一種臂帶式可穿戴的上肢運(yùn)動(dòng)功能評(píng)估系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及運(yùn)動(dòng)功能評(píng)估技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種臂帶式可穿戴的上肢運(yùn)動(dòng)功能評(píng)估系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]在傳統(tǒng)的上肢運(yùn)動(dòng)功能評(píng)估方法中，國(guó)內(nèi)外主要采用的量表的方法(如Fugl-Meyer量表)，由評(píng)估者按照表中條目對(duì)待測(cè)試者的運(yùn)動(dòng)功能進(jìn)行逐一評(píng)估。然而，這種基于量表的臨床評(píng)估方式存在費(fèi)時(shí)費(fèi)力、主觀性強(qiáng)、對(duì)評(píng)估者的經(jīng)驗(yàn)具有高度依賴性等問(wèn)題。
[0003]考慮到上肢的靈巧性、參與日常生活的重要性，對(duì)某些上肢運(yùn)動(dòng)功能缺失者進(jìn)行上肢運(yùn)動(dòng)功能評(píng)估顯得尤為重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種臂帶式可穿戴的上肢運(yùn)動(dòng)功能評(píng)估系統(tǒng)，具有體積小，方便攜帶，簡(jiǎn)單易操作的優(yōu)點(diǎn)。
[0005]本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0006]1、一種臂帶式可穿戴的上肢運(yùn)動(dòng)功能評(píng)估系統(tǒng)，其特征在于，包括:臂帶與上位機(jī);其中:
[0007]所述臂帶，用于捕獲上肢動(dòng)作執(zhí)行中的運(yùn)動(dòng)信號(hào)和肌肉活動(dòng)電信號(hào)，并通過(guò)無(wú)線傳輸?shù)姆绞絺鬏斀o上位機(jī)；
[0008]所述上位機(jī)，用于控制臂帶進(jìn)行數(shù)據(jù)采集以及對(duì)所述臂帶傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，并通過(guò)人工智能算法，從所述臂帶傳輸?shù)臄?shù)據(jù)中提取出運(yùn)動(dòng)特征，結(jié)合相應(yīng)的評(píng)估方法，對(duì)測(cè)試者的上肢運(yùn)動(dòng)功能進(jìn)行評(píng)估。
[0009]進(jìn)一步的，所述臂帶包括:設(shè)置在彈性綁帶上的微型慣性傳感器模塊、表面肌電傳感器模塊、信號(hào)調(diào)理模塊、微處理器、無(wú)線傳輸模塊、電池及電源管理模塊以及LED顯示模塊；
[0010]所述微型慣性傳感器模塊包括:加速度計(jì)、陀螺儀與磁力計(jì)，用于捕獲上肢的運(yùn)動(dòng)信號(hào);所述上肢的運(yùn)動(dòng)信號(hào)包括前臂和上臂擺動(dòng)軌跡、朝向以及肩關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)伸屈運(yùn)動(dòng)；
[0011]所述表面肌電傳感器模塊，用于采集上臂肱二頭肌、肱三頭肌、前臂、手指手腕伸屈肌群活動(dòng)的肌肉活動(dòng)信號(hào)，所采集的肌肉活動(dòng)信號(hào)用于分析腕關(guān)節(jié)和手指的活動(dòng)狀態(tài)以及相應(yīng)肌群收縮的狀態(tài)；
[0012]所采集到的運(yùn)動(dòng)信號(hào)與肌肉活動(dòng)信號(hào)經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)理模塊進(jìn)行放大與濾波處理，再以一定的采樣率進(jìn)行采樣，并轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)后傳輸給微處理器；
[0013]所述微處理器對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行打包處理后，經(jīng)過(guò)無(wú)線傳輸模塊向外傳輸；
[0014]所述電池，用于為微型慣性傳感器模塊、表面肌電傳感器模塊、信號(hào)調(diào)理模塊、微處理器、無(wú)線傳輸模塊以及LED顯示模塊供電；
[0015]所述電源管理模塊，用于對(duì)電池進(jìn)行管理，用以滿足元件對(duì)各級(jí)電壓的需求
[0016]所述LED顯示模塊，用于監(jiān)測(cè)運(yùn)動(dòng)信號(hào)與肌肉活動(dòng)信號(hào)的采集過(guò)程。
[0017]進(jìn)一步的，所述臂帶的數(shù)量為兩個(gè)或兩個(gè)以上。
[0018]進(jìn)一步的，所述上位機(jī)包括:微處理器、無(wú)線收發(fā)模塊、數(shù)據(jù)分析、處理與評(píng)估模塊、存儲(chǔ)模塊、人機(jī)交互模塊以及音視頻模塊;其中:
[0019]所述微處理器，用于響應(yīng)人機(jī)交互模塊的操作請(qǐng)求控制臂帶進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，以及將無(wú)線收發(fā)模塊接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理后傳輸給數(shù)據(jù)分析、處理與評(píng)估模塊；
[0020]所述無(wú)線收發(fā)模塊，用于接收所述臂帶傳輸?shù)臄?shù)據(jù)以及控制臂帶數(shù)據(jù)采集指令的發(fā)送；
