)之间的直线(30)限定的方向，并且适于在显示表面(105)中的位于所述线(30)上的一个显示表面上提供肢体相关点(32)在3D空间中的位置的表示，所述表示为所述关节(31)与肢体相关点(32)之间的距离(35)的函数。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于对肢体相关点在预定的3D空间中的运动进行评估的方法和系统。
技术介绍
Gregorij Kurillo、Jay J.Han、Richard T.Abresch、Alina Nicorici、Posu Yan和Ruzena Bajcsy已在PLOSONE(第7卷，第9期，e45341，www.plosone.org)(2012年9月17日)上发表了论文“基于立体相机的上肢工作空间评估在具有神经肌肉疾病的患者中的发展和应用(Development and Application of Stereo Camera-Based Upper Extremity Workspace Evaluation in Patients with Neuromuscular Diseases)”，该论文公开了一种基于立体相机的可达工作空间分析系统，该基于立体相机的可达工作空间分析系统能够对上肢近端功能性损伤程度不同的个体进行区分。沿着工作空间包络面执行规定的运动。由治疗专家引导使用者做运动。其结果用来获得作为基于模型的假设的球体区段。所公开的结合有定制的3D工作空间分析算法的基于立体相机的可达工作空间获取系统与亚毫米动作捕捉系统进行比较。基于立体相机的系统是稳健的，数据点的丢失程度最低，并且平均的手部轨迹误差为约40mm，其结果是总的臂距离有约5％的误差。对一些人的由立体相机所拍摄的3D手部轨迹产生的工作空间包络面面积进行了比较。所获得的可达工作空间表面面积相对于单位半球体的表面面积的标准化允许在受试者之间进行比较。健康组的右臂和左臂的相对表面面积分别为约0.618和0.552，而具有神经肌肉疾病的个体的右臂和左臂的表面面积的范围分别为0.03(受影响最严重的个体)至0.62(受影响很轻微的个体)和0.09(受影响最严重的个体)至0.50(受影响很轻微的个体)。经证明，严重肌无力的神经肌肉患者的运动主要限于其可达工作空间的身体同侧下方。研究结果表明，所提出的基于立体相机的可达工作空间分析系统能够对上肢近端功能性损伤程度不同的个体进行区分。用以直观地显示并有效地分析可达工作空间的方法对传统的上肢功能评估进行了补充并且允许对上肢功能进行量化和监控。Claudia Rudhe、Urs Albisser、Michelle L Starkey、Armin Curt和Marc Bolliger已在神经工程学和复原杂志(Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation)2012,9；37(http://www.jneuroengrehab.com/)(2012年9月6日)中发表了论文“运动工作空间评定在脊髓损伤康复中使用的被动手臂矫正法中的可靠性(Reliability of movement workspace measurements in a passive arm orthosis used in spinal cord injury rehabilitation)”。使用者的臂移动至可达工作空间中的特定点以校准接近工作空间几何结构(箱、椭球体等)的模型。由于在具有神经障碍的受试者的上肢功能的康复中越来越多地使用自动锻炼装置和非自动锻炼装置，该论文提供了如利用ArmeoSpring系统(由瑞士的Hocoma AG提供)所评估的运动评定的可靠性的评估以应用于遭受颈椎脊髓损伤(SCI)的患者的康复。在二十个控制受试者中，对运动工作空间(呈现多个运动范围)的可靠性(评估者内可靠性和评估者间可靠性)以及不同的就座状态(5种不同的椅子条件)的影响进行了评估。在具有颈椎SCI的8位患者中，对测试-复测可靠性(由同一评估者在同一天进行两次测试)以及运动工作空间与如由脊髓独立性评定(SCIM3)进行评分的恢复自我护理项目的相关性进行了评估。尽管在测试装置中所使用的运动工作空间具有立方体形状而不是解剖学上的球形形状，但发现研究结果与临床结果相关。