CN108567412A - 运动障碍评价装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种运动障碍评价装置即方法。该装置包括操作输入部、提示部、运动功能测定部、以及运动功能解析部，运动功能解析部具备数据处理部和存储部，数据处理部包括：特征量生成单元，其根据存储在存储部中的运动波形，生成多个代表手指开闭运动各个特征的特征量；变动参数生成单元，其针对不同的特征量分别生成短期变动、长期变动和年龄变动中至少一种变动的变动参数；运动数据计算单元，其根据特征量生成单元生成的特征量和变动参数生成单元生成的变动参数，来计算出各个修正后的特征量；以及运动障碍评价单元，其将修正后的各个特征量与存储部所存储的健康人员的各个特征量进行比较，并进行综合分析判断来生成运动障碍评价值。

Description

运动障碍评价装置及方法

技术领域

本发明涉及运动障碍评价装置及方法。

背景技术

随着社会老龄化的日益加剧，患有运动障碍的患者也与日俱增。严重情况下生活自理能力会下降明显，某些运动障碍疾病同时还伴有智能障碍和/或精神行为障碍。

一般情况下，运动障碍的诊断方法有医生观察患者的动作，结合重症度的评价表进行初诊。比方说，具有代表性的伴有运动障碍的帕金森病的诊断，就广泛采用UPDRS(Unified Parkinson Disease Rating Scale，统一帕金森病评定量表)作为重症度的评定量表。UPSRD量表从步行、手指开闭运动(拇指和食指重复进行开和闭的运动)等不同的动作对运动功能进行了评价。

但是，由于评定量表一般是由医生主观进行判断，医生的经验水平会对结果产生一定的影响，欠缺客观性。针对这一问题，有技术文献提出了一个通过测试和解析手指开闭运动，生成运动障碍重症度的客观指标的技术。(参考专利文献1、专利文献2)这些客观指标是通过手指开闭运动的波形(距离波形、速度波形、加速度等)抽取的特征量，并在非专利文献1中讨论了作为帕金森病的重症度的客观指标的有用性。

现有技术文献

【专利文献】

【专利文献1】日本专利申请公开号：JP2008/246126

【专利文献2】日本专利申请公开号：JP2011/045520

【非专利文献】

【非专利文献1】村田美穂等，《关于帕金森病患者的手指开闭运动装置的药效评价的讨论》，第二次新运动功能研究会，2007年11月16日，P22

发明内容

现有技术虽然能够客观的提供运动障碍的重症度指标，但是，针对初次使用的患者，可能由于患者操作的不熟练而导致误判。而且现有技术仅仅只对现状进行了测试，并未涉及运动功能的改善练习以及熟练度、疲劳度、症状轻重、年龄等对练习的改善效果的影响。

鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种运动障碍评价装置及方法，能够通过提供手指开闭运动练习功能实现运动功能的改善，并能够通过排除短期变动、长期变动、年龄变动等各种因素的影响，正确客观地评价练习的改善效果。

在此，短期变动是指在一天之内反复练习或测试时的熟练度、疲劳等导致的变动，例如在练习或测试中，随着运动次数的增加，由于熟练度提高，改善效果逐渐提升，但经过一段时间后，由于疲劳，改善效果反而下降；长期变动是指健康的正常人长期练习的变动，在长期持续进行练习的情况下，由于熟练度的提高，改善效果具有一定程度的提升，经过一段期间后改善效果变得稳定；年龄变动是指在进行相同的练习的情况下，由于年龄不同而改善效果不同的变动，在相同的练习次数下，年龄越大，改善效果越小。

本发明所涉及的运动障碍评价装置包括：操作输入部，其用于输入被测者的指令；提示部，其根据由所述操作输入部输入的指令，对被测者的手指开闭运动进行提示；运动功能测定部，其取得被测者的手指开闭运动的运动波形；以及运动功能解析部，其对运动波形进行解析，所述运动功能解析部具备数据处理部和存储部，其中，所述数据处理部包括：特征量生成单元，其从所述运动波形，提取多个代表手指开闭运动各个特征的特征量；变动参数生成单元，其针对不同的所述特征量分别生成短期变动、长期变动和年龄变动中至少一种变动的变动参数；运动数据计算单元，其根据所述特征量生成单元生成的所述特征量和所述变动参数生成单元生成的所述变动参数，来计算出各个修正后的所述特征量；以及运动障碍评价单元，其将各个修正后的所述特征量与所述存储部所存储的健康人员的各个所述特征量进行比较，并进行综合分析判断来生成运动障碍评价值。