[0021]所述數(shù)據(jù)分析、處理與評(píng)估模塊，用于通過(guò)人工智能算法，從所述臂帶傳輸?shù)臄?shù)據(jù)中提取出運(yùn)動(dòng)特征，結(jié)合相應(yīng)的評(píng)估方法，對(duì)測(cè)試者的上肢運(yùn)動(dòng)功能進(jìn)行評(píng)估；
[0022]所述人機(jī)交互模塊，用于實(shí)現(xiàn)單次評(píng)估和歷史記錄查詢兩種功能;所述單次評(píng)估功能通過(guò)演示定量評(píng)估運(yùn)動(dòng)癥狀的范式動(dòng)作，引導(dǎo)測(cè)試者參與測(cè)試，并記錄測(cè)試時(shí)間，顯示單項(xiàng)評(píng)估及整體評(píng)估結(jié)果;歷史記錄查詢功能用于查詢已保存的測(cè)試時(shí)間及對(duì)應(yīng)的單項(xiàng)和整體評(píng)估結(jié)果；
[0023]所述存儲(chǔ)模塊，用于存儲(chǔ)臂帶傳輸?shù)臄?shù)據(jù)、范式動(dòng)作集、評(píng)估時(shí)的參考標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)以及評(píng)估結(jié)果；
[0024]所述音視頻模塊，用于實(shí)現(xiàn)范式動(dòng)作的演示。
[0025]進(jìn)一步的，所述范式動(dòng)作集包括:屈腕、伸腕、肩屈曲90度、肘伸直、肩外展90度、前臂旋前、手指指鼻、翻卡片、模擬擰螺絲、摸后肩、伸臂抓球、手心向下、伸臂柱握狀抓圓柱、手心朝向身體一側(cè)及連續(xù)快速屈肘三次中的一個(gè)或多個(gè)。
[0026]進(jìn)一步的，所述評(píng)估時(shí)的參考標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)通過(guò)如下方式獲取:
[0027]預(yù)先采集運(yùn)動(dòng)功能健全的健康測(cè)試者數(shù)據(jù)，從中提取與運(yùn)動(dòng)功能相關(guān)的特征值，包括:運(yùn)動(dòng)信號(hào)的規(guī)范化波形、肌肉活動(dòng)信號(hào)的積分值、過(guò)零率、中值頻率、熵值等，作為評(píng)估時(shí)的參考標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)。
[0028]進(jìn)一步的，所述對(duì)測(cè)試者的上肢運(yùn)動(dòng)功能進(jìn)行評(píng)估包括:
[0029]在單次評(píng)估時(shí)，由測(cè)試者執(zhí)行范式動(dòng)作，并從采集到的數(shù)據(jù)中提取出與運(yùn)動(dòng)功能相關(guān)的特征值，通過(guò)運(yùn)用動(dòng)態(tài)時(shí)間規(guī)整或計(jì)算相關(guān)系數(shù)法，或隱馬爾可夫模型法，或動(dòng)態(tài)貝葉斯模型求測(cè)試者特征值與參考標(biāo)準(zhǔn)之間的差異或相似性，將所有動(dòng)作的相似性綜合作為評(píng)估指標(biāo)，評(píng)估測(cè)試者的上肢功能。
[0030]進(jìn)一步的，歷史記錄查詢功能通過(guò)借助圖表，對(duì)選擇的單項(xiàng)評(píng)估和整體評(píng)估的評(píng)估結(jié)果及評(píng)估時(shí)間進(jìn)行顯示，實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)試者的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)。
[0031]進(jìn)一步的，所述上位機(jī)為筆記本電腦、智能手機(jī)或平板電腦。
[0032]由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，通過(guò)臂帶與上位機(jī)的協(xié)同工作可以方便的對(duì)待測(cè)試者的上肢運(yùn)動(dòng)功能進(jìn)行評(píng)估，同時(shí)，還可以查看歷史評(píng)估結(jié)果從而便于了解待測(cè)試者的上肢運(yùn)動(dòng)功能情況;另外，該系統(tǒng)設(shè)備體積小，方便攜帶。
【附圖說(shuō)明】
[0033]為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他附圖。
[0034]圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種臂帶式可穿戴的上肢運(yùn)動(dòng)功能評(píng)估系統(tǒng)的示意圖；
[0035]圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的臂帶內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；
[0036]圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的上位機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；
[0037]圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的處理、分析與評(píng)估示過(guò)程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0038]下面結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0039]本發(fā)明實(shí)施例提供一種臂帶式可穿戴的上肢運(yùn)動(dòng)功能評(píng)估系統(tǒng)，如圖1所示，其主要包括:臂帶100與上位機(jī)200;其中:
