一种手指关节康复训练评估方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种手指关节康复训练评估方法，以各手指关节位置分别具有气动结构的软体手套为基础，通过对手部运动姿态的高精度追踪，设计多种康复训练法，从多方面针对半瘫病人的患侧手实现主被动结合的康复训练；同时本发明专利技术设计手指关节康复训练评估方法的系统，提出基于双目视觉的光学动作捕捉模块，能够对患者手部掌指、远端指关节、腕关节进行运动范围测量计算，获取手部运动状态，作为手部运动状态的数据支撑，还能作为患侧软体手套的运动信号的实时输入；同时增加握力传感器、手指捏力传感器，实现对患者手部肌力和运动的评估，完成康复训练中的评估‑训练‑在评估的闭环康复治疗。

【技术实现步骤摘要】
一种手指关节康复训练评估方法及系统
本专利技术涉及一种手指关节康复训练评估方法及系统，属于上肢外骨骼康复机器人

技术介绍
据流行病学统计，脑卒中疾病发病人群广、致残率高，其所带来的肢体功能障碍往往给患者生活带来严重影响，特别是手功能运动障碍的后遗症，康复过程中难度大、进展慢。然而纵观国内外，对于脑卒中后手功能的治疗与评估均显示出不精准、不完善的状况。目前为了得到患者手部的定量运动数据，基本上分为穿戴式传感器方案与不接触式视觉方案两大类。基于各类穿戴式模块的传感器方案主要借助加速度传感器、电子陀螺仪等电子测量芯片，得到手部运动的运动范围参数，进一步借助各类算法模拟出肢体的运动过程和空间位置。优点是计算相对简单、得到的加速度等信息精度较高，缺点是针对空间定位等手功能康复中要求比较高的评估需求无法满足其精度需要，而且由于患者年龄、性别等的差异，无法做到穿戴设备的统一性，也就无法做到评估数据的一致可比性，同时评估和治疗没有结合起来，在治疗上多采用人工手法治疗或者机械式手指CPM设备辅助治疗，其存在着成本高昂、二次伤害率高，安全性低等相关问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种手指关节康复训练评估方法，基于各手指关节位置分别具有气动结构的软体手套，设计多方式康复训练，能够有效提高半瘫病人患侧手的康复训练效果。本专利技术为了解决上述技术问题采用以下技术方案：本专利技术设计了一种手指关节康复训练评估方法，基于各手指关节位置分别布置气动结构的软体手套，针对半瘫病人的患侧手实现康复训练，所述康复训练包括镜像训练方法，镜像训练方法基于半瘫病人的患侧手穿戴上软体手套，并执行如下步骤；步骤A1.判断是否接收到关于镜像训练方法的停止指令，是则跳出循环，即完成镜像训练方法；否则进入步骤A2；步骤A2.半瘫病人控制其健侧手执行屈曲和伸展动作，实现健侧手上各关节的运动关键点坐标点计算，获得健侧手各手指上掌骨与近节指骨之间的夹角、近节指骨与中节指骨之间的夹角，并进入步骤A3；步骤A3.根据健侧手各手指上掌骨与近节指骨之间的夹角、近节指骨与中节指骨之间的夹角，计算获得健侧手各手指的活动范围，并发送至软体手套所连控制结构中的气压控制模块中，并进入步骤A4；步骤A4.气压控制模块根据健侧手各手指的活动范围，计算得出驱动软体手套所需要的气压值对应电气比例阀所需要的输入电压值，，并进入步骤A5；步骤A5.气压控制模块控制数模转换器输出对应的模拟电压值至软体手套所连控制结构中电气比例阀，控制电气比例阀的输出气压值，软体手套中各手指关节位置的气动结构的压力输入口与电气比例阀的输出口相连，并进入步骤A6；步骤A6.