本發(fā)明涉及一種人體康復(fù)系統(tǒng)裝置及其應(yīng)用，特別是涉及一種動作捕捉系統(tǒng)及其在定量評估人體運(yùn)動部位的康復(fù)程度中的應(yīng)用，屬于電子信息領(lǐng)域，且特別涉及到醫(yī)學(xué)康復(fù)領(lǐng)域上下肢一體化概念，屬于新一代信息技術(shù)戰(zhàn)略性新型產(chǎn)業(yè)。

背景技術(shù)：

目前下肢康復(fù)程度評估的研究主要有以下兩種方式：方式一為量表打分，通過下肢完成幾個基本動作的實(shí)際情況打分來評估其下肢康復(fù)所處的階段，這種方式是定性的，主觀性強(qiáng)、效率低下。方式二為手工直接測量距離和測量時間，用秒表計(jì)時記錄步態(tài)周期，用米尺以及足印法等直接測量步幅、步寬等步態(tài)參數(shù)，雖然這種方式測量簡單并且直觀，但是精度很差并且所測參數(shù)的類型有限。

目前肢體康復(fù)訓(xùn)練評估中上肢和下肢的康復(fù)訓(xùn)練和評估是分離的。但臨床一線康復(fù)醫(yī)生在腦卒中肢體康復(fù)訓(xùn)練評估中發(fā)現(xiàn)部分病人在上肢使用用來矯正肢體畸形的支具輔助的情況下，下肢的運(yùn)動機(jī)能也有一定的改善，于是提出了上下肢一體化的概念，它主要體現(xiàn)了人的上肢和下肢是一體化的，在一端進(jìn)行支具輔助的動作矯正后，對另一端的運(yùn)動機(jī)能也有一定改善，但具體有沒有改善，改善了多少無法進(jìn)行有效地定量評估。

目前傳感器動作捕捉是用無線動作姿態(tài)傳感器采集身體部位的姿態(tài)方位，利用人體學(xué)原理恢復(fù)出人體運(yùn)動模型，同時采用無線傳輸?shù)姆绞綄?shù)據(jù)呈現(xiàn)在電腦軟件里。隨著計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)的飛速發(fā)展和動畫制作要求的提高，在發(fā)達(dá)國家，動作捕捉已經(jīng)進(jìn)入實(shí)用化階段，成功地用于虛擬現(xiàn)實(shí)、游戲、人體工程學(xué)研究、模擬訓(xùn)練、生物力學(xué)研究等許多方面，但目前將其應(yīng)用于人體康復(fù)系統(tǒng)的技術(shù)受環(huán)境影響較大，當(dāng)前下肢康復(fù)程度評估所測參數(shù)類型有限，并且精度很差，不能滿足對多種參數(shù)的算法設(shè)計(jì)要求，尚未出現(xiàn)驗(yàn)證上下肢一體化信息的裝置和方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于克服已有技術(shù)存在的不足，提供一種利用動作捕捉傳感器的下肢康復(fù)程度定量評估系統(tǒng)及評估方法，利用傳感器動作捕捉系統(tǒng)和方法，能實(shí)現(xiàn)用定量的數(shù)據(jù)來驗(yàn)證上下肢一體化這一概念，提供一種方法簡單、成本低廉、可靠性高的下肢康復(fù)程度定量評估系統(tǒng)和方法。