本发明所涉及的运动障碍评价方法包括以下步骤：操作输入步骤，输入被测者的指令；提示步骤，根据输入的被测者的指令，对被测者的手指开闭运动进行提示；运动功能测定步骤，取得被测者的手指开闭运动的运动波形；以及运动功能解析步骤，其对运动波形进行解析，所述运动功能解析步骤具备数据处理步骤，所述数据处理步骤包括：特征量生成步骤，从所述运动波形，提取多个代表手指开闭运动各个特征的特征量；变动参数生成步骤，针对不同的所述特征量分别生成短期变动、长期变动和年龄变动中至少一种变动的变动参数；运动数据计算步骤，根据所述特征量生成单元生成的所述特征量和所述变动参数生成单元生成的所述变动参数，来计算出各个修正后的所述特征量；以及运动障碍评价步骤，将各个修正后的所述特征量与存储部所存储的健康人员的各个所述特征量进行比较，并进行综合分析判断来生成运动障碍评价值。

根据本发明，能够通过提供手指开闭运动练习功能实现运动功能的改善，并能够通过排除短期变动、长期变动、年龄变动等各种因素的影响，正确客观地评价练习的改善效果。

附图说明

图1为表示本发明一实施方式所涉及的运动障碍评价装置的系统构成图。

图2为表示本发明一实施方式所涉及的运动障碍评价装置进行测试时的手指运动方式的说明图。

图3为本发明一实施方式所涉及的运动障碍评价装置的处理流程图。

图4为表示本发明一实施方式所涉及的运动障碍评价装置练习功能的界面的举例图。

图5为表示本发明一实施方式所涉及的运动障碍评价装置的条件设置界面的举例图。

图6为表示短期疲劳度计算的示意图。

图7为表示计算年龄变动的变动参数的示意图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。

本发明可广泛应用于各类伴有运动障碍的疾病，如帕金森病、中风、颈椎病、痴呆症、精神类疾病等，同时适用于各种运动障碍(包括且不限于步行、手或手指的运动、脚趾运动、吞咽时喉咙的运动、发音时嘴巴的运动等)。本具体实例方式以手指开闭运动为例进行说明。

<运动功能评价装置的构成>

如图1所示，本发明所涉及的运动功能评价装置10包括：用来测试被测者手指开闭运动的运动功能测定部110、对前述运动功能测定部110取得的数据进行储存和解析的运动功能解析部120、用于被测者输入指令的操作输入部130、以及用于提示被测者进行手指开闭运动以及显示运动功能解析部120的解析结果等的提示部140。

其中，被测者是指运动功能评价装置10的测试对象，具体来说，是指希望通过本发明的运动功能评价装置提供的练习功能，改善自己的运动状况，并明确自身的改善程度的人员。

操作输入部130用于被测者输入指令，能够通过键盘、鼠标或触摸屏等实现。

提示部140用于提示被测者进行手指开闭运动以及显示运动功能解析部120的解析结果等，可以通过显示屏和扬声器等来实现。提示部140可以通过视觉提示、声音提示、动画提示以及波形提示等形式向被测者提供手指运动的提示。

<运动功能测定部>

运动功能测定部110为测试被测者的手指开闭运动的装置。本实施方式中，如图2所示，手指开闭运动指的是拇指和食指尽可能快速的不断进行张开和闭合的动作，并且在张开的时候，拇指和食指间距为3-4cm左右的运动。

运动功能测定部110按照时间序列测试出被测者的手指开闭运动波形(以下简称“运动波形”)，可以将运动信息中距离、速度、加速度、跃度(加速度的变化率)中的任意一项作为波形数据取得。

