一种肢体康复训练的难度调节方法技术

本发明专利技术涉及医疗领域，公开了一种肢体康复训练的难度调节方法，通过采集患者的肢体运动学信息，并划分难度等级，设定患者训练开始所处的难度等级，再归一化患者训练获取的运动学参数进行评估，根据评估结果调整训练难度等级，从而实现针对不同完成度使用不同难度等级，提高运动功能不同受损程度患者的训练积极性。

【技术实现步骤摘要】
一种肢体康复训练的难度调节方法
本专利技术涉及医疗领域，特别涉及一种肢体康复训练的难度调节方法。
技术介绍
脑卒中是医学上对急性脑血管疾病的统称，它分为两种类型：缺血性脑卒中和出血性脑卒中，是以猝然昏倒，不省人事，伴发口角歪斜、语言不利而出现半身不遂为主要症状的一类疾病。在很多国家，脑卒中是致死的第二或第三原因以及致残的主要原因之一。在幸存的中风患者中，有大约60％的患者存在运动功能缺失，其中上肢运动功能障碍占总人数的55％到75％。有研究表明，如果受损肢体长期的不进行恢复训练，运动功能将会进一步下降，而通过针对特定关节及其相关肌肉进行重复和集中的训练，可以重塑大脑神经通路，提升对肌肉的控制能力，进而恢复运动功能，而选择患者最大的运动等级可提升这一效应。脑卒中后的康复训练是一个长期过程，需要治疗师与患者一对一手动互动。如何减轻治疗师作业负担，促使患者长期坚持训练，增加训练效率以及更加客观科学的评估患者康复状况都是需要解决的问题。借助其他一些技术，例如计算机相关技术，辅助康复训练为中风患者运动功能康复提供了一些新的尝试。自1999年MIT的Holden等使用计算机技术构建出虚拟环境，首先将之引入康复以来，众多学者利用运动传感器、数据手套、运动捕捉系统等设备大量的论证了计算机技术辅助康复训练的有效性，但其仍需有改进的地方。在研究本专利技术技术方案的过程中，本专利技术人发现现有技术至少存在以下的缺点：现有的康复训练系统，针对不同的患者采用统一难度标准，实际上不同患者的患病情况、运动功能受损程度并不相同，这将导致参与训练的患者可能与训练的难度不相匹配，甚至可能由于训练难度太高无法完成任务，由此产生挫败感，或者训练难度太低，缺乏成就感，从而失去训练的积极性，进而影响康复的效率和效果。
技术实现思路
本专利技术的专利技术目的在于提供一种肢体康复训练的难度调节方法，应用该技术方案可以针对不同的患者采用不同的难度等级标准，调节康复训练的难度等级以确定患者采用的合适的等级难度，提高不同患病程度患者的康复效率和康复效果，提高患者训练的积极性。本专利技术提供了一种肢体康复训练的难度调节方法，其步骤包括：A、采集患者的肢体运动学信息或游戏分值，并预先根据运动学信息或游戏分值划分难度等级将各难度等级设定相应的最低要求分值以及最高要求分值，和确定患者运动难度；其中，采集患者的肢体运动学信息或游戏分值可按照FITTS定律计算所述肢体运动学信息，确定归一化运动难度等级、完成不同难度等级训练所需的时间以及完成训练任务的训练周期；具体为根据FITTS定律计算出难度等级和完成不同难度等级训练所需的时间，其公式为：T＝a+blog2(1+D/A)其中，T为完成当前难度等级任务所需的时间，同时为难度等级；D为运动初始位置与终止位置之间的距离；A为目标物体大小；a为截距；b为斜率；假定触点大小固定，令难度等级随着肢体运动距离变远而增加，假定肢体自然垂直为肢体初始位置，获得最小难度等级，肢体向上抬起至垂直水平面为肢体终止位置，获得最大难度等级，根据个人肢体长度，归一化难度等级到0-1内；将归一化难度等级0-1内的难度等级均分为n个等级，对应获得n个空间范围，令触点首先出现在最小难度等级的位置；若当前难度等级的触点在当前难度等级运动完成所设定的时间内被触碰到，判断则训练任务完成，所设定的时间可根据FITTS定律公式计算，例如可以为计算值的2至3倍。其中，确定截距a和斜率b,具体的令患者进行一次自主运动，确定患者依靠自身能力获取的肢体运动范围，在肢体运动范围对应的虚拟环境内，随机得出n个坐标位置，并计算肢体初始位置与肢体终止位置的坐标点的距离，分别记为D1、D2、…Dn，若触点的大小为A，令所述触点随机选择在设定坐标位置出现；所述触点随机选择设定坐标位置中的任意一个，当患者的肢体触碰到所述触点时，记录患者每次触碰所述触点时的运动所需时间，记为T；每个坐标位置分别出现所述触点的次数为n次，计算得出各设定坐标点分别进行触点运动的运动所需时间的平均时间，分别记为T1、T2、…Tn；可根据n个坐标位置以及得到的时间联立方程，通过最小二乘法计算得出截距a与斜率b的值。