為達(dá)到上述發(fā)明創(chuàng)造目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：

一種利用動作捕捉傳感器的下肢康復(fù)程度定量評估系統(tǒng)，包括動作姿態(tài)傳感器系統(tǒng)和自動化智能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，動作姿態(tài)傳感器系統(tǒng)由網(wǎng)絡(luò)集線器主節(jié)點(diǎn)裝置和17個傳感器節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，網(wǎng)絡(luò)集線器主節(jié)點(diǎn)裝置為可穿戴式電子器件，每個傳感器節(jié)點(diǎn)皆為可佩帶的無線動作捕捉傳感器單元，能分別佩帶安裝在人體的設(shè)定部位，動作姿態(tài)傳感器系統(tǒng)的各個動作捕捉傳感器單元分別包括頭部傳感器節(jié)點(diǎn)、背部傳感器節(jié)點(diǎn)、腰部傳感器節(jié)點(diǎn)、左肩傳感器節(jié)點(diǎn)、右肩傳感器節(jié)點(diǎn)、左大臂傳感器節(jié)點(diǎn)、右大臂傳感器節(jié)點(diǎn)、左小臂傳感器節(jié)點(diǎn)、右小臂傳感器節(jié)點(diǎn)、左手掌傳感器節(jié)點(diǎn)、右手掌傳感器節(jié)點(diǎn)、左大腿傳感器節(jié)點(diǎn)、右大腿傳感器節(jié)點(diǎn)、左小腿傳感器節(jié)點(diǎn)、右小腿傳感器節(jié)點(diǎn)、左腳傳感器節(jié)點(diǎn)和右腳傳感器節(jié)點(diǎn)，各個動作捕捉傳感器單元分別對應(yīng)采集頭部、背部、腰部、左右雙肩部、左右大臂部、左右小臂部、左右雙手掌部、左右大腿部、左右小腿部和左右雙腳部一個17個人體部位的運(yùn)動參數(shù)，動作姿態(tài)傳感器系統(tǒng)的各個動作捕捉傳感器單元采集的人體部位的運(yùn)動數(shù)據(jù)匯集到網(wǎng)絡(luò)集線器主節(jié)點(diǎn)裝置上，然后網(wǎng)絡(luò)集線器主節(jié)點(diǎn)裝置會將數(shù)據(jù)以USB有線或者Wi-Fi無線的方式傳輸?shù)阶詣踊悄苡?jì)算機(jī)系統(tǒng)，自動化智能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接收動作捕捉傳感器傳來的運(yùn)動數(shù)據(jù)，并經(jīng)過運(yùn)算和處理得到所需參數(shù)，構(gòu)建患者驅(qū)動的三維人體模型，作為下肢康復(fù)程度定量評估系統(tǒng)信息系統(tǒng)，將計(jì)算結(jié)果數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)庫內(nèi)，并在自動化智能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)顯示器上實(shí)時顯示，還能完成下肢康復(fù)程度定量評估報告的打印輸出。

作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，還作為定量驗(yàn)證上下肢一體化的數(shù)據(jù)系統(tǒng)，能完成上下肢一體化關(guān)系定量評估報告的打印輸出。

作為上述方案的進(jìn)一步優(yōu)選的技術(shù)方案，自動化智能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)還能將信息向遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)工作站進(jìn)行傳輸。

一種本發(fā)明利用動作捕捉傳感器的下肢康復(fù)程度定量評估系統(tǒng)進(jìn)行下肢康復(fù)程度定量評估的方法，步驟如下：

a.將利用動作捕捉傳感器的下肢康復(fù)程度定量評估系統(tǒng)用于患者，使患者將各傳感器節(jié)點(diǎn)裝置對應(yīng)穿戴于身體的對應(yīng)部位，形成動作姿態(tài)傳感器系統(tǒng)，并對動作姿態(tài)傳感器系統(tǒng)和自動化智能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行初始化，使自動化智能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的顯示器實(shí)時顯示出患者驅(qū)動的三維人體模型；

b.佩帶動作姿態(tài)傳感器系統(tǒng)的患者在佩帶支具條件下或不佩帶支具的條件下，分別進(jìn)行下肢康復(fù)程度定量評估，定量評估流程如下：

距離自動化智能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)10米距離的位置處保持站立姿態(tài)，作為患者開始運(yùn)動的初始狀態(tài)，然后患者從初始狀態(tài)所處位置徑直走向自動化智能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，即完成一次測量，之后患者再回到初始狀態(tài)所處位置并重復(fù)上述患者的運(yùn)動過程，即完成第二次測量，多次測量以此類推，在多次測量過程中，動作姿態(tài)傳感器系統(tǒng)采集的患者運(yùn)動數(shù)據(jù)以USB有線或者Wi-Fi無線的方式，傳輸?shù)阶詣踊悄苡?jì)算機(jī)系統(tǒng)，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，將結(jié)果在顯示器上顯示出來，并且打印出定量的評估報告。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下顯而易見的突出實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著優(yōu)點(diǎn)：

1.本發(fā)明裝置設(shè)備簡單，所測參數(shù)齊全，參數(shù)精度較高，適用于各級醫(yī)療場所；本發(fā)明因?yàn)槭褂玫氖莿幼鞑蹲絺鞲性O(shè)備，相比市場上最常用的Kinect圖像處理受環(huán)境影響較小，更適合于醫(yī)院環(huán)境，同時傳輸數(shù)據(jù)精度較高，能滿足對多種參數(shù)的算法設(shè)計(jì)要求；