运动功能测定部110由运动传感器1110、传感器接口1120和传感控制器1130构成。

运动传感器110由发信装置和接收装置构成(未图示)。发信装置和接收装置通过胶带或特制的套子分别固定在食指和拇指上。但是，固定的手指没有限定，也可以是中指、无名指、小指等其他任意手指，2个装置佩戴手指也可以互换。

传感器接口1120包含AD转换，可将通过运动功能测定装置110取得的运动波形的模拟信号转换成数字信号，并将前述数字信号导入运动功能解析部120。

<运动功能解析部>

运动功能解析部120对由运动功能测定部110测得的运动波形进行存储和解析。运动功能解析部120由控制单元1210、数据处理部1220、信号控制部1230、输出部1240以及存储部1250构成。

控制单元1210由CPU、ROM、RAM等构成。对传输运动功能测定部110导入的运动数据的波形信号进行传输、运算，并存储至存储部1250。

数据处理部1220对数据进行解析，计算被测者手指运动的运动波形，生成能够客观表示运动障碍重症度的各项指标，详细构成将在后文叙述。

信号控制部1230向运动功能测定部110发送测试开始的命令。

输出部1240将数据处理部1220的解析结果输出值提示部140，也可以输出至打印机等设备。

数据处理部1220、信号控制部1230及输出部1240会将存储1250中存储的程序或数据调至控制单元1210，进行演算处理。

数据处理部1220由运动波形生成单元1221、特征量生成单元1222、被测者信息处理单元1223、变动参数生成单元1224、运动数据计算单元1225和运动障碍评价单元1226构成。

运动波形生成单元1221根据由运动功能测定部110导入的运动波形的数字信号，通过微积分的方法，生成距离波形、速度波形和加速度波形等。由于各种波形可以通过时间微分或积分的方法计算得出，所以本发明中“运动波形”并不特指某一种波形，而是泛指距离波形、速度波形、加速度波形及跃度波形中的一种或多种。

特征量生成单元1222从由运动波形生成单元1221生成的运动波形中提取各种特征量。在本发明中，对于每次手指运动的运动波形，特征量生成单元1222都可以计算出距离、速度、加速度等类别的特征量。另外，每个类别又包含有不同项目，如距离可包含手指的总移动距离、移动距离极大值、移动距离极大值的平均值、标准偏差等。

被测者信息处理单元1223通过调用及更新存储部1250中存储的记录有被测者信息、测定数据、解析结果的被测者数据库，对被测者信息进行管理。被测者数据库中储存的信息有被测者ID、姓名、性别、出生年月日、身高、体重、患病情况、每次测试的数据、练习数据等。

变动参数生成单元1224根据存储部1250中储存的被测者数据库信息，针对由特征量生成单元1222生成的每一个特征量，计算出被测者的短期变动、长期变动以及年龄变动的变动参数。

运动数据计算单元1225根据特征量生成单元1222生成的特征量和变动参数生成单元1224生成的变动参数，计算出修正后的特征量。

运动障碍评价单元1226将前述修正后的特征量带入表示运动障碍综合值和运动障碍重症度值的近似函数，计算出运动障碍评价值。

根据具有这样构成的运动功能评价装置，能够以视觉提示、声音提示、动画提示以及波形提示向被测者提供练习和测试功能，并能够通过排除短期变动、长期变动、年龄变动等各种因素的影响，正确客观地评价练习的改善效果。

