[發(fā)明專利]一種輔助診斷腦性癱瘓的嬰幼兒膝爬運動姿態(tài)分析系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110496536.7
• 申請日: 2021-05-07
• 公開（公告）號: CN113197570B
• 公開（公告）日: 2022-10-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李嘉宇;付子杰;肖鴻浩;吳小鷹;侯文生;張麗
• 申請（專利權(quán)）人: 重慶大學
• 主分類號: A61B5/11
• 分類號: A61B5/11
• 代理公司: 北京同恒源知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11275
• 代理人: 趙榮之

1.一種輔助診斷腦性癱瘓的嬰幼兒膝爬運動姿態(tài)分析系統(tǒng)，其特征在于：該系統(tǒng)包括運動姿態(tài)子參數(shù)計算模塊、子參數(shù)分析模塊和用戶圖形界面模塊；運動姿態(tài)子參數(shù)計算模塊向子參數(shù)分析模塊傳送數(shù)據(jù)；子參數(shù)分析模塊和用戶圖形界面模塊交互數(shù)據(jù)；

(1)所述運動姿態(tài)子參數(shù)計算模塊從嬰兒爬行姿態(tài)原始數(shù)據(jù)中提取8種子參數(shù)：對側(cè)肢體運動協(xié)調(diào)性參數(shù)、同側(cè)肢體運動協(xié)調(diào)性參數(shù)、關(guān)節(jié)抬升保守性參數(shù)、關(guān)節(jié)屈伸保守性參數(shù)、運動穩(wěn)定性參數(shù)、整體運動流暢性參數(shù)、運動平滑性參數(shù)和運動平衡性參數(shù)；

所述對側(cè)肢體運動協(xié)調(diào)性參數(shù)ICoo為：

設(shè)n為一份運動數(shù)據(jù)中運動周期的計數(shù)值；

其中，k為周期總數(shù)；SP_n為第n個運動周期中單步運動中某側(cè)上肢運動的速度平方值大于3(m/s)²的時間長度；ID_n為第n個運動周期中的特征延遲時間，具體為擺動相開始時刻到對側(cè)下肢運動速度平方極大值時刻的時間長度；

同側(cè)肢體運動協(xié)調(diào)性參數(shù)CCoo為：

設(shè)n為一份運動數(shù)據(jù)中運動周期的計數(shù)值；

其中，k為周期數(shù)；SP_n為第n個運動周期中單步運動中某側(cè)上肢運動的速度平方值大于3(m/s)²的時間長度；CD_n為第n個運動周期中的特征延遲時間，具體為擺動相開始時刻到同側(cè)下肢運動速度平方極大值時刻的時間長度；

關(guān)節(jié)抬升保守性參數(shù)LCon定義為：

設(shè)A(X₁,Y₁,Z₁)，B(X₂,Y₂,Z₂)，C(X₃,Y₃,Z₃)分別為關(guān)節(jié)運動中腕關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)、肩關(guān)節(jié)的三維坐標點；則某一時刻肩肘腕關(guān)節(jié)面的法向量如下：

而有法向量夾角

在整個運動周期中的t-θ曲線呈倒山峰形狀，θ最大值即為關(guān)節(jié)抬升保守性參數(shù)；

設(shè)有θ_m為整個運動記錄中，各個時刻的關(guān)節(jié)面法向量夾角，m為總時刻數(shù)；

關(guān)節(jié)抬升保守性參數(shù)LCon定義式為：

LCon＝Max{θ₁,θ₂,...,θ_m}

關(guān)節(jié)屈伸保守性參數(shù)FCon定義為：

設(shè)A(X₁,Y₁,Z₁)，B(X₂,Y₂,Z₂)，C(X₃,Y₃,Z₃)分別為關(guān)節(jié)運動中腕關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)、肩關(guān)節(jié)的三維坐標點；設(shè)某一時刻肩肘腕關(guān)節(jié)面的夾角大小為θ；

有向量

關(guān)節(jié)屈伸角

關(guān)節(jié)屈伸保守性參數(shù)FCon定義式為：

其中，k為周期數(shù)；SP_n為第n個運動周期中單步運動中某側(cè)上肢運動的速度平方值大于3(m/s)²的時間長度；FD_n為第n個運動周期中，以擺動相開始時刻到關(guān)節(jié)屈伸角在周期中達到最小值時刻的延遲時間

運動流暢性參數(shù)Flu定義為：

設(shè)在第n個周期中，在嬰兒爬行腕關(guān)節(jié)運動速度平方值大于3(m/s)²的時間段里，運動速度平方值曲線的極大值點的個數(shù)為M_n，則運動流暢性參數(shù)為：

設(shè)n為一份運動數(shù)據(jù)中運動周期的計數(shù)值；

其中，k為運動記錄中總周期數(shù)；M_n為單個周期中運動速度平方值曲線的極大值點的個數(shù)；

運動穩(wěn)定性參數(shù)Sta定義為：

設(shè)運動過程中各時刻點腕、膝關(guān)節(jié)X坐標為X₁,X₂,...,X_m；則

Sta＝Var(X₁,X₂,...,X_m)

其中，Sta表示運動穩(wěn)定性參數(shù)，Var表示求方差函數(shù)；

運動平衡性參數(shù)Bal定義為：

設(shè)運動過程中各時刻點骶關(guān)節(jié)Z坐標為Z₁,Z₂,...,Z_m；則

Bal＝Var(Z₁,Z₂,...,Z_m)；

其中，Bal表示運動平衡性參數(shù)，Var表示求方差函數(shù)；

運動平滑性參數(shù)Smo定義為：

針對骶骨運動曲線，先進行擬合，將原曲線擬合為一條曲線，擬合規(guī)則為：

設(shè)F為原數(shù)據(jù)曲線，F(xiàn)(x)為自變量取x時原數(shù)據(jù)；

擬合曲線Mean為求平均值函數(shù)；

有波動值函數(shù)ε(x)＝F(x)-F'(x)；

最后，對波動值函數(shù)ε(x)求取方差，即為平滑性參數(shù)；

Smo＝Var(ε(X₁),ε(X₂),...,ε(X_n))

其中，Smo表示運動平滑性參數(shù)，Var表示求方差函數(shù)；

在子參數(shù)構(gòu)建完成后，針對一條有效數(shù)據(jù)，獲得共計8種22個子參數(shù)：

對側(cè)肢體運動協(xié)調(diào)性參數(shù)包括左上肢-右下肢、左下肢-右上肢；

同側(cè)肢體運動協(xié)調(diào)性參數(shù)包括左上肢-左下肢、右下肢-右上肢；

關(guān)節(jié)抬升保守性參數(shù)包括左上肢、左下肢、右下肢、右上肢；

關(guān)節(jié)屈伸保守性參數(shù)包括左上肢、左下肢、右下肢、右上肢；

運動流暢性參數(shù)包括左上肢、左下肢、右下肢、右上肢；

運動穩(wěn)定性參數(shù)包括左上肢、左下肢、右下肢、右上肢；

運動平衡性參數(shù)包括骶骨；

運動平滑性參數(shù)包括骶骨；

在以上22個子參數(shù)中，均滿足：數(shù)值越小，說明提供數(shù)據(jù)的嬰兒發(fā)育情況越接近正常嬰兒；數(shù)值越大，說明提供數(shù)據(jù)的嬰兒發(fā)育情況越接近腦癱嬰兒；

(2)所述子參數(shù)分析模塊：對于22個子參數(shù)，采用Z-score標準化方法與PCA主成分分析法處理子參數(shù)數(shù)據(jù)；

經(jīng)過對遍歷數(shù)據(jù)的分析與實驗，將系統(tǒng)定義的評估閾值定位；最終評估分數(shù)小于該評估閾值的嬰兒，將被軟件判定為正常兒；反之，如果評估分數(shù)大于該評估閾值，則將被判定為腦癱兒。