一种全向移动的脑卒中患者平衡能力评测与训练系统技术方案

本发明专利技术公开了一种全向移动的脑卒中患者平衡能力评测与训练系统，其结构包括固定装置、安全装置、移动装置、数据采集装置、数据处理与显示装置、视觉干扰装置；基于多模态信号的采集与处理，结合语音提示与受试者的友好人机交互，使脑卒中患者完成基于Unity 3D设计的人体平衡能力评测虚拟任务，准确获取其年龄、性别、身高、体重、压力中心轨迹、心率、血压、肌电信号与关节角度等信息，综合给出脑卒中患者平衡能力评价结果；系统还可针对评价结果自动制定相应的训练方案，结合VR眼镜中的平衡能力训练游戏，实现脑卒中患者的平衡能力训练；本发明专利技术结构简单，操作简便，可全向移动，可靠性高，具有良好的推广价值。

【技术实现步骤摘要】
一种全向移动的脑卒中患者平衡能力评测与训练系统
本专利技术涉及人体平衡能力评测及训练领域，具体涉及到一种全向移动的脑卒中患者平衡能力评测与训练系统的设计与使用方法。
技术介绍
脑卒中是中老年常见病、多发病，其患者存在下肢肌力下降、肌张力增高、髋膝踝运动协调性降低等问题，造成患者平衡功能障碍及步行动作不协调，增加了患者发生跌倒的危险性；在康复治疗的过程中，评估脑卒中患者的平衡能力，有助于及时了解患者的康复状态，制定合理的康复计划，对患者康复治疗具有重要作用。人体平衡系统是由神经系统、感知系统和运动系统构成，是以视觉、本体感觉和前庭觉作为输入信息，经过中枢神经系统整合，控制骨骼肌肉运动来维持人体平衡，每个组成部分的生理状况均会影响平衡能力，如前庭器官损伤、视力下降、肌力下降、骨质疏松和神经系统疾病都会导致人体平衡能力下降；虽然人体平衡能力受到各种生理因素的影响，但可通过人体姿势控制的运动学特征来表征；因此，目前国际上评价人体平衡主要采用人体不同姿态下的压力中心(COP)轨迹作为姿势控制运动学特征的表征参数，其中视觉干扰平衡测试是人体平衡能力评测的最主要方面之一。脑卒中患者上位中枢神经及其运动控制功能受损引起的肌肉无力、肌痉挛和协调运动能力下降等现象，是导致患者平衡功能障碍的主要原因，而表面肌电信号能够实时、准确地和在非损伤状态下反映肌肉活动状态和功能状态，通过患者的表面肌电信号信息，医生可以更好的了解患者的患病情况，从而制定合理的康复治疗计划。目前国际上专门用于平衡检测和训练的设备一般都比较昂贵且移动不便，需要医生指导受试者完成相应的动作，并对脑卒中患者进行安全看护，测试流程复杂；视觉干扰平衡实验大多采取睁眼和闭眼方式，且评测效果单一，因此，急需设计一种操作简单且便于移动，可综合人体运动生理等多模态信号分析，准确给出测试结果的脑卒中患者平衡测试和训练系统。针对现有的不足，本专利技术公开了一种基于多模态信号分析、与受试者友好的人机交互且可全向移动的脑卒中患者平衡能力评测与训练系统。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对当前平衡功能评定及训练系统的移动不便、测试流程复杂、评测效果单一等不足，基于多模态信号分析技术，设计出一种全向移动的脑卒中患者平衡能力评测与训练系统。本专利技术的技术解决方案如下：所述系统结构包括固定装置，安全装置，移动装置，数据采集装置，数据处理与显示装置，视觉干扰装置，可以准确获得脑卒中患者的年龄、性别、身高、体重、压力中心轨迹、心率、血压、肌电信号、关节角度等信息，方便为脑卒中患者提供平衡功能评测和训练服务。所述系统采用人体压力中心(COP)轨迹作为人体平衡的直接评价标准，以脑卒中患者表面机电信号特征作为参考，能够给出患者的平衡评价结果，以及针对性康复训练。所述系统采用佩戴电子手环的方式，实时检测脑卒中患者的身体状态是否处于正常，血压和心率不在正常范围之内，手环即发出警报，提示患者身体处于危险状态。所述系统采用自锁万向轮设计，实现系统的全向移动，即在下承重板下方安装有自锁万向轮，作为系统的移动装置；固定在上承重板、悬挂于上承重板下方的吊带作为安全装置，防止受试者摔倒。所述系统由安装在受试者正面，固定于下承重板上的控制计算机提供友好的人机交互界面，其显示屏提供受试者的年龄、性别、身高、体重等信息的选择面板以及显示虚拟游戏画面，同时也完成对所得数据的分析与保存，以及人体平衡分析结果的高可视化显示。所述系统采取语音提示方法，通过控制计算机记录卒中患者的身高、年龄、性别与体重，并高可视化地显示在显示装置上。所有测试动作均采用控制计算机语音提示的方法，提示脑卒中患者完成相应的动作，如闭眼站立，下蹲动作；由Kinect体感摄像机检测人体姿态及关节角度信息，判断动作是否完成，控制计算机自动记录和保存数据，分析数据，结合已知人体平衡分析方法，得出人体平衡评价结果，在显示屏上显示。所述系统针对传统视觉干扰方案的不足，采用了VR眼镜来对受试者进行视觉的干扰，可以给受试者提供睁眼，闭眼以及不同速度的场景移动等多方面干扰，视觉干扰效果远远优于传统的视觉干扰方案。所述系统的压力测试台可获取人体足底的压力中心轨迹数据，Kinect体感摄像机捕获人体的姿态信息，电子手环佩戴在患者的手腕上，检测患者的心跳和血压，电极片贴于患者腿部，采集患者的腿部肌电信号，VR眼镜佩戴于患者头部提供视觉干扰，所有测量信号经处理后，最终变为数字信号传递给控制计算机，由控制计算机分析得到人体平衡的评价结果并在显示器上显示。