本技術屬于機器人系統(tǒng)控制，具體涉及手功能康復評估系統(tǒng)及其應用方法。

背景技術：

1、在針對人類肢體運動的研究中，臨床的評估方式和工業(yè)界的評估方式在方法學上有著不同的傾向。

2、臨床研究者設計的肢體康復評估量表，通常會設計若干組運動行為，在患者完成對應運動的同時，醫(yī)師以觀察、問詢、徒手感受等直觀方式確認患者的康復評級。這些方法經(jīng)過前人多年試錯修正，成為相關領域的金標準。然而，這些傳統(tǒng)的手功能康復評估方法，容易受到評估者個人經(jīng)驗和技能水平的影響，導致評估結果的不一致性和主觀性，且往往耗時較長，操作過程相對繁瑣。

3、相比之下，工業(yè)界的評估方式通?；谠O計的觀測系統(tǒng)傳感器數(shù)據(jù)，間接觀察患者肢體運動產(chǎn)生的信號變化。這些方法具備一定創(chuàng)新性并且記錄過程快速方便。然而，由于學科交叉和后發(fā)優(yōu)勢，工業(yè)界評估方式仍需要進一步完善，特征提取和評估結果分類的方法也存在多樣性。因此，在準確度等方面獲得最佳效果仍然是一個挑戰(zhàn)。

技術實現(xiàn)思路

1、本技術的技術目的在于提出一種手功能康復評估系統(tǒng)及其應用方法，以兼顧傳統(tǒng)的臨床評估方法的優(yōu)勢以及新型工業(yè)界評估方式的高效性，提高手部康復評估的準確度。

2、為實現(xiàn)上述技術目的，本技術采用以下技術方案。

3、第一方面，本技術實施例提供一種手功能康復評估系統(tǒng)，包括手部評估器和主控制器，所述手部評估器和所述主控制器通信連接；

4、所述手部評估器被配置為采集患者手掌完成第一指定試驗過程的第一視頻信號；

5、所述主控制器被配置為根據(jù)所述第一視頻信號提取覆蓋手掌預選區(qū)域的第一圖像數(shù)據(jù)，基于所述第一圖像數(shù)據(jù)對手掌關節(jié)點位置進行標注，基于標注結果確認手掌完成所述第一指定試驗過程的第一特征參數(shù)，將所述第一特征參數(shù)與對應的第一目標參數(shù)值進行比對，獲得手功能康復評估結果；

6、其中，所述第一指定試驗包括手掌自閉合運動到張開，或者手掌自張開運動到閉合；所述第一特征參數(shù)包括各手指的伸出長度，以及各手指的伸出長度均到達最大參考值與各手指的伸出長度均到達最小參考值之間的時間間隔。

7、在一些實施例中，所述手部評估器包括第一攝像裝置和采集裝置本體，所述第一攝像裝置設置于所述采集裝置本體中，所述采集裝置本體設有與所述第一攝像裝置位置對應的采集窗口，以使所述第一攝像裝置通過所述采集窗口采集所述第一視頻信號。

8、在一些實施例中，各手指的伸出長度的確定方法如下：

9、根據(jù)標注結果，獲取當前采集時刻中各手指指尖關節(jié)的縱坐標和橫坐標，以及上一采集時刻各手指指尖關節(jié)的縱坐標和橫坐標，確定各手指指尖關節(jié)縱坐標和橫坐標的變化量；

10、根據(jù)所述變化量確定各手指的伸出長度，表達式為：

11、

12、

13、其中，x0len表示當前采集時刻大拇指伸出長度，x1len表示當前采集時刻食指伸出長度，x2len表示當前采集時刻中指伸出長度，x3len表示當前采集時刻無名指伸出長度，x4len表示當前采集時刻小指伸出長度，x00、y00分別表示上一采集時刻大拇指指尖的橫坐標和縱坐標，x10、y10分別表示上一采集時刻食指指尖的橫坐標和縱坐標，x20、y20分別表示上一采集時刻中指指尖的橫坐標和縱坐標，x30、y30分別表示上一采集時刻無名指指尖的橫坐標和縱坐標，x40、y40分別表示上一采集時刻小指指尖的橫坐標和縱坐標，x0n、y0n分別表示當前采集時刻大拇指指尖的橫坐標和縱坐標，x1n、y1n分別表示當前采集時刻食指指尖的橫坐標和縱坐標，x2n、y2n分別表示當前采集時刻中指指尖的橫坐標和縱坐標，x3n、y3n分別表示當前采集時刻無名指指尖的橫坐標和縱坐標，x4n、y4n表示當前采集時刻小指指尖的橫坐標和縱坐標；x0r、y0r分別表示大拇指指尖的橫坐標變化量和縱坐標變化量，x1r、y1r分別表示當前采集時刻食指指尖的橫坐標變化量和縱坐標變化量，x2r、y2r分別表示當前采集時刻中指指尖的橫坐標變化量和縱坐標變化量，x3r、y3r分別表示當前采集時刻無名指指尖的橫坐標變化量和縱坐標變化量，x4r、y4r分別表示當前采集時刻小指指尖的橫坐標變化量和縱坐標變化量。

14、在一些實施例中，確定手指的伸出長度均到達最大參考值與各手指的伸出長度均到達最小參考值之間的時間間隔，包括：

15、預設各個手指的伸出長度的最大參考值和最小參考值；

16、以預設采樣速率實時檢測各個手指的伸出長度；

17、若存在手指的伸出長度超過所述最大參考值或最小參考值，則更新各最大參考值和最小參考值；

18、記錄各手指的伸出長度均到達所述最大參考值時的第一時刻，以及各手指的伸出長度均到達所述最小參考值的第二時刻，將第一時刻和第二時刻之間的差值確定為所述時間間隔。

19、在一些實施例中，所述系統(tǒng)還包括與所述主控制器通信連接的指鼻實驗評估器，

20、所述指鼻實驗評估器，被配置為采集患者手掌完成第二指定試驗過程的第二視頻信號；

21、所述主控制器，被配置為根據(jù)所述第二視頻信號提取第二特征參數(shù)；將所述第二特征參數(shù)與對應的第二目標參數(shù)值進行比對，獲得手功能康復評估結果；

22、其中，所述第二指定試驗包括指鼻試驗，所述第二特征參數(shù)包括第二指定試驗過程的用時以及手掌到達所述鼻部位置后的狀態(tài)。

23、在一些實施例中，所述指鼻實驗評估器包括移動臺、伸縮桿和第二攝像裝置，所述伸縮桿設置于所述移動臺，所述伸縮桿能夠沿垂直地面的方向伸縮；所述第二攝像裝置安裝于所述伸縮桿。

24、在一些實施例中，根據(jù)所述第二視頻信號提取第二特征參數(shù)，包括：

25、基于所述第二視頻信號的每一幀圖像，提取覆蓋手掌預選區(qū)域的第二圖像數(shù)據(jù)；基于所述第二圖像數(shù)據(jù)對手掌關節(jié)點和鼻尖關節(jié)點的位置進行標注；

26、基于標注結果，確定手掌關節(jié)點和所述鼻尖關節(jié)點之間的距離；當所述距離小于設定距離閾值，則確定手掌到達鼻尖位置；將上次手掌到達鼻尖位置的時刻與本次手掌到達鼻尖位置的時刻之間的差值確定第二指定試驗過程的用時；基于手掌到達所述鼻部位置后手掌關節(jié)點的坐標變化情況判斷手掌的狀態(tài)，所述狀態(tài)包括是否震顫。

27、在一些實施例中，所述系統(tǒng)還包括與所述主控制器通信連接的握力評估器，所述握力評估器被配置為采集握力評估器握力值。

28、第二方面，本技術實施例基于以上實施例提供的手功能康復評估系統(tǒng)，還包括：

29、手部活動儀，被配置包括機械手指結構并能夠佩戴，根據(jù)所述主控制器發(fā)送的輸出行為值指令驅(qū)動電機，以帶動所述機械手指結構進行相應的彎曲動作，并反饋所述機械手指進行所述彎曲動作過程中的手部活動儀握力值；

30、握力評估器，與所述主控制器通信連接；

31、其中，所述手部評估器被配置為采集患者健側(cè)手掌完成第一指定試驗過程的第一視頻信號；

32、所述握力評估器被配置為采集患者佩戴所述手部活動儀后的握力評估器握力值。

33、第三方面，本技術實施例提供基于第二方面任一可行的實施方式提供的手功能康復評估系統(tǒng)的應用方法，包括：

34、使患者健側(cè)手部放置于所述手部評估器上，采集患者手掌完成第一指定試驗過程的第一視頻信號；

35、利用主控制器根據(jù)所述第一視頻信號提取覆蓋手掌預選區(qū)域的第一圖像數(shù)據(jù)，基于第一圖像數(shù)據(jù)對手掌關節(jié)點位置進行標注，基于標注結果確認各手指的伸出長度，根據(jù)伸出長度更新手部評估器獎懲值；

36、利用握力評估器實時獲取反饋握力評估器握力值；根據(jù)握力評估器握力值計算握力評估器獎懲值；并計算握力評估器價值分數(shù)，若握力評估器價值分數(shù)小于或等于價值分數(shù)閾值，則更新握力評估器獎懲值；

37、使患者患側(cè)手掌佩戴所述手部活動儀，并將握力評估器置于機械手指結構內(nèi)側(cè)，且所述機械手指結構未與所述握力評估器接觸；

38、所述手部活動儀獲取上輪輸出行為值指令，根據(jù)所述輸出行為值指令驅(qū)動所述機械手指結構握住所述握力評估器，利用主控制器讀取握力評估器反饋的握力評估器握力值，和所述手部活動儀反饋的所述手部活動儀握力值；檢測握力評估器握力值是否達標；

39、若未達標，則根據(jù)采集獲得的握力評估器握力值、所述手部活動儀握力值、目標握力評估器握力值、目標手部活動儀握力值，以及當前的所述手部評估器獎懲值和所述握力評估器獎懲值，更新輸出行為值指令以驅(qū)動所述手部活動儀；

40、如達標，則所述主控制器驅(qū)動手部活動儀松開所述握力評估器。

41、與現(xiàn)有技術相比，本技術實施例提供的手功能康復評估系統(tǒng)，通過手部評估器實時采集患者手掌完成指定試驗過程的視頻信號，主控制器可以實時處理這些信號并提取特征參數(shù)，從而快速得出手功能康復評估結果。這種實時性有助于及時了解患者的康復情況，為康復治療提供及時反饋；通過視頻信號提取的特征參數(shù)與預設的目標參數(shù)值進行精確比對，評估結果更加客觀、準確，這種方式減少了主觀因素對評估結果的影響，提高了評估的可信度和一致性。

42、與現(xiàn)有技術相比，本技術實施例提供的手功能康復評估系統(tǒng)的應用方法，評估結果更加客觀、準確，這種方式減少了主觀因素對評估結果的影響，提高了評估的可信度和一致性，且有利于患者通過健側(cè)手掌進行輸入驅(qū)動手部活動儀進行運動，使得每次捏握動作的握力評估達到滿足要求的水平，進而逐漸使患側(cè)手掌接近滿足要求的握力水平。