[發(fā)明專利]一種手指關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練評估方法及系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010900450.1
• 申請日: 2020-08-31
• 公開（公告）號(hào): CN112089427B
• 公開（公告）日: 2023-06-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊瑞嘉;史志懷;袁路林;陳彬;苗盛巍
• 申請（專利權(quán)）人: 南京麥瀾德醫(yī)療科技有限公司;南京銳詩得醫(yī)療科技有限公司
• 主分類號(hào): A61B5/22
• 分類號(hào): A61B5/22;A61H1/02;A63B23/16;A63B23/14;A63B24/00
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 田凌濤

1.一種手指關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練評估方法的系統(tǒng)，其特征在于：基于各手指關(guān)節(jié)位置分別具有氣動(dòng)結(jié)構(gòu)的軟體手套，結(jié)合光學(xué)動(dòng)作捕捉模塊與人機(jī)交互模塊；其中，光學(xué)動(dòng)作捕捉模塊為雙目光學(xué)攝像頭，基于雙目光學(xué)攝像頭指向手掌中心位置，在以兩攝像頭之間中心位置為原點(diǎn)所構(gòu)建三維坐標(biāo)系下，使用特征點(diǎn)匹配算法和三角轉(zhuǎn)換算法獲的所述各手指上的掌骨末端坐標(biāo)、掌骨前端坐標(biāo)、近節(jié)指骨前端坐標(biāo)、中節(jié)指骨前端坐標(biāo)；

基于手佩戴軟體手套，光學(xué)動(dòng)作捕捉模塊在采集到的手部的圖像后，將RGB轉(zhuǎn)化為灰度圖像，接著對通過光流算法對兩個(gè)攝像頭進(jìn)行對準(zhǔn)，在對兩幅圖像進(jìn)行三角測量轉(zhuǎn)化，獲取手部在光學(xué)捕捉模塊下的Z軸的分布，對圖像中進(jìn)行特征匹配，獲取各個(gè)掌骨末端關(guān)節(jié)點(diǎn)A(Xa,Ya，Za)，獲取各個(gè)掌骨前端關(guān)節(jié)點(diǎn)B(Xb,Yb,Zb)，獲取各近節(jié)指骨前端關(guān)節(jié)點(diǎn)C(Xc,Yc,Zc)，獲取各中節(jié)指骨前端關(guān)節(jié)點(diǎn)D(Xd,Yd,Yz),獲取各遠(yuǎn)節(jié)指骨前端關(guān)節(jié)點(diǎn)E(Xe,Ye,Ze)，按如下分別計(jì)算向量AB，BC，CD；

AB＝(Xb-Xa，Yb-Ya，Zb-Za)

BC＝(Xb-Xc，Yb-Yc，Zb-Zc)

CD＝(Xc-Xd，Yc-Yd，Zc-Zd)

DE＝(Xd-Xe，Yd-Ye，Zd-Ze)

計(jì)算三維空間向量AB與BC，BC與CD，CD與DE之間的夾角，即獲得手各手指上掌骨與近節(jié)指骨之間的夾角、近節(jié)指骨與中節(jié)指骨之間的夾角、中節(jié)指骨與遠(yuǎn)節(jié)指骨之間的夾角，獲得手各手指的活動(dòng)范圍，進(jìn)而監(jiān)測獲得手各手指上掌骨與近節(jié)指骨之間最大夾角θ_Mmax1與最小夾角θ_Mmin1、近節(jié)指骨與中節(jié)指骨之間最大夾角θ_Pmax1與最小夾角θ_Pmin1，以及監(jiān)測獲得手最大握力F_1max、施加握力達(dá)到最大握力F_1max的所用時(shí)長t₁；還有監(jiān)測獲得兩根手指的最大捏力F₁'_max、以及施加捏力達(dá)到最大捏力F₁'_max的所用時(shí)長t₁'；

光學(xué)動(dòng)作捕捉模塊與人機(jī)交互模塊相連進(jìn)行通信，人機(jī)交互模塊對接軟體手套所連控制結(jié)構(gòu)中的氣壓控制模塊，人機(jī)交互模塊用于根據(jù)同一三維坐標(biāo)系下監(jiān)測所獲各手指上的掌骨末端坐標(biāo)、掌骨前端坐標(biāo)、近節(jié)指骨前端坐標(biāo)、中節(jié)指骨前端坐標(biāo)，應(yīng)用三維向量計(jì)算獲得各手指上相應(yīng)關(guān)節(jié)信息；

基于軟體手套、結(jié)合光學(xué)動(dòng)作捕捉模塊、以及人機(jī)交互模塊，用于執(zhí)行鏡像訓(xùn)練方法、主動(dòng)訓(xùn)練方法、助力訓(xùn)練方法、手指活動(dòng)范圍評估方法；其中，鏡像訓(xùn)練方法由各模塊執(zhí)行如下方法：

步驟A1.判斷是否接收到關(guān)于鏡像訓(xùn)練方法的停止指令，是則跳出循環(huán)，即完成鏡像訓(xùn)練方法；否則進(jìn)入步驟A2；

步驟A2.半癱病人控制其健側(cè)手執(zhí)行屈曲和伸展動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)健側(cè)手上各關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)關(guān)鍵點(diǎn)坐標(biāo)點(diǎn)計(jì)算，獲得健側(cè)手各手指上掌骨與近節(jié)指骨之間的夾角、近節(jié)指骨與中節(jié)指骨之間的夾角，并進(jìn)入步驟A3；

步驟A3.根據(jù)健側(cè)手各手指上掌骨與近節(jié)指骨之間的夾角、近節(jié)指骨與中節(jié)指骨之間的夾角，計(jì)算獲得健側(cè)手各手指的活動(dòng)范圍，并發(fā)送至軟體手套所連控制結(jié)構(gòu)中的氣壓控制模塊中，并進(jìn)入步驟A4；

步驟A4.氣壓控制模塊根據(jù)健側(cè)手各手指的活動(dòng)范圍，計(jì)算得出驅(qū)動(dòng)軟體手套所需要的氣壓值對應(yīng)電氣比例閥所需要的輸入電壓值，并進(jìn)入步驟A5；

步驟A5.氣壓控制模塊控制數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出對應(yīng)的模擬電壓值至軟體手套所連控制結(jié)構(gòu)中電氣比例閥，控制電氣比例閥的輸出氣壓值，軟體手套中各手指關(guān)節(jié)位置的氣動(dòng)結(jié)構(gòu)的壓力輸入口與電氣比例閥的輸出口相連，并進(jìn)入步驟A6；

步驟A6.軟體手套根據(jù)其各手指關(guān)節(jié)位置氣動(dòng)結(jié)構(gòu)的氣壓調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)自身形態(tài)的調(diào)節(jié)，帶動(dòng)患者患側(cè)手完成對應(yīng)屈曲或伸展運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而控制半癱病人患側(cè)手執(zhí)行與其健側(cè)手一致的屈曲和外展動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)對半癱病人患側(cè)手的康復(fù)訓(xùn)練，然后返回步驟A1。