软体手套根据其各手指关节位置气动结构的气压调节，实现自身形态的调节，带动患者患侧手完成对应屈曲或伸展运动，进而控制半瘫病人患侧手执行与其健侧手一致的屈曲和外展动作，实现对半瘫病人患侧手的康复训练，然后返回步骤A1。作为本专利技术的一种优选技术方案：所述康复训练还包括主动训练方法，主动训练方法执行如下步骤；步骤B1.半瘫病人控制其患侧手执行屈曲和伸展动作，实现患侧手上各关节的运动，同时监测获得患侧手各手指上掌骨与近节指骨之间的夹角、近节指骨与中节指骨之间的夹角，并进入步骤B2；步骤B2.根据患侧手各手指上掌骨与近节指骨之间的夹角、近节指骨与中节指骨之间的夹角，计算获得患侧手各手指掌指关节与近端指关节的当前最大活动范围，并进入步骤B3；步骤B3.将最大活动范围转化为主动训练方法中虚拟目标活动最大范围，并随即设置虚拟目标活动位置，然后进入步骤B4；步骤B4.半瘫病人通过显示屏获取手部运动的目标位置和自身手部运动的实际位置，并以目标位置为目标，主动控制患侧手进行屈曲和伸展运动，控制自身手部运动的位置进行上下调节，来达到目标位置，获的得分后，再进入步骤B5；步骤B5.判断是否接收到关于主动训练方法的停止指令，是则跳出循环，即完成主动训练训练方法；否则更新的目标位置，并返回步骤B4。作为本专利技术的一种优选技术方案：所述康复训练还包括助力训练方法，助力训练方法基于半瘫病人的患侧手穿戴上软体手套，并执行如下步骤；步骤C1.判断是否接收到关于助力训练方法的停止指令，是则跳出循环，即完成助力训练方法；否则进入步骤C2；步骤C2.半瘫病人根据预设手部目标动作，主动控制其患侧手执行相应的动作，同时监测获得软体手套各手指的当前弯曲角度值，并进入步骤C3；步骤C3.获得各手指当前弯曲角度值分别与预设手部目标动作中各手指目标角度的差值，并将该各个差值发送至软体手套所连控制结构中的气压控制模块中，并进入步骤C4；步骤C4.气压控制模块根据所接收到的各个差值，计算获得控制软体手套运动的电气比例阀所需要的模拟输出电压值，并进入步骤C5；步骤C5.气压控制模块控制数模转换器输出相应的电压值依次发送至软体手套所连控制结构中的电气比例阀，进行控制，电气比例阀根据所接收到的模拟输入电压，调节软体手套的每个手指的气动结构的气压值，并进入步骤C6；步骤C6.软体手套各个手指根据气动结构中的气压值实现自身形态的调节，带动半瘫病人患侧手完成相对应的屈曲或伸展动作，使其患侧手的运动最终状态满足预设手部目标动作，实现对半瘫病人患侧手的助力训练，然后返回步骤C1。步骤C6.软体手套根据其各手指关节位置气动结构的气压调节，实现自身形态的调节，辅助半瘫病人完成患侧手的执行动作，使其满足预设手部目标动作，实现对半瘫病人患侧手的康复训练，然后返回步骤C1。作为本专利技术的一种优选技术方案：所述康复训练还包括手指活动范围评估方法，手指活动范围评估方法执行如下步骤；步骤D1.半瘫病人控制其健侧手执行屈曲和外展动作，实现健侧手上各关节的运动，同时监测获得健侧手各手指上掌骨与近节指骨之间最大夹角θMmax1与最小夹角θMmin1、以及近节指骨与中节指骨之间最大夹角θPmax1与最小夹角θPmin1，然后进入步骤D2；步骤D2.半瘫病人控制其患侧手执行屈曲和外展动作，实现患侧手上各关节的运动，同时监测获得患侧手各手指上掌骨与近节指骨之间最大夹角θMmax2与最小夹角θMmin2、以及近节指骨与中节指骨之间最大夹角θPmax2与最小夹角θPmin2，然后进入步骤D3；步骤D3.按如下公式：KMCP＝(θMmax2-θMmin2)/(θMmax1-θMmin1)×100％KPIP＝(θPmax2-θPmin2)/(θPmax1-θPmin1)×100％获得半瘫病人两只手之间各组同一位置手指的运动能力系数KMCP与KPIP，实现半瘫病人手的伸展评估。