<运动功能评价装置的处理流程>

图3为本发明一实施方式所涉及的运动障碍评价装置的处理流程图。

如图3所示，在开始运行运动功能评价装置时，首先需要登录被测者信息(步骤S1)，通过操作输入部130录入包括被测者ID、姓名、出生年月日、性别、惯用手等信息。之后通过操作输入部130选择是否做测试练习(步骤S2)。若选择不做练习(步骤S2中为“否”)，则进入后述的测试。若选择做练习(步骤S2中为“是”)，则进入如图4所示的练习功能的界面。点击界面中的条件设定按钮，则进入如图5所示的条件设置界面，可以设置练习内容(步骤S3)。如图5所示，用户可以选择测试方法、设置提示种类和提示周期，并可以设置练习时间。测试方法可以设为左手的单手开闭运动、右手的单手开闭运动、两手同时进行开闭运动以及两手交互运动。所谓的两手交互运动是指左手两指张开时右手两指闭合，左手闭合时右手张开的运动。动画提示是指界根据所选的测试方法，画面中出现单手或两手开闭运动动画，被测者一边观看动画，一边同步进行手指运动。视觉提示是指每一个运动周期在画面中出现一个视觉的提示，例如使灯泡亮一下或者出现一个小图片。声音提示是指每一个运动周期出现一个提示音，波形提示是指在测试波形显示区域内，用虚线显示一定周期的正规化波形，让被测者根据波形进行手指运动。为了防止相互干扰，统一设定各提示方式的周期。并且，在测试时可以随时打开或关闭其中任意的提示。用户也可以自行设定练习时间长短。所有设定完毕后，返回练习和测试功能界面，点击开始按钮，即可进行测试练习(步骤S4)。在开始测试练习后，运动功能测定部110开始测试被测者的手指运动的波形数据，并将该波形数据转换为数字信号导入运动功能解析部120。提示部140以被测者选择的提示方式进行提示，并在练习和测试功能界面中实时显示被测者实际的运动波形。另外，界面下方的开始按钮自动切换为中断按钮，可随时停止练习。

练习结束后，存储部1250存储练习结果(步骤S5)。被测者能够选择是否需要结束练习(步骤S6)。若被测者选择结束练习(步骤S6中为“是”)，则还能够选择是否开始测试(步骤S7)。若被测者选择不开始测试(步骤S7中为“否”)，则结束运动障碍评价装置的运行。

若被测者选择开始测试(步骤S7中为“是”)，则进入测试功能界面，点击开始按钮进行测试(步骤S8)。测试的条件设置和波形数据的传输方式，与练习过程相同。在测试结束后，由数据处理部1220的各单元对运动波形进行解析(步骤S9)，并由输出部1240将解析结果输出提示部140或打印机等设备(步骤S10)。具体的解析过程如下所述。

在测试结束后，根据被导入波形数据的数字信号，运动波形生成单元1221生成运动波形，并由特征量生成单元1222从由运动波形生成单元1221生成的运动波形中提取各种特征量。接着，如图3的右侧所示，由被测者信息处理单元1223判断本次测试是否为第一次测试(步骤S91)。若本次测试为第一次测试(步骤S91中为“是”)，则由变动参数生成单元1224针对各个特征量生成年龄变动的变动参数，并由运动数据计算单元1225根据特征量和年龄变动参数，计算出修正后的特征量，即计算年龄影响(步骤S95)。之后由运动障碍评价单元1226计算出运动障碍评价值，即计算最终结果(步骤S96)。

若本次测试不是第一次测试(步骤S91中为“否”)，则继续由被测者信息处理单元1223判断本次测试是否为当日第一次测试(步骤S92)。若本次测试为当日第一次测试(步骤S92中为“是”)，则由变动参数生成单元1224针对各个特征量生成长期变动的变动参数以及年龄变动的变动参数，并由运动数据计算单元1225根据特征量、长期变动的变动参数以及年龄变动的变动参数，计算出修正后的特征量，即计算长期变动影响(步骤S94)和计算年龄影响(步骤S95)。之后由运动障碍评价单元1226计算出运动障碍评价值，即计算最终结果(步骤S96)。

若本次测试不是当日第一次测试(步骤S92中为“否”)，则由变动参数生成单元1224针对各个特征量生成短期变动的变动参数、长期变动的变动参数以及年龄变动的变动参数，并由运动数据计算单元1225根据特征量、短期变动的变动参数、长期变动的变动参数以及年龄变动的变动参数，计算出修正后的特征量，即计算短期变动影响(步骤S93)、计算长期变动影响(步骤S94)和计算年龄影响(步骤S95)。之后由运动障碍评价单元1226计算出运动障碍评价值，即计算最终结果(步骤S96)。

另外，在上述实施方式中，说明了对测试结束后获得的运动波形进行解析，但是也可以对练习结束后获得的运动波形进行相同的解析。

在本发明的一实施方式中，变动参数生成单元1224根据所述被测者在一天之内进行多次练习或测试时的运动波形，生成短期变动的变动参数。具体来说，在本实施方式中，短期变动主要考虑疲劳对测试结果的影响，因此首先根据以下公式计算被测者在某次测试或练习时的疲劳度a：

其中，n为练习或测试中手指开闭的次数，Max[i]为练习或测试中第i次张开时的移动距离的极大值，MaxAve为到n次练习或测试为止移动距离极大值的平均值。

即，如图6所示，通过最小2乘法取得移动距离极大值点的近似直线的倾斜度a，即为疲劳度a。

对比之前本人的测试数据库和/或存储部1250所存储的健康人员数据库，当疲劳度a大于所定值时，在界面上提示被测者已处于疲劳状态，需要休息。并且，按照下面的公式生成短期变动的变动参数f。

其中，a为本次练习或测试的疲劳度，a_ave为到本次测试为止所述疲劳度的平均值，a_sd为到本次练习或测试为止所述疲劳度的标准偏差。

变动参数生成单元1224可以根据存储部1250所存储的健康人员的练习数据，生成长期变动的变动参数，也可以从存储部1250读取预先存储的对应于本次测试的长期变动的变动参数。

变动参数生成单元1224可以根据被测者的年龄数据以及从存储部1250取得健康人群各年龄段的运动波形数据，生成所述年龄变动的变动参数。具体来说，变动参数生成单元1224根据健康人群各年龄段的运动波形数据，生成如图7所示的不同年龄层改善效果的近似曲线，将与被测者的年龄相对应的曲线乘以一个参数，使与被测者的年龄相对应的曲线无限接近标准年龄的曲线(在图7中，标准年龄例如为60岁)，所乘以的参数即为年龄变动的变动参数。或者，变动参数生成单元1224根据健康人群各年龄段的运动波形数据以及被测者的年龄数据，使用logistic回归分析等方法生成所述年龄变动的变动参数。

在本发明的一实施方式中，运动数据计算单元1225可以通过由特征量生成单元1222生成的特征量乘以由变动参数生成单元1224针对该特征量而生成的短期变动的变动参数、长期变动的变动参数以及年龄变动的变动参数中的至少一个变动参数，来生成修正后的特征量。

以上对本发明的实施方式进行了说明，但实施方式仅作为举例说明，并不具有限定发明范围的意图。这些实施方式能够通过其他各种形态实施，在不超出发明主旨的范围内进行各种各样的省略、置换、变更、组合。这些实施方式和其变形包含在发明范围和主旨中的同时，也包含在权利要求书中记载的发明以及与其均等的范围内。

Claims (10)

1.一种运动障碍评价装置，其特征在于，包括：

操作输入部，其用于输入被测者的指令；

提示部，其根据由所述操作输入部输入的指令，对被测者的手指开闭运动进行提示；

运动功能测定部，其取得被测者的手指开闭运动的运动波形；以及

运动功能解析部，其对运动波形进行解析，

所述运动功能解析部具备数据处理部和存储部，

其中，所述数据处理部包括：

特征量生成单元，其从所述运动波形，提取多个代表手指开闭运动各个特征的特征量；

变动参数生成单元，其针对不同的所述特征量分别生成短期变动、长期变动和年龄变动中至少一种变动的变动参数；

运动数据计算单元，其根据所述特征量生成单元生成的所述特征量和所述变动参数生成单元生成的所述变动参数，来计算出各个修正后的所述特征量；以及

运动障碍评价单元，其将各个修正后的所述特征量与所述存储部所存储的健康人员的各个所述特征量进行比较，并进行综合分析判断来生成运动障碍评价值。

2.如权利要求1所述的运动障碍评价装置，其特征在于，

所述变动参数生成单元根据所述被测者在一天之内进行多次练习或测试时的运动波形，生成所述短期变动的变动参数。

3.如权利要求2所述的运动障碍评价装置，其特征在于，

所述短期变动的变动参数f通过下式计算获得：

其中，a为某次练习或测试的疲劳度，n为本次练习或测试中手指开闭的次数，Max[i]为本次练习或测试中第i次张开时的移动距离的极大值，MaxAve为到n次手指开闭为止移动距离极大值的平均值，a_ave为到本次练习或测试为止所述疲劳度的平均值，a_sd为到本次练习或测试为止所述疲劳度的标准偏差。