所述系统能够在患者完成规定的动作时，自动记录和保存患者的足底压力中心轨迹、心率、血压、腿部肌电信号、关节角度姿态信息，并且由控制计算机及时分析数据，将平衡分析结果显示在显示屏上。所述系统通过Kinect体感摄像机与基于Unity软件设计出的虚拟体感训练游戏，构建友好的人机交互平台，实现脑卒中患者的趣味平衡训练，有效提高其康复效率。所述系统设计有多种不同难度的体感游戏，根据受试者的平衡评价等级，给受试者提供不同难度的体感游戏选择，对受试者进行趣味康复训练，提高受试者主动训练的积极性。所述系统通过如前所述的多个传感器测量相关信号，以及患者经过系统语音提示后，主动输入的信息，最终可以记录患者的年龄、性别、身高、体重、压力中心轨迹、血压、心率、腿部肌电信号、身体关节角度的信息，能够给出判断脑卒中患者人体平衡的标准，能够提供康复训练和判断训练结果的好坏。本专利技术公开了一种全向移动的脑卒中患者平衡能力评测与训练系统，优势在于：其克服了传统平衡评测及训练系统价格昂贵、移动不便、测试流程复杂、交互性低、视觉干扰实验方案单一、训练方式单一等缺点；采用多模态信号分析的方法，使评测结果更加具有说服力；采用VR眼镜作为视觉干扰装置，使视觉干扰方式更加全面，从而使评价结果更为可靠；采用虚拟游戏的方式进行康复训练，训练方式多样，提高了患者主动训练的积极性，且训练效果更好；采用系统语音提示的方法进行交互，使患者能够轻松的了解测试流程；采用电子手环和吊带的安全措施，使患者进行测试时更加安全；采用肌电信号作为康复训练结果的参考，使康复训练结果更加具有说服力。附图说明图1为全向移动的脑卒中患者平衡能力评测与训练系统的结构图。图2为全向移动的脑卒中患者平衡能力评测与训练系统的使用流程图。具体实施方法如图1所示的一种全向移动的脑卒中患者平衡能力评测与训练系统，其结构包括固定装置(1)，安全装置(2)，移动装置(3)，数据采集装置(4)，数据处理与显示装置(5)，视觉干扰装置(6)。如图1所示的固定装置由上承重板(1-1)、下承重板(1-2)、连接杆(1-3)组成，其中上、下承重板均由80cm*80cm*1cm的钢板制成，再由4根3m长铁制连接杆焊接，从而构成系统固定框架。如图1所示的安全装置由悬挂于上承重板的吊带组成，吊带可调节长度；测试时，吊带应系于受试者腰部和肩部，吊带长度应保证受试者做跪倒动作时，膝盖不触及压力测试台。如图1所示移动装置由安装于下承重板的四个自锁万向轮组成；测试时，应保证自锁万向轮为锁住状态。如图1所示的数据采集装置由压力测试台(4-1)、Kinect摄像机(4-2)、电子手环(4-3)、肌电信号采集器(4-4)组成；其中，压力测试台固定于下承重板本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.本专利公开了一种全向移动的脑卒中患者平衡功能评测与训练系统，其结构包括固定装置，安全装置，移动装置，数据采集装置，数据处理与显示装置，视觉干扰装置；所有测量压力信号及人体动作信号经过处理后，通过蓝牙传输到控制计算机，基于数据分析，系统可自动给出卒中患者人体平衡的综合评价结果；结合压力测试台和Kinect体感摄像机，基于Unity 3D设计出人体平衡能力测试的虚拟动画场景，由患者腿部肌电信号特征作为康复训练结果的参考，患者的年龄、性别、身高、体重、压力中心轨迹、关节角度、心率、血压、肌电信号在测试过程中可被所述系统准确获取并记录，其评价结果也可在计算机屏幕上显示；基于计算机显示屏幕和VR眼镜，通过语音提示与受试者人机交互，所述系统也可实现脑卒中患者的平衡能力训练，并将患者所有相关人体平衡信息记录和保存在控制计算机中。

【技术特征摘要】
1.本专利公开了一种全向移动的脑卒中患者平衡功能评测与训练系统，其结构包括固定装置，安全装置，移动装置，数据采集装置，数据处理与显示装置，视觉干扰装置；所有测量压力信号及人体动作信号经过处理后，通过蓝牙传输到控制计算机，基于数据分析，系统可自动给出卒中患者人体平衡的综合评价结果；结合压力测试台和Kinect体感摄像机，基于Unity3D设计出人体平衡能力测试的虚拟动画场景，由患者腿部肌电信号特征作为康复训练结果的参考，患者的年龄、性别、身高、体重、压力中心轨迹、关节角度、心率、血压、肌电信号在测试过程中可被所述系统准确获取并记录，其评价结果也可在计算机屏幕上显示；基于计算机显示屏幕和VR眼镜，通过语音提示与受试者人机交互，所述系统也可实现脑卒中患者的平衡能力训练，并将患者所有相关人体平衡信息记录和保存在控制计算机中。2.权利要求1所述的压力测试台可准确获取人体的压力中心轨迹数据，压力测试台下有...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘艳红，任海川，高鹏彬，岳宗晓，于昊男，张家铭，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：河南,41