通过由Armeo装置提供的数据计算出工作空间体积，并且随后在康复过程期间随时间对变化进行记录。运动工作空间是多关节评定并且没有像在单关节运动范围评定中所评估的那样在单个方向上对最大肩部运动能力进行评估。然而，来自该更多功能性运动的可靠性信息与例如肩部的单关节测角术评定相比似乎是非常好的。因此，在肩部中进行的测角术评定的可靠性研究具有较大的评估者内可靠性和评估者间可靠性。Klopcar N、Tomsic M和Lenarcic J已在生物机械杂志(J Biomech)2005,40:86-91中发表了论文“用以对臂可达工作空间进行评估的肩关节复合体的运动学模型(A kinematic model of the shoulder complex to evaluate the arm-reachable workspace)”。所述论文公开了——特别地在论文的图10和图11以及相关描述中公开了——使用者的臂运动的计算出的可达工作空间。在本申请人的EP 2 660 742中可以发现普通的锻炼装置以及利用该锻炼装置执行的对应方法，该锻炼装置特别地用作用以对人背部进行物理治疗的支承装置。US 2013/171601和WO2011/004403中公开了其他的类似装置。
技术实现思路
现有技术提供了一种对人的肢体特别是臂的移动性尤其是工作空间进行评估的方法。基于现有技术，本专利技术的目的在于改进该方法，特别是提高精确性，从而对移动性进行更好的评估。另一目的是通过提供直观的工作流程以及由肢体已扫掠过的区域的可视化来改进数据采集。用于对通过使用者使肢体在3D空间中移位而实现的肢体相关点在预定的3D空间中的运动进行评估的方法包括若干步骤。移位可以绕关节发生或者在3D空间中不受约束地发生。使用者的选定的肢体设置有肢体位置点，该肢体位置点连接至肢体的与肢体相关点相关联的预定部分。使用者位于下述测量环境中，所述测量环境包括：计算机，该计算机具有处理器、存储器和计算机程序以执行该方法的若干步骤；传感器装置，该传感器装置适于对肢体位置点在预定的3D空间内的运动进行检测并且连接至计算机；以及一个或更多个显示表面，所述一个或更多个显示表面连接至计算机。使用者被定位在围绕3D空间的一个或更多个显示表面的前方，也可以被定位在显示表面之间。使用者位置可以被明确地限定，或者可以仅考虑末端效应器。使用者的选定的肢体例如整个臂设置有肢体位置点，该肢体位置点连接至肢体的与肢体相关点相关联的预定部分。当所选定的肢体是整个臂时，肢体相关点可以是待在3D空间中移动的手部，并且肢体位置点可以是允许确定该点相对于手部——可以为肢体位置点——的位置的元件。计算机与适于对肢体位置点本身在3D空间中的位置或者肢体位置点相对于关节的位置进行检测的传感器相连接，在使用者被提示移动肢体的同时，基于从传感器装置获得的数据以及肢体位置点与肢体相关点的位置关系，计算机程序适于计算并存储肢体相关点在3D空间中的位置以及3D空间的2+1D表示，并且适于基于该2+1D表示在显示表面中的一个显示表面上提供肢体相关点的位置的表示。所述方法的这个步骤可以利用不同的2+1D表示和不同的(2D)显示表面来重复进行以对在3D本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于对肢体相关点(32)在预定的3D空间(110)中的运动进行评估的方法，所述运动通过使用者使所述肢体(15)在所述3D空间(110)中移位而实现，所述方法包括下述步骤：提供计算机，所述计算机包括处理器、存储器和计算机程序，提供在围绕使用者(10)的所述3D空间(110)周围的一个或更多个显示表面(101‑105)，设置肢体位置点(22)，所述肢体位置点(22)连接至使用者(10)的肢体(15)的与所述肢体相关点(32)相关联的预定部分，提供一个或更多个传感器，所述一个或更多个传感器适于对所述肢体位置点(22)在所述3D空间中的位置进行检测，利用适于计算的计算机程序计算所述肢体相关点(32)的位置的第一函数的值，以及在所述显示表面(100‑105)中的一个显示表面上提供所述肢体相关点(32)在所述3D空间(110)中的位置的表示，其中，所述肢体相关点(32)在所述3D空间(110)中的位置的所述表示为所述肢体相关点(32)的位置的所述第一函数的所述值的第二函数。