另外，也可根据游戏分分值设定游戏的难度，不同难度的得分有一定差异，设定分值越高，则难度越高。B、完成该难度等级训练并且同时采集患者的肢体运动学信息或游戏分值，归一化所述的肢体运动学信息或游戏分值，确定归一化参数；其中，所述归一化参数可为FITTS定律计算所述肢体运动学信息、完成当前难度等级的运动时间评估百分比、运动轨迹评估百分比、运动速度评估百分比、躯干位移评估百分比、实际运动触碰坐标评估百分比中的任意一种或几种。在实际的康复训练过程中，根据患者的训练情况以及一些综合的环境因素，基于本专利技术的思路，系统选取用于评估获取相应评估百分比的参数还可有其他的选择，如运动平滑度等。归一化运动时间，确定完成当前难度等级的运动时间评估百分比；各难度等级任务分别对应相应的最大运动时间，所述的最大运动时间可以为当前难度等级完成时间的至少两倍以上，作为优选的例子可以为所述当前难度等级完成时间的三倍，若完成当前难度任务时间所用运动时间超过所述最大运动时间，则认定不满足最低要求；其中，归一化运动时间评估百分比的评估公式如下：Pt＝(tmax-treal)/tmax×100％其中，tmax为完成当前难度任务所需最大运动时间，treal为完成当前难度任务时间所用运动时间，Pt为归一化后完成的运动时间评估百分比。归一化运动轨迹，确定完成当前难度等级的运动轨迹评估百分比；实际运动轨迹为完成当前难度等级训练任务的运动轨迹，理想轨迹为初始位置与终止位置的连接线，各不同难度等级分别对应有相应的理想轨迹，实际运动轨迹越接近理想轨迹运动行为越佳，偏离越大越差，其中，归一化运动轨迹评估百分比的评估公式如下：PP＝Pideal/Preal×100％其中，Preal为实际运动轨迹，Pideal为理想轨迹，PP为归一化后的运动轨迹评估百分比。归一化运动速度，确定完成当前难度等级的运动速度评估百分比；根据所述当前难度等级的患者的运动轨迹和运动时间，确定平均运动速度；根据当前难度等级的最大运动时间，确定最慢运动速度；若所述平均运动速度低于所述最慢运动速度，则判定不满足最低要求；其中，归一化运动速度评估百分比的评估公式如下：PU＝(1-ULow/UReal)×100％其中，UReal是患者完成当前难度等级训练任务的平均运动速度，ULow最慢运动速度，PU为归一化后的运动速度评估百分比。归一化躯干位移，确定完成当前难度等级训练任务的躯干位移评估百分比；根据初始的躯干位置以及完成任务过程中躯干的移动距离，确定最大躯干位移；最佳的躯干位移为0，最差的躯干位移为需身体完全补偿手臂移动，各难度等级分别对应相应的最大躯干位移；其中，归一化躯干位移评估百分比的评估公式如下：Ptrunk＝(1-PPtrunk/D)×100％其中，D为躯干距离目标物体的距离，PPtrunk为完成当前难度等级的躯干位移，Ptrunk为归一化后的躯干位移评估百分比。归一化实际运动触碰坐标，确定完成当前难度等级训练任务的实际运动触碰坐标评估百分比；定义一个中心坐标为(x，y，z)和边长为2L本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种肢体康复训练的难度调节方法，其特征在于：步骤包括A、采集患者的肢体运动学信息或游戏分值，并预先根据运动学信息或游戏分值划分难度等级等级将各难度等级设定相应的最低要求分值以及最高要求分值，和确定患者运动难度；B、完成该难度等级训练并且同时采集患者的肢体运动学信息或游戏分值，归一化所述的肢体运动学信息或游戏分值，确定归一化参数；C、对所述的归一化参数进行参数评估，确定评估分值，并且判断所述评估分值是否为大于或等于所述最高要求分值、小于或等于所述最低要求分值中的任意一种情况；若所述评估分值为大于或等于所述最高要求分值，则将当前难度等级提升至高一等级的难度等级；若所述评估分值为小于或等于所述最低要求分值，则将当前难度等级降低至低一等级的难度等级，若所述评估分值不属于上述两种情况中的任一一种，则当前难度等级不变；D、判断是否完成所述训练周期，若未完成所述训练周期，则重新进行步骤C；若已完成所述训练周期，则结束所述训练周期。

【技术特征摘要】
1.一种肢体康复训练的难度调节方法，其特征在于：步骤包括A、采集患者的肢体运动学信息或游戏分值，并预先根据运动学信息或游戏分值划分难度等级将各难度等级设定相应的最低要求分值以及最高要求分值，和确定患者运动难度；B、完成该难度等级训练并且同时采集患者的肢体运动学信息或游戏分值，归一化所述的肢体运动学信息或游戏分值，确定归一化参数；所述归一化参数为FITTS定律计算所述肢体运动学信息、完成当前难度等级的运动时间评估百分比、运动轨迹评估百分比、运动速度评估百分比、躯干位移评估百分比、实际运动触碰坐标评估百分比中的任意一种或几种；C、对所述的归一化参数进行参数评估，确定评估分值，并且判断所述评估分值是否为大于或等于所述最高要求分值、小于或等于所述最低要求分值中的任意一种情况；若所述评估分值为大于或等于所述最高要求分值，则将当前难度等级提升至高一等级的难度等级；若所述评估分值为小于或等于所述最低要求分值，则将当前难度等级降低至低一等级的难度等级，若所述评估分值不属于上述两种情况中的任一一种，则当前难度等级不变；D、判断是否完成训练周期，若未完成所述训练周期，则重新进行步骤C；若已完成所述训练周期，则结束所述训练周期。2.根据权利要求1所述的一种肢体康复训练的难度调节方法，其特征在于：步骤A中，采集患者的肢体运动学信息或游戏分值按照FITTS定律计算所述肢体运动学信息，确定归一化运动难度等级、完成不同难度等级训练所需的时间以及完成训练任务的训练周期；具体为根据FITTS定律计算出难度等级和完成不同难度等级训练所需的时间，其公式为：T＝a+blog2(1+D/A)其中，T为完成当前难度等级任务所需的时间，同时为难度等级；D为运动初始位置与终止位置之间的距离；A为目标物体大小；a为截距；b为斜率；假定触点大小固定，令难度等级随着肢体运动距离变远而增加，假定肢体自然垂直为肢体初始位置，获得最小难度等级，肢体向上抬起至垂直水平面为肢体终止位置，获得最大难度等级，根据个人肢体长度，归一化难度等级到0-1内；将归一化难度等级0-1内的难度等级均分为n个等级，对应获得n个空间范围，令触点首先出现在最小难度等级的位置；若当前难度等级的触点在当前难度等级运动完成所设定的时间内被触碰到，判断则训练任务完成，所设定的时间根据FITTS定律公式计算；另外，也根据游戏分分值设定游戏的难度，不同难度的得分有一定差异，设定分值越高，则难度越高。3.根据权利要求2所述的一种肢体康复训练的难度调节方法，其特征在于：确定截距a和斜率b,具体的令患者进行一次自主运动，确定患者依靠自身能力获取的肢体运动范围，在肢体运动范围对应的虚拟环境内，随机得出n个坐标位置，并计算肢体初始位置与肢体终止位置的坐标点的距离，分别记为D1、D2、…Dn，若触点的大小为A，令所述触点随机选择在设定坐标位置出现；所述触点随机选择设定坐标位置中的任意一个，当患者的肢体触碰到所述触点时，记录患者每次触碰所述触点时的运动所需时间，记为T；每个坐标位置分别出现所述触点的次数为n次，计算得出各设定坐标点分别进行触点运动的运动所需时间的平均时间，分别记为T1、T2、…Tn；根据n个坐标位置以及得到的时间联立方程，通过最小二乘法计算得出截距a与斜率b的值。4.根据权利要求1所述的一种肢体康复训练的难度调节方法，其特征在于：步骤B中，归一化所述的肢体运动学信息，确定归一化参数，所述归一化参数为完成当前难度等级的运动时间评估百分比、运动轨迹评估百分比、运动速度评估百分比、躯干位移评估百分比、实际运动触碰坐标评估百分比中的任意一种或几种；具体为归一化运动时间，确定完成当前难度等级的运动时间评估百分比；各难度等级任务分别对应相应的最大运动时间，所述的最大运动时间为当前难度等级完成时间的至少两倍以上，若完成当前难度任务时间所用运动时间超过所述最大运动时间，则认定不满足最低要求；其中，归一化运动时间评估百分比的评估公式如下：Pt＝(tmax-treal)/tmax×100％其中，tmax为完成当前难度任务所需最大运动时间，treal为完成当前难度任务时间所用运动时间，Pt为归一化后完成的运动时间评估百分比。5.根据权利要求1所述的一种肢体康复训练的难度调节方法，其特征在于：步骤B中，归一化所述的肢体运动学信息,确定归一化参数，所述归一化参数为完成当前难度等级的运动时间评估百分比、运动轨迹评估百分比、运动速度评估百分比、躯干位移评估百分比、实际运动触碰坐标评估百分比中的任意一种或几种；具体为归一化运动轨迹，确定完成当前难度等级的运动轨迹评估百分...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋嵘，李宇宁，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：广东;44