2.本發(fā)明裝置使用方便，適應(yīng)性好，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。本系統(tǒng)將各項(xiàng)所需設(shè)備進(jìn)行了集成，免去了每次使用重新搭建的步驟，方便使用，并對環(huán)境變化具有一定的魯棒性；

3.本發(fā)明定量評估過程中能實(shí)時在屏幕上顯示出患者驅(qū)動的三維人體模型，有助于病人在這一過程中對自己姿勢的自我矯正；

4.本發(fā)明系統(tǒng)通過患者佩帶支具和不帶支具時兩份評估報告定量地驗(yàn)證了上下肢一體化概念。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例一利用動作捕捉傳感器的下肢康復(fù)程度定量評估系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例一下肢康復(fù)程度定量評估方法實(shí)際測試流程示意圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例詳述如下：

實(shí)施例一：

在本實(shí)施例中，參見圖1和圖2，一種利用動作捕捉傳感器的下肢康復(fù)程度定量評估系統(tǒng)，包括動作姿態(tài)傳感器系統(tǒng)Ⅰ和自動化智能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)Ⅱ，動作姿態(tài)傳感器系統(tǒng)Ⅰ由網(wǎng)絡(luò)集線器主節(jié)點(diǎn)裝置18和17個傳感器節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，網(wǎng)絡(luò)集線器主節(jié)點(diǎn)裝置18為可穿戴式電子器件，每個傳感器節(jié)點(diǎn)皆為可佩帶的無線動作捕捉傳感器單元，能分別佩帶安裝在人體的設(shè)定部位，動作姿態(tài)傳感器系統(tǒng)Ⅰ的各個動作捕捉傳感器單元分別包括頭部傳感器節(jié)點(diǎn)1、背部傳感器節(jié)點(diǎn)2、腰部傳感器節(jié)點(diǎn)3、左肩傳感器節(jié)點(diǎn)4、右肩傳感器節(jié)點(diǎn)5、左大臂傳感器節(jié)點(diǎn)7、右大臂傳感器節(jié)點(diǎn)6、左小臂傳感器節(jié)點(diǎn)9、右小臂傳感器節(jié)點(diǎn)8、左手掌傳感器節(jié)點(diǎn)11、右手掌傳感器節(jié)點(diǎn)10、左大腿傳感器節(jié)點(diǎn)13、右大腿傳感器節(jié)點(diǎn)12、左小腿傳感器節(jié)點(diǎn)15、右小腿傳感器節(jié)點(diǎn)14、左腳傳感器節(jié)點(diǎn)17和右腳傳感器節(jié)點(diǎn)16，各個動作捕捉傳感器單元分別對應(yīng)采集頭部、背部、腰部、左右雙肩部、左右大臂部、左右小臂部、左右雙手掌部、左右大腿部、左右小腿部和左右雙腳部一個17個人體部位的運(yùn)動參數(shù)，動作姿態(tài)傳感器系統(tǒng)Ⅰ的各個動作捕捉傳感器單元采集的人體部位的運(yùn)動數(shù)據(jù)匯集到網(wǎng)絡(luò)集線器主節(jié)點(diǎn)裝置18上，然后網(wǎng)絡(luò)集線器主節(jié)點(diǎn)裝置18將數(shù)據(jù)以USB有線方式傳輸?shù)阶詣踊悄苡?jì)算機(jī)系統(tǒng)Ⅱ，自動化智能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)Ⅱ接收動作捕捉傳感器傳來的運(yùn)動數(shù)據(jù)，并經(jīng)過運(yùn)算和處理得到所需參數(shù)，構(gòu)建患者驅(qū)動的三維人體模型，作為下肢康復(fù)程度定量評估系統(tǒng)信息系統(tǒng)，將計(jì)算結(jié)果數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)庫內(nèi)，并在自動化智能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)Ⅱ顯示器上實(shí)時顯示，還能完成下肢康復(fù)程度定量評估報告的打印輸出。

在本實(shí)施例中，參見圖1和圖2，還作為定量驗(yàn)證上下肢一體化的數(shù)據(jù)系統(tǒng)，還能完成上下肢一體化關(guān)系定量評估報告的打印輸出。

在本實(shí)施例中，參見圖1和圖2，自動化智能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)Ⅱ還能將信息向遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)工作站進(jìn)行傳輸。本實(shí)施例自動化智能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)Ⅱ通過算法分析并處理動作姿態(tài)傳感器系統(tǒng)Ⅰ傳來的患者運(yùn)動數(shù)據(jù)，得到所需的參數(shù)還能通過遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸提供給醫(yī)務(wù)人員和患者作為康復(fù)訓(xùn)練的評估依據(jù)。

在本實(shí)施例中，參見圖1和圖2，一種本實(shí)施例利用動作捕捉傳感器的下肢康復(fù)程度定量評估系統(tǒng)進(jìn)行下肢康復(fù)程度定量評估的方法，步驟如下：

a.將利用動作捕捉傳感器的下肢康復(fù)程度定量評估系統(tǒng)用于患者，使患者將各傳感器節(jié)點(diǎn)裝置對應(yīng)穿戴于身體的對應(yīng)部位，形成動作姿態(tài)傳感器系統(tǒng)，并對動作姿態(tài)傳感器系統(tǒng)和自動化智能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行初始化，使自動化智能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的顯示器實(shí)時顯示出患者驅(qū)動的三維人體模型；

b.佩帶動作姿態(tài)傳感器系統(tǒng)的患者在佩帶支具條件下或不佩帶支具的條件下，分別進(jìn)行下肢康復(fù)程度定量評估，定量評估流程如下：

距離自動化智能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)10米距離的位置處保持站立姿態(tài)，作為患者開始運(yùn)動的初始狀態(tài)，然后患者從初始狀態(tài)所處位置徑直走向自動化智能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，即完成一次測量，之后患者再回到初始狀態(tài)所處位置并重復(fù)上述患者的運(yùn)動過程，即完成第二次測量，多次測量以此類推，在多次測量過程中，動作姿態(tài)傳感器系統(tǒng)采集的患者運(yùn)動數(shù)據(jù)以USB有線或者Wi-Fi無線的方式，傳輸?shù)阶詣踊悄苡?jì)算機(jī)系統(tǒng)，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，將結(jié)果在顯示器上顯示出來，并且打印出定量的評估報告。

本實(shí)施例自動化智能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)Ⅱ通過算法分析并處理動作姿態(tài)傳感器系統(tǒng)Ⅰ傳來的患者運(yùn)動數(shù)據(jù)，得到所需的參數(shù)還能通過遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸提供給醫(yī)務(wù)人員和患者作為康復(fù)訓(xùn)練的評估依據(jù)。醫(yī)生可以針對病人佩帶支具和不帶支具時評估報告進(jìn)行對比分析。本實(shí)施例基于傳感器動作捕捉技術(shù)開發(fā)的下肢康復(fù)程度評估系統(tǒng)和方法。包含一套動作捕捉傳感器和顯示系統(tǒng)，還包括動作捕捉傳感設(shè)備和自動化智能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。本實(shí)施例利用傳感器動作捕捉裝置和方法，解決當(dāng)前下肢康復(fù)程度評估所測參數(shù)類型有限并且精度很差的缺點(diǎn)，同時用定量的數(shù)據(jù)來驗(yàn)證上下肢一體化這一概念，對人體健康恢復(fù)和臨床醫(yī)學(xué)具有重要的意義和價值。

實(shí)施例二：

本實(shí)施例與實(shí)施例一基本相同，特別之處在于：

在本實(shí)施例中，動作姿態(tài)傳感器系統(tǒng)Ⅰ的各個動作捕捉傳感器單元采集的人體部位的運(yùn)動數(shù)據(jù)匯集到網(wǎng)絡(luò)集線器主節(jié)點(diǎn)裝置18上，然后網(wǎng)絡(luò)集線器主節(jié)點(diǎn)裝置18將數(shù)據(jù)以Wi-Fi無線的方式傳輸?shù)阶詣踊悄苡?jì)算機(jī)系統(tǒng)Ⅱ。采用Wi-Fi無線的方式，代替有線數(shù)據(jù)線，使設(shè)備更加簡單，使用更加方便。

上面結(jié)合附圖對本發(fā)明實(shí)施例進(jìn)行了說明，但本發(fā)明不限于上述實(shí)施例，還可以根據(jù)本發(fā)明的發(fā)明創(chuàng)造的目的做出多種變化，凡依據(jù)本發(fā)明技術(shù)方案的精神實(shí)質(zhì)和原理下做的改變、修飾、替代、組合或簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，只要符合本發(fā)明的發(fā)明目的，只要不背離本發(fā)明利用動作捕捉傳感器的下肢康復(fù)程度定量評估系統(tǒng)及評估方法的技術(shù)原理和發(fā)明構(gòu)思，都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。