作为本专利技术的一种优选技术方案：所述步骤A2中与所述步骤B1中，分别均根据同一三维坐标系下监测所获各手指上的掌骨末端坐标、掌骨前端坐标、近节指骨前端坐标、中节指骨前端坐标，应用三维向量计算获得各手指上掌骨与近节指骨之间的夹角、近节指骨与中节指骨之间的夹角；所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种手指关节康复训练评估方法，其特征在于：基于各手指关节位置分别具有气动结构的软体手套，针对半瘫病人的患侧手实现康复训练，所述康复训练包括镜像训练方法，镜像训练方法基于半瘫病人的患侧手穿戴上软体手套，并执行如下步骤；/n步骤A1.判断是否接收到关于镜像训练方法的停止指令，是则跳出循环，即完成镜像训练方法；否则进入步骤A2；/n步骤A2.半瘫病人控制其健侧手执行屈曲和伸展动作，实现健侧手上各关节的运动关键点坐标点计算，获得健侧手各手指上掌骨与近节指骨之间的夹角、近节指骨与中节指骨之间的夹角，并进入步骤A3；/n步骤A3.根据健侧手各手指上掌骨与近节指骨之间的夹角、近节指骨与中节指骨之间的夹角，计算获得健侧手各手指的活动范围，并发送至软体手套所连控制结构中的气压控制模块中，并进入步骤A4；/n步骤A4.气压控制模块根据健侧手各手指的活动范围，计算得出驱动软体手套所需要的气压值对应电气比例阀所需要的输入电压值，并进入步骤A5；/n步骤A5.气压控制模块控制数模转换器输出对应的模拟电压值至软体手套所连控制结构中电气比例阀，控制电气比例阀的输出气压值，软体手套中各手指关节位置的气动结构的压力输入口与电气比例阀的输出口相连，并进入步骤A6；/n步骤A6.软体手套根据其各手指关节位置气动结构的气压调节，实现自身形态的调节，带动患者患侧手完成对应屈曲或伸展运动，进而控制半瘫病人患侧手执行与其健侧手一致的屈曲和外展动作，实现对半瘫病人患侧手的康复训练，然后返回步骤A1。/n...

【技术特征摘要】
1.一种手指关节康复训练评估方法，其特征在于：基于各手指关节位置分别具有气动结构的软体手套，针对半瘫病人的患侧手实现康复训练，所述康复训练包括镜像训练方法，镜像训练方法基于半瘫病人的患侧手穿戴上软体手套，并执行如下步骤；
步骤A1.判断是否接收到关于镜像训练方法的停止指令，是则跳出循环，即完成镜像训练方法；否则进入步骤A2；
步骤A2.半瘫病人控制其健侧手执行屈曲和伸展动作，实现健侧手上各关节的运动关键点坐标点计算，获得健侧手各手指上掌骨与近节指骨之间的夹角、近节指骨与中节指骨之间的夹角，并进入步骤A3；
步骤A3.根据健侧手各手指上掌骨与近节指骨之间的夹角、近节指骨与中节指骨之间的夹角，计算获得健侧手各手指的活动范围，并发送至软体手套所连控制结构中的气压控制模块中，并进入步骤A4；
步骤A4.气压控制模块根据健侧手各手指的活动范围，计算得出驱动软体手套所需要的气压值对应电气比例阀所需要的输入电压值，并进入步骤A5；
步骤A5.气压控制模块控制数模转换器输出对应的模拟电压值至软体手套所连控制结构中电气比例阀，控制电气比例阀的输出气压值，软体手套中各手指关节位置的气动结构的压力输入口与电气比例阀的输出口相连，并进入步骤A6；
步骤A6.软体手套根据其各手指关节位置气动结构的气压调节，实现自身形态的调节，带动患者患侧手完成对应屈曲或伸展运动，进而控制半瘫病人患侧手执行与其健侧手一致的屈曲和外展动作，实现对半瘫病人患侧手的康复训练，然后返回步骤A1。


2.根据权利要求1所述一种手指关节康复训练评估方法，其特征在于：所述康复训练还包括主动训练方法，主动训练方法执行如下步骤；