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.03.31 EP 14162652.31.一种用于对肢体相关点(32)在预定的3D空间(110)中的运动进行评估的方法，所述运动通过使用者使所述肢体(15)在所述3D空间(110)中移位而实现，所述方法包括下述步骤：提供计算机，所述计算机包括处理器、存储器和计算机程序，提供在围绕使用者(10)的所述3D空间(110)周围的一个或更多个显示表面(101-105)，设置肢体位置点(22)，所述肢体位置点(22)连接至使用者(10)的肢体(15)的与所述肢体相关点(32)相关联的预定部分，提供一个或更多个传感器，所述一个或更多个传感器适于对所述肢体位置点(22)在所述3D空间中的位置进行检测，利用适于计算的计算机程序计算所述肢体相关点(32)的位置的第一函数的值，以及在所述显示表面(100-105)中的一个显示表面上提供所述肢体相关点(32)在所述3D空间(110)中的位置的表示，其中，所述肢体相关点(32)在所述3D空间(110)中的位置的所述表示为所述肢体相关点(32)的位置的所述第一函数的所述值的第二函数。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述肢体相关点(32)的运动绕允许所述运动的关节(31)实现，其中，所述一个或更多个传感器适于对所述肢体位置点(22)在所述3D空间中相对于所述关节(31)的位置进行检测，其中，在所述计算步骤中，计算由所述关节(31)与所述肢体相关点(32)之间的直线(30)限定的方向，并且其中，所述肢体相关点(32)在所述3D空间(110)中的位置在所述显示表面(100-105)中的位于所述线(30)上的一个显示表面上的所述表示是所述关节(31)与所述肢体相关点(32)之间的距离(35)的函数。3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述一个或更多个传感器适于对所述肢体位置点(22)在所述3D空间中相对于预定平面的位置进行检测，其中，在所述计算步骤中，所述平面中的位置(x，y)被计算为所述肢体相关点(32)的位置的第一函数，并且所述肢体相关点(32)在所述3D空间(110)中的位置在所述显示表面(100-105)中的一个显示表面上的所述表示作为所述肢体相关点(32)的位置的所述第一函数的所述值的所述第二函数与距所述平面的距离(z)相关。4.根据权利要求1至3中的任一项所述的方法，其中，在围绕使用者(10)的所述3D空间(110)周围的所述一个或更多个表面(100-105)包括来自下述组的三至六个平面：特别地跨越形成立方体的前平面(105)、左矢状平面(101)、右矢状平面(102)、横向的顶平面(103)、横向的底平面(104)以及后平面(100)。5.根据权利要求1至4中的任一项所述的方法，其中，所述计算机程序适于使所述肢体相关点(32)的所述第一函数的值在相关表面(100-105)上通过光标(45、46)、特别地通过涂色画笔(45)或喷嘴显现在相关联的可见的或不可见的表面部分(40)上。6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述计算机程序适于确定并存储所述表面部分(40)的与所述肢体相关点(32)的所述第一函数的特定值相关联的一个或更多个特定尺寸。7.根据权利要求1至6中的任一项所述的方法，其中，所述肢体相关点(32)的所述表示的第二函数是所述表面(100-105)的相关联的表面部分(40)的色调或不透明度。8.根据权利要求6所述的方法，其中，所述表示的函数随所述第二函数的值单调地递增或单调地递减。9.根据权利要求7或8所述的方法，其中，所述计算机程序适于在用于所述肢体位置点(32)的所述第二函数的值超过一个或更多个预定阈值中的一个预定阈值的情况下改变色调或不透明度。10....

【专利技术属性】
技术研发人员：拉裴尔·赫韦尔，彼得·菲什，
申请(专利权)人：浩康股份公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH