CN104918543B - 用于评估对象的运动范围的系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于评估对象的运动范围的系统和方法。本发明的一方面提出了一种用于评估对象的运动范围的系统，所述系统包括：标记物，其被分别附接到所述对象的身体部分的至少两个关节；图像捕捉设备，其用于在所述对象正在以被附接有所述至少两个标记物的所述身体部分进行锻炼时捕捉所述标记物的图像；以及评估设备，其与所述图像捕捉设备进行通信，其中，所述评估设备包括：确定单元，其被配置为确定由所述对象进行的所述锻炼对于所述对象的所述身体部分的运动范围的评估是否有效；以及计算单元，其被配置为在所述锻炼有效的情况下根据与所述有效锻炼相关的所述图像来计算与所述对象的所述身体部分的运动范围相关的参数。因此，可以在评估运动范围的过程期间大大降低临床医生的工作负担，并且也可以改进对运动范围的评估的准确度。
Description
技术领域
本发明涉及运动评价的领域，并且具体涉及一种用于评估对象的运动范围的系统和方法。
背景技术
半边瘫痪(偏瘫)是脑卒中的最普通的症状之一。脑卒中后遗症患者可以通过康复锻炼来恢复对肢体的功能使用。可以进行临床量表评价以得到关于脑卒中后遗症患者的健康状态的信息，以便于确定针对脑卒中后遗症患者的适当的康复锻炼计划。
运动范围是临床量表评价中的最重要的一个。其是对在脑卒中后遗症患者的身体部分中存在多少移动的描述，并且可以通过测量从开始位置到移动的其他全部范围的末端的度数来评估。测量运动范围的可能的方式是借助于角度计。因此，临床医生在评估运动范围的过程期间是非常繁忙的：他需要一直口头校正患者的姿势、同时引导患者如何进行评估、在患者不能实现目标时阻止患者、并且使用角度计测量角度。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于评估对象的运动范围的经改进的系统和方法。
根据本发明的一方面，提供了一种用于评估对象的运动范围的系统，所述系统包括：
标记物，其被配置为被分别附接到所述对象的身体部分的至少两个关节；
图像捕捉设备，其用于在所述对象正在带着被附接到所述身体部分的所述至少两个标记物进行锻炼时捕捉所述标记物的图像，以及
评估设备，其被配置为与所述图像捕捉设备进行通信，其中，所述评估设备包括：确定单元，其被配置为确定由所述对象进行的所述锻炼对于所述对象的所述身体部分的运动范围的评估是否有效；以及计算单元，其被配置为在所述锻炼是有效的情况下根据与所述有效锻炼相关的所述图像来计算与所述对象的所述身体部分的运动范围相关的参数。
由于以上的系统能够自动评估对象的运动范围，因此可以在评估运动范围的过程期间大大降低临床医生的工作负担。而且，由于在该过程期间确定锻炼针对运动范围的有效性，因此也可以改进对运动范围的评估的准确度。
根据本发明的实施例，用于评估对象的运动范围的所述系统还包括用于接收信号的用户接口，所述评估设备根据所述信号来确定所述锻炼是否有效。
根据本发明的另一实施例，所述计算单元被配置为根据在所述身体部分处于所述最大移动位置时获得的所述标记物的坐标和/或在所述身体部分处于初始位置时获得的所述标记物的坐标来计算所述参数。
根据本发明的另一实施例，所述确定单元包括：
第一子单元，其用于基于在所述身体部分处于所述初始位置时获得的所述标记物的坐标来设定所述关节中的一个的标准移动轨迹，以及
第二子单元，其用于根据在所述身体部分处于所述最大移动位置时获得的被附接到所述关节中的所述一个的所述标记物的坐标与所述标准移动轨迹中的对应的坐标之间的距离偏移来确定所述锻炼是否有效。
根据本发明的另一实施例，所述确定单元包括用于根据以下的时间来确定所述锻炼是否有效的子单元：在所述时间期间所述身体部分保持处于所述最大移动位置。
根据本发明的另一实施例，所述确定单元包括用于根据进行所述锻炼的速度来确定所述锻炼是否有效的子单元。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于评估对象的运动范围的方法，其中，标记物被分别附接到所述对象的身体部分的至少两个关节，所述方法包括以下步骤：
a)当所述对象以被附接有所述至少两个标记物的所述身体部分进行锻炼时，通过图像捕捉设备来捕捉所述标记物的图像；
b)确定由所述对象进行的所述锻炼对于所述对象的所述身体部分的运动范围的评估是否有效；并且
c)在所述锻炼有效的情况下根据与所述有效锻炼相关的所述图像来计算与所述对象的所述身体部分的运动范围相关的参数。
参考结合附图做出的说明，本发明的其他目的和优势将变得更加明显并且容易理解。
附图说明
下文中将结合实施例并参考附图对本发明做出更详细的说明和解释，其中：
图1是根据本发明的实施例的用于评估对象的运动范围的系统的示意图；
图2a-图2e是示出了对肩外展锻炼、肩屈曲锻炼、肩内/外旋转锻炼和肘屈曲锻炼的最大移动角度的计算的图；并且
图3是根据本发明的实施例的用于评估对象的运动范围的方法的流程图。
附图中相同的附图标记指示类似或对应的特征和/或功能。
具体实施方式
在下文中将参考附图更详细地描述本发明的实施例。
图1是根据本发明的实施例的用于评估对象的运动范围的系统的示意图，在图示的实施例中系统包括被分别附接到对象的肩、肘和手腕的三个标记物110a、110b、110c，以及被定位在对象的前面的图像捕捉设备120。在其他实施例中，系统可以包括被附接到对象的身体部分的各自的关节的两个、四个或更多个标记物。图像捕捉设备120用于在对象正在带着被附接到身体部分的标记物进行锻炼时捕捉标记物的图像。
另外，系统还包括评估设备(未示出)，所述评估设备被配置为与图像捕捉设备120进行通信。评估设备包括：确定单元，其被配置为确定由对象进行的锻炼对于对象的身体部分的运动范围的评估是否有效；以及计算单元，其被配置为在锻炼有效的情况下根据与有效锻炼相关的图像来计算与对象的身体部分的运动范围相关的参数。例如，计算单元可以被配置为根据在身体部分处于最大移动位置时获得的标记物的坐标和/或在身体部分处于初始位置时获得的标记物的坐标来计算这些参数。
在一个说明性范例中，如以下表1中列出的，由对象进行的锻炼可以包括肩外展锻炼、肩屈曲锻炼、肩内/外旋转锻炼和肘屈曲锻炼。因此，对于运动范围相关的参数的计算可以是对这些锻炼的最大移动角度的计算。
表1：
图2a-图2e依次是示出了对肩外展锻炼、肩屈曲锻炼、肩内/外旋转锻炼和肘屈曲锻炼的最大移动角度的计算的图。在图2a-图2e中，x轴指示平行于对象的躯干的横轴的方向，y轴指示平行于对象的躯干的纵轴的方向，并且z轴指示垂直于对象的躯干被定位在其中的平面的方向。
如图2a所示，，可以根据在手臂处于最大移动位置时获得的标记物110a、110c在x轴和y轴上的坐标R1、R3来直接计算肩外展锻炼的最大移动角度Asa。更具体地，肩外展锻炼的最大移动角度Asa通过以下来确定：
Asa＝arccot((y3-y1)/(x3-x1))
另一方面，因为由图像捕捉设备120捕捉的图像是二维图像，所以不能确定标记物110a、110b、110c在z轴上的坐标。因此，如图2b所示，可以根据在手臂处于最大移动位置时获得的标记物110a、110c在y轴上的坐标y1、y3以及臂长L1来计算肩屈曲锻炼的最大移动角度Asf。另外，可以根据在手臂处于初始位置时获得的标记物110a、110c在x轴和y轴上的坐标来计算臂长L1。因此，肩屈曲锻炼的最大移动角度Asf通过以下来确定：
其中，x1i和x3i分别是在手臂处于初始位置时获得的标记物110a、110c在x轴上的坐标，并且y1i和y3i分别是在手臂处于初始位置时获得的标记物110a、110c在y轴上的坐标。
类似地，可以根据在手臂处于最大移动位置时获得的标记物110b、110c在x轴和y轴上的坐标R2、R3以及下臂长L2来计算肩内旋转的最大移动角度Asir、肩外旋转锻炼的最大移动角度Aser、以及肘屈曲锻炼的最大移动角度Aef。更具体地，这些锻炼的最大移动角度通过以下来确定：
其中，x2i和y2i是在手臂处于初始位置时获得的标记物110b在x轴和y轴上的坐标。
根据本发明的实施例，确定单元可以借助于第一子单元和第二子单元来确定由对象进行的锻炼对于对象的身体部分的运动范围的评估是否有效。具体而言，第一子单元被用于基于在身体部分处于初始位置时获得的标记物的坐标来设定关节中的一个的标准移动轨迹，第二子单元被用于根据在身体部分处于最大移动位置时获得的被附接到关节中的给一个的标记物的坐标与标准移动轨迹中对应的坐标之间的距离偏移来确定锻炼是否有效。例如，对于肩外展锻炼，第一子单元可以基于在手臂处于初始位置时获得的标记物110a、110c的坐标来设定手腕的标准移动轨迹(即半圆弧)，并且第二子单元确定，如果在手臂处于最大移动位置时获得的标记物110c的坐标与标准移动轨迹中的对应的坐标之间的距离偏移低于阈值T1(例如8cm)，则该锻炼有效，其中，对应的坐标相对于在手臂处于初始位置时获得的标记物110c的坐标的高度等于在手臂处于最大移动位置时获得的标记物110c的坐标相对于在手臂处于初始位置时获得的标记物110c的坐标的高度。
根据本发明的另一实施例，确定单元可以包括用于根据在其期间身体部分保持处于最大移动位置的时间来确定锻炼是否有效的子单元。例如，对于肩外展锻炼，该子单元可以确定，如果在其期间手臂保持处于最大移动位置的时间超过阈值T2(例如3s)，则肩外展锻炼有效。
此外，在本发明的另一实施例中，确定单元可以包括用于根据进行锻炼的速度来确定锻炼是否有效的子单元。例如，对于肩外展锻炼，该子单元可以确定，如果在手臂处于最大移动位置的时刻手腕的速度低于阈值T3(例如32cm/s)，则肩外展锻炼有效。备选地，该子单元可以确定，如果手腕的速度在对象进行该锻炼期间总是低于阈值T3，则肩外展锻炼有效。
根据本发明，用于评估对象的运动范围的系统可以包括用于接收信号的用户接口，评估设备根据所述信号来确定锻炼是否有效。例如，如果用户发现在对象进行锻炼期间对象的姿势不是异常的，则用户可以点击遥控器上的“设定(SET)”按钮。接着，用户接口接收从遥控器发射的信号，并且评估设备可以根据接收到的信号来确定由对象进行的锻炼是否有效。
图3是根据本发明的实施例的用于评估对象的运动范围的方法30的流程图。
如从图3可以看出，在步骤310中，当对象以身体部分进行锻炼时，由图像捕捉设备120来捕捉标记物的图像。标记物被分别附接到对象的身体部分的至少两个关节。
然后，在步骤320中，确定由对象进行的锻炼对于对象的身体部分的运动范围的评估是否有效。最后，在步骤330中，在锻炼有效的情况下根据与有效锻炼相关的图像来计算与对象的身体部分的运动范围相关的参数。
根据本发明的实施例，可以用以下方式来执行在步骤320中的对锻炼针对运动范围的有效性的确定。具体而言，基于在身体部分处于初始位置时获得的标记物的坐标来设定关节中的一个的标准移动轨迹。而且，根据在身体部分处于最大移动位置时获得的被附接到关节中的一个的标记物的坐标与标准移动轨迹中的对应的坐标之间的距离偏移来确定锻炼是否有效。
根据本发明的另一实施例，可以通过根据在其期间身体部分保持处于最大移动位置的时间确定锻炼是否有效或者通过根据进行锻炼的速度确定锻炼是否有效，来执行在步骤320中的对锻炼针对运动范围的有效性的确定。
另外，在一个实施例中，步骤320可以包括以下步骤：从用户接口接收指示锻炼是否有效的信号。在其他实施例中，步骤330可以包括以下步骤：根据在身体部分处于最大移动位置时获得的标记物的坐标和/或在身体部分处于初始位置时获得的标记物的坐标来计算与对象的身体部分的运动范围相关的参数。
应当指出，以上提到的实施例对本发明进行说明而非限制，并且本领域技术人员能够在不脱离权利要求书的范围的情况下设计出备选实施例。在权利要求中，位于括号中的任何附图标记都不得被解释为对权利要求的限制。词语“包括”不排除在权利要求中或在说明书中未列出的元件或步骤的存在。元件前面的词语“一”或“一个”不排除多个这样的元件的存在。对词语第一和第二等的使用不指示任何顺序。这些词语将被解释为名称。
Claims (6)
1.一种用于评估对象的运动范围的系统，包括：
-至少两个标记物，其被配置为被分别附接到所述对象的身体部分的至少两个关节；
-图像捕捉设备，其用于在所述对象正在带着被附接到所述身体部分的所述至少两个标记物进行锻炼时捕捉所述标记物的图像；以及
-评估设备，其被配置为与所述图像捕捉设备进行通信，其中，所述评估设备包括：确定单元，其被配置为确定由所述对象进行的所述锻炼对于所述对象的所述身体部分的运动范围的评估是否有效；以及计算单元，其被配置为在所述锻炼有效的情况下根据与有效的所述锻炼相关的所述图像来计算与所述对象的所述身体部分的运动范围相关的参数，
其中，所述确定单元被配置为如果如下则确定所述锻炼对于所述运动范围的评估有效：
距离偏移低于第一阈值，所述距离偏移是在附接到所述至少两个关节中的一个关节的标记物中的一个标记物的坐标和所述至少两个关节中的所述一个关节的标准移动轨迹中的对应坐标之间的偏移，所述一个标记物的坐标是当所述身体部分在最大移动位置处时获得的，所述标准移动轨迹是基于当所述身体部分处于初始位置处时获得的所述标记物的坐标来设定的。
2.根据权利要求1所述的系统，还包括用于接收信号的用户接口，所述评估设备根据所述信号来确定所述锻炼是否有效。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述计算单元被配置为根据在所述身体部分处于最大移动位置时获得的所述标记物的坐标和/或在所述身体部分处于初始位置时获得的所述标记物的坐标来计算所述参数。
4.一种评估对象的运动范围的方法，其中，至少两个标记物被分别附接到所述对象的身体部分的至少两个关节，所述方法包括以下步骤：
a)当所述对象以被附接有所述至少两个标记物的所述身体部分进行锻炼时，通过图像捕捉设备来捕捉所述标记物的图像；
b)确定由所述对象进行的所述锻炼对于所述对象的所述身体部分的运动范围的评估是否有效，其中，如果如下则确定所述锻炼对于所述运动范围的评估有效：
距离偏移低于第一阈值，所述距离偏移是在附接到所述至少两个关节中的一个关节的标记物中的一个标记物的坐标和所述至少两个关节中的所述一个关节的标准移动轨迹中的对应坐标之间的偏移，所述一个标记物的坐标是当所述身体部分在最大移动位置处时获得的，所述标准移动轨迹是基于当所述身体部分处于初始位置处时获得的所述标记物的坐标来设定的，并且
c)在所述锻炼有效的情况下根据与有效锻炼相关的所述图像来计算与所述对象的所述身体部分的运动范围相关的参数。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述确定的步骤包括以下步骤：从用户接口接收指示所述锻炼是否有效的信号。
6.根据权利要求4所述的方法，其中，所述计算的步骤包括以下步骤：根据在所述身体部分处于最大移动位置时获得的所述标记物的坐标和/或在所述身体部分处于初始位置时获得的所述标记物的坐标来计算所述参数。
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