步骤B1.半瘫病人控制其患侧手执行屈曲和伸展动作，实现患侧手上各关节的运动，同时监测获得患侧手各手指上掌骨与近节指骨之间的夹角、近节指骨与中节指骨之间的夹角，并进入步骤B2；
步骤B2.根据患侧手各手指上掌骨与近节指骨之间的夹角、近节指骨与中节指骨之间的夹角，计算获得患侧手各手指掌指关节与近端指关节的当前最大活动范围，并进入步骤B3；
步骤B3.将最大活动范围转化为主动训练方法中虚拟目标活动最大范围，并随即设置虚拟目标活动位置，然后进入步骤B4；
步骤B4.半瘫病人通过显示屏获取手部运动的目标位置和自身手部运动的实际位置，并以目标位置为目标，主动控制患侧手进行屈曲和伸展运动，控制自身手部运动的位置进行上下调节，来达到目标位置，获的得分后，再进入步骤B5；
步骤B5.判断是否接收到关于主动训练方法的停止指令，是则跳出循环，即完成主动训练训练方法；否则更新的目标位置，并返回步骤B4。


3.根据权利要求2所述一种手指关节康复训练评估方法，其特征在于：所述康复训练还包括助力训练方法，助力训练方法基于半瘫病人的患侧手穿戴上软体手套，并执行如下步骤；
步骤C1.判断是否接收到关于助力训练方法的停止指令，是则跳出循环，即完成助力训练方法；否则进入步骤C2；
步骤C2.半瘫病人根据预设手部目标动作，主动控制其患侧手执行相应的动作，同时监测获得软体手套各手指的当前弯曲角度值，并进入步骤C3；
步骤C3.获得各手指当前弯曲角度值分别与预设手部目标动作中各手指目标角度的差值，并将该各个差值发送至软体手套所连控制结构中的气压控制模块中，并进入步骤C4；
步骤C4.气压控制模块根据所接收到的各个差值，计算获得控制软体手套运动的电气比例阀所需要的模拟输出电压值，并进入步骤C5；
步骤C5.气压控制模块控制数模转换器输出相应的电压值依次发送至软体手套所连控制结构中的电气比例阀，进行控制，电气比例阀根据所接收到的模拟输入电压，调节软体手套的每个手指的气动结构的气压值，并进入步骤C6；
步骤C6.软体手套各个手指根据气动结构中的气压值实现自身形态的调节，带动半瘫病人患侧手完成相对应的屈曲或伸展动作，使其患侧手的运动最终状态满足预设手部目标动作，实现对半瘫病人患侧手的助力训练，然后返回步骤C1。


4.根据权利要求3所述一种手指关节康复训练评估方法，其特征在于：所述康复训练还包括手指活动范围评估方法，手指活动范围评估方法执行如下步骤；
步骤D1.半瘫病人控制其健侧手执行屈曲和外展动作，实现健侧手上各关节的运动测量，同时监测获得健侧手各手指上掌骨与近节指骨之间最大夹角θMmax1与最小夹角θMmin1、以及近节指骨与中节指骨之间最大夹角θPmax1与最小夹角θPmin1，然后进入步骤D2；
步骤D2.半瘫病人控制其患侧手执行屈曲和外展动作，实现患侧手上各关节的运动，同时监测获得患侧手各手指上掌骨与近节指骨之间最大夹角θMmax2与最小夹角θMmin2、以及近节指骨与中节指骨之间最大夹角θPmax2与最小夹角θPmin2，然后进入步骤D3；
步骤D3.按如下公式：
KMCP＝(θMmax2-θMmin2)/(θMmax1-θMmin1)×100％
KPIP＝(θPmax2-...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨瑞嘉，史志怀，袁路林，陈彬，苗盛巍，
申请(专利权)人：南京麦澜德医疗科技有限公司，南京锐诗得医疗科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32