[發(fā)明專利]基于Kinect的上肢康復(fù)訓(xùn)練與評(píng)估方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710407640.8
• 申請(qǐng)日: 2017-06-02
• 公開（公告）號(hào): CN107349570A
• 公開（公告）日: 2017-11-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐國(guó)政;王冠;李威;高翔;陳盛;朱博;王強(qiáng);譚彩銘
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京郵電大學(xué)
• 主分類號(hào): A63B23/12
• 分類號(hào): A63B23/12;A63B23/14;A61B5/107
• 代理公司: 江蘇愛(ài)信律師事務(wù)所32241
• 代理人: 趙贊贊

1.基于Kinect的上肢康復(fù)訓(xùn)練與評(píng)估方法，其特征在于，具體步驟如下：

步驟1)在計(jì)算機(jī)中建立開發(fā)擦桌子、擦玻璃的虛擬康復(fù)環(huán)境，要求實(shí)現(xiàn)患者上肢的水平、垂直的綜合康復(fù)訓(xùn)練；搭建數(shù)據(jù)庫(kù)環(huán)境，用于儲(chǔ)存標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)以及實(shí)際運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)；

步驟2)將Kinect傳感器與搭載虛擬康復(fù)環(huán)境的計(jì)算機(jī)通過(guò)數(shù)據(jù)線相接，并且安裝在計(jì)算機(jī)顯示屏的前方以及左右兩側(cè)；通過(guò)Kinect獲取的數(shù)據(jù)通過(guò)接口函數(shù)傳入虛擬康復(fù)環(huán)境中用于實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)虛擬場(chǎng)景內(nèi)模型運(yùn)動(dòng)；

步驟3)Kinect的上肢測(cè)量方法：將Kinect傳感器定義的坐標(biāo)系作為原坐標(biāo)系，患者的軀干坐標(biāo)系為目的坐標(biāo)系，在目的坐標(biāo)系的建立中，以軀干平面為yoz,右肩到左肩的空間向量方向?yàn)閥軸的正方向，垂直于y軸向上的方向?yàn)閦軸的正方向垂直于yoz平面向前方向?yàn)閤軸的正方向；假設(shè)標(biāo)記左肩關(guān)節(jié)點(diǎn)為P_LShoulder、右肩關(guān)節(jié)點(diǎn)為P_RShoulder、左肘關(guān)節(jié)點(diǎn)為P_LElbow、右肘關(guān)節(jié)點(diǎn)為P_RElbow、左腕關(guān)節(jié)點(diǎn)為P_LWrist、右腕關(guān)節(jié)點(diǎn)為P_RWrist；利用Kinect傳感器獲取骨架的關(guān)節(jié)點(diǎn)的三維空間位置，并利用計(jì)算機(jī)計(jì)算出各個(gè)關(guān)節(jié)點(diǎn)的相對(duì)參考節(jié)點(diǎn)的角度信息；

步驟4)康復(fù)醫(yī)師根據(jù)患者的需求設(shè)計(jì)一套標(biāo)準(zhǔn)的動(dòng)作和姿勢(shì)，用于完成擦桌子、擦玻璃的虛擬康復(fù)環(huán)境任務(wù)，通過(guò)Kinect傳感器采集標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)節(jié)相對(duì)運(yùn)動(dòng)參考三維空間位置信息，由步驟3)計(jì)算生成一套康復(fù)訓(xùn)練的標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)動(dòng)角度數(shù)據(jù)模塊；

步驟5)患者完成擦桌子、擦玻璃虛擬康復(fù)任務(wù)，通過(guò)Kinect傳感器采集患者實(shí)際的關(guān)節(jié)相對(duì)運(yùn)動(dòng)參考三維空間位置信息，由步驟3)計(jì)算得出各個(gè)關(guān)節(jié)節(jié)點(diǎn)的角度信息建立患者的實(shí)際運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)模塊；

步驟6)通過(guò)計(jì)算機(jī)將數(shù)據(jù)庫(kù)中的標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)與實(shí)際運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配，根據(jù)患者實(shí)際運(yùn)動(dòng)質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估，給患者提供相應(yīng)的康復(fù)反饋。

2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟3)具體如下：

步驟3.1)以人體左臂為例，設(shè)置左肩關(guān)節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)為P_LShoulder＝(x₁,y₁,z₁)，左肘關(guān)節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)為P_LElbow＝(x₂,y₂,z₂)，左腕關(guān)節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)為P_LWrist＝(x₃,y₃,z₃)，以及設(shè)肩關(guān)節(jié)到肘關(guān)節(jié)(手臂)的長(zhǎng)度為D_se，肘關(guān)節(jié)到腕關(guān)節(jié)(前手臂)的長(zhǎng)度分D_ew,肩關(guān)節(jié)到腕關(guān)節(jié)的長(zhǎng)度為別計(jì)D_sw，即為：

Dse=(x2-x1)2+(y2-y1)2+(z2-z1)2]]>

Dew=(x3-x2)2+(y3-y2)2+(z3-z2)2]]>

Dsw=(x3-x1)2+(y3-y1)2+(z3-z1)2]]>

則計(jì)算出肩關(guān)節(jié)屈伸α，肩關(guān)節(jié)外展-內(nèi)收β，肩關(guān)節(jié)內(nèi)外旋θ，以及肘關(guān)節(jié)屈伸δ的相對(duì)參考的角度信息，公式如下：

α=arctanz2-z1x2-x1]]>

β=arctany2-y1x2-x1]]>

θ=-arctan(z3-z2)2(x3-x2)2]]> 1

δ=arccosDse2+Dew2-Dsw22DseDew]]>

步驟3.2)左肘關(guān)節(jié)點(diǎn)為P_LElbow以左肩關(guān)節(jié)點(diǎn)為P_LShoulder為相對(duì)參考節(jié)點(diǎn)的角度信息、左腕關(guān)節(jié)點(diǎn)P_LWrist以左肘關(guān)節(jié)點(diǎn)P_LElbow為相對(duì)參考節(jié)點(diǎn)的角度信息、右肘關(guān)節(jié)點(diǎn)為P_RElbow以右肩關(guān)節(jié)點(diǎn)為P_RShoulder為相對(duì)參考節(jié)點(diǎn)的角度信息、右腕關(guān)節(jié)點(diǎn)為P_RWrist以右肘關(guān)節(jié)點(diǎn)為P_RElbow為相對(duì)參考節(jié)點(diǎn)的角度信息依據(jù)步驟3.1)的計(jì)算方式得出。