4.如权利要求1所述的运动障碍评价装置，其特征在于，

所述变动参数生成单元根据健康人群各年龄段的运动波形数据，生成不同年龄层改善效果的近似曲线，并将与被测者的年龄相对应的曲线乘以一个参数，使与被测者的年龄相对应的曲线成为标准年龄的曲线，所乘以的参数即为所述年龄变动的变动参数；

或者，所述变动参数生成单元根据健康人群各年龄段的运动波形数据以及被测者的年龄数据，使用logistic回归分析生成所述年龄变动的变动参数。

5.如权利要求1-4中任一项所述的运动障碍评价装置，其特征在于，

所述运动数据计算单元通过所述特征量乘以由变动参数生成单元针对该特征量而生成的所述短期变动的变动参数、所述长期变动的变动参数以及所述年龄变动的变动参数中的至少一个变动参数，来计算出修正后的所述特征量。

6.一种运动障碍评价方法，其特征在于，包括以下步骤：

操作输入步骤，输入被测者的指令；

提示步骤，根据输入的被测者的指令，对被测者的手指开闭运动进行提示；

运动功能测定步骤，取得被测者的手指开闭运动的运动波形；以及

运动功能解析步骤，其对运动波形进行解析，

所述运动功能解析步骤具备数据处理步骤，

所述数据处理步骤包括：

特征量生成步骤，从所述运动波形，提取多个代表手指开闭运动各个特征的特征量；

变动参数生成步骤，针对不同的所述特征量分别生成短期变动、长期变动和年龄变动中至少一种变动的变动参数；

运动数据计算步骤，根据所述特征量生成单元生成的所述特征量和所述变动参数生成单元生成的所述变动参数，来计算出各个修正后的所述特征量；以及

运动障碍评价步骤，将各个修正后的所述特征量与存储部所存储的健康人员的各个所述特征量进行比较，并进行综合分析判断来生成运动障碍评价值。

7.如权利要求6所述的运动障碍评价方法，其特征在于，

在所述变动参数生成步骤中，根据所述被测者在一天之内进行多次练习或测试时的运动波形，生成所述短期变动的变动参数。

8.如权利要求7所述的运动障碍评价方法，其特征在于，

所述短期变动的变动参数f通过下式计算获得：

其中，a为某次练习或测试的疲劳度，n为本次练习或测试中手指开闭的次数，Max[i]为本次练习或测试中第i次张开时的移动距离的极大值，MaxAve为到n次手指开闭为止移动距离极大值的平均值，a_ave为到本次练习或测试为止所述疲劳度的平均值，a_sd为到本次练习或测试为止所述疲劳度的标准偏差。

9.如权利要求6所述的运动障碍评价方法，其特征在于，

在所述变动参数生成步骤中，通过以下步骤计算所述年龄变动的变动参数：根据健康人群各年龄段的运动波形数据，生成不同年龄层改善效果的近似曲线，并将与被测者的年龄相对应的曲线乘以一个参数，使与被测者的年龄相对应的曲线成为标准年龄的曲线，所乘以的参数即为所述年龄变动的变动参数；

或者，在所述变动参数生成步骤中，根据健康人群各年龄段的运动波形数据以及被测者的年龄数据，使用logistic回归分析生成所述年龄变动的变动参数。

10.如权利要求6-9中任一项所述的运动障碍评价方法，其特征在于，

在所述运动数据计算步骤中，通过所述特征量乘以在变动参数生成步骤中针对该特征量而生成的所述短期变动的变动参数、所述长期变动的变动参数以及所述年龄变动的变动参数中的至少一个变动参数，来计算出修正后的所述特征量。