[0040]所述臂帶100，用于捕獲上肢動(dòng)作執(zhí)行中的運(yùn)動(dòng)信號(hào)和肌肉活動(dòng)電信號(hào)，并通過(guò)無(wú)線傳輸?shù)姆绞絺鬏斀o上位機(jī)200;
[0041]所述上位機(jī)200，用于控制臂帶100進(jìn)行數(shù)據(jù)采集以及對(duì)所述臂帶100傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，并通過(guò)人工智能算法，從所述臂帶傳輸?shù)臄?shù)據(jù)中提取出運(yùn)動(dòng)特征，結(jié)合相應(yīng)的評(píng)估方法，對(duì)測(cè)試者的上肢運(yùn)動(dòng)功能進(jìn)行評(píng)估。
[0042]如圖2所示，所述臂帶主要包括:設(shè)置在彈性綁帶上的微型慣性傳感器模塊、表面肌電傳感器模塊、信號(hào)調(diào)理模塊、微處理器、無(wú)線傳輸模塊、電池及電源管理模塊以及LED顯不豐旲塊；
[0043]所述微型慣性傳感器模塊包括:加速度計(jì)、陀螺儀與磁力計(jì)，主要放置在手腕處、肱二頭肌的肌腹處，用于捕獲上肢的運(yùn)動(dòng)信號(hào)；所述上肢的運(yùn)動(dòng)信號(hào)包括前臂和上臂擺動(dòng)軌跡、朝向以及肩關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)伸屈運(yùn)動(dòng)；
[0044]所述表面肌電傳感器模塊，用于采集上臂肱二頭肌、肱三頭肌、前臂、手指手腕伸屈肌群活動(dòng)的肌肉活動(dòng)信號(hào)，所采集的肌肉活動(dòng)信號(hào)用于分析腕關(guān)節(jié)和手指的活動(dòng)狀態(tài)以及相應(yīng)肌群收縮的狀態(tài);本發(fā)明實(shí)施例中，所述表面肌電傳感器模塊可采用差分電極，所述差分式電極可有效的減少共模干擾，同時(shí)采用零電位作為參考點(diǎn)位，可減少噪聲以及工頻干擾。
[0045]所采集到的運(yùn)動(dòng)信號(hào)與肌肉活動(dòng)信號(hào)經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)理模塊進(jìn)行放大與濾波處理，再以一定的采樣率進(jìn)行采樣，并轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)后傳輸給微處理器；
[0046]所述微處理器對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行打包處理后，經(jīng)過(guò)無(wú)線傳輸模塊(可以為wifi模塊或者藍(lán)牙模塊)向外傳輸；
[0047]所述電池，用于為微型慣性傳感器模塊、表面肌電傳感器模塊、信號(hào)調(diào)理模塊、微處理器、無(wú)線傳輸模塊以及LED顯示模塊供電；所述電池可以為鋰電池，鋰電池供電具有重量輕、容量高、體積小、安全可靠、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。
[0048]所述電源管理模塊，用于對(duì)電池進(jìn)行管理，用以滿足元件對(duì)各級(jí)電壓的需求；
[0049]所述LED顯示模塊，用于監(jiān)測(cè)運(yùn)動(dòng)信號(hào)與肌肉活動(dòng)信號(hào)的采集過(guò)程。其中LED通過(guò)GP1與微處理器連接，而以下所述LED常亮可指LED無(wú)閃爍頻率或者LED燈以人眼不可察覺(jué)的頻率閃爍所致。當(dāng)系統(tǒng)上電后，系統(tǒng)上電指示燈亮，說(shuō)明系統(tǒng)已上電，也可根據(jù)LED燈亮度強(qiáng)弱，判斷系統(tǒng)電壓是否正常；當(dāng)信號(hào)采集開(kāi)始后，若微型慣性傳感器正常采集以及傳輸運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信號(hào)，則運(yùn)動(dòng)傳感器信號(hào)采集指示燈常亮，反之，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信號(hào)采集出現(xiàn)異常;若表面肌電傳感器正常采集以及傳輸肌肉的表面肌電信號(hào)，則肌電信號(hào)采集指示燈常亮，反之，表面肌電信號(hào)采集過(guò)程出現(xiàn)異常；當(dāng)微處理器將采集數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線發(fā)送到上位機(jī)的接收模塊時(shí)，若數(shù)據(jù)發(fā)送正常，則無(wú)線通訊指示燈常亮，若出現(xiàn)無(wú)線信號(hào)傳輸緩慢或傳輸期間出現(xiàn)較大丟包等，無(wú)線通訊指示燈亮滅異常。
[0050]本發(fā)明實(shí)施例中，所述臂帶的數(shù)量為兩個(gè)或兩個(gè)以上，可根據(jù)需要調(diào)節(jié)臂帶的具體位置以及數(shù)目。
[0051]如圖3所示，所述上位機(jī)包括:微處理器、無(wú)線收發(fā)模塊、數(shù)據(jù)分析、處理與評(píng)估模塊、存儲(chǔ)模塊、人機(jī)交互模塊以及音視頻模塊;其中:
[0052]所述無(wú)線收發(fā)模塊(可以為W1-Fi模塊或者藍(lán)牙模塊)，用于接收所述臂帶傳輸?shù)臄?shù)據(jù)以及控制臂帶數(shù)據(jù)采集指令的發(fā)送；