CN113397528A - 一种踝泵运动评估方法、设备和系统 - Google Patents

Abstract

本发明适用于康复治疗技术领域，提供了一种踝泵运动的评估方法，该方法包括：通过一个置于对象脚踝下方的振动传感器获得对象的踝泵运动信息；对所述踝泵运动信息进行特征提取生成踝泵运动特征信息；基于所述踝泵运动特征信息生成踝泵运动评估结果。本发明还对应提供了一种踝泵运动的评估设备和系统。

Description

一种踝泵运动评估方法、设备和系统

技术领域

本发明属于康复治疗技术领域，尤其涉及一种踝泵运动评估方法、设备和系统。

背景技术

深静脉血栓形成(Deep Venous Thrombosis，DVT)是指血液非正常地在深静脉内凝结，属于下肢静脉回流障碍性疾病，常见于外科手术后，会影响患者的术后康复。踝泵运动(也即脚踝屈伸运动)可以有效促进下肢的血液循环和淋巴循流，对防止出现下肢深静脉血栓形成有重要意义，还可以增强肌力，避免肌肉萎缩。目前针对踝泵运动进行监测和评估的设备，需要穿戴在患者脚上甚至是小腿上，患者有被束缚的感觉，用户体验较差，因此需要一种用户体验更好、更方便的评估踝泵运动的方法和设备。

发明内容

本发明的目的在于提供一种踝泵运动评估方法、计算机可读存储介质、设备和系统，旨在解决踝泵运动的监测和评估中患者需要束缚导致体验感较差的问题。

第一方面，本发明提供了一种踝泵运动评估方法，所述方法包括：

通过一个置于对象脚踝下方的振动传感器获得对象的踝泵运动信息；

对所述踝泵运动信息进行特征提取生成踝泵运动特征信息；和

基于所述踝泵运动特征信息生成踝泵运动评估结果。

第二方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如所述的踝泵运动评估方法的步骤。

第三方面，本发明提供了一种踝泵运动评估设备，包括：

一个或多个处理器；

存储器；以及

一个或多个计算机程序，所述处理器和所述存储器通过总线连接，其中所述一个或多个计算机程序被存储在所述存储器中，并且被配置成由所述一个或多个处理器执行，所述处理器执行所述计算机程序时实现如所述的踝泵运动评估方法的步骤。

第四方面，本发明提供了一种踝泵运动评估系统，包括：

一个或多个振动传感器；和

如所述的踝泵运动评估设备。

由于本发明是通过置于对象脚踝下方的振动传感器，监测对象的踝泵运动，无需束缚对象的下肢及双脚，而且对象无需额外配合操作，被动式测量，可以方便地用于对象的踝泵运动的评估，进而评估对象的下肢康复运动。

附图说明

图1是本发明实施例一提供的踝泵运动评估方法的流程图；

图2是本发明实施例一不同测试对象的踝泵运动信息的波形示意图；

图3是依据本发明实施例三提供的踝泵运动评估设备的结构框图；

图4是依据本发明实施例四提供的踝泵运动评估系统的结构框图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

实施例一：

请参阅图1，本发明实施例一提供的踝泵运动评估方法100包括以下步骤：需注意的是，若有实质上相同的结果，本发明的踝泵运动评估方法并不以图1所示的流程顺序为限。

S101、通过一个置于对象脚踝下方的振动传感器获得所述对象的踝泵运动信息。

在本发明实施例一中，振动传感器可以是加速度传感器、速度传感器、位移传感器、压力传感器、光纤传感器、或者是以加速度、速度、压力、或位移为基础将物理量等效性转换的传感器(例如静电荷敏感传感器、充气式微动传感器、雷达传感器等)中的一种或多种。其中应变传感器可以是光纤传感器。

在本发明实施例一中，对象可以采用仰卧姿势、或者是半卧姿势进行踝泵运动。以对象呈仰卧姿势为例，振动传感器可以被配置为置于床上且在对象的脚踝下方。振动传感器还可以与对象非直接接触，例如，振动传感器可以被置于床垫下方，对应于对象的脚踝，其中振动传感器的感应区域覆盖对象呈仰卧姿势时的脚踝与床面的接触区域，同时沿人体身高方向不能超过对象的小腿与床面的接触区域。此处的感应区域是指振动传感器实际用来感应振动的区域(例如，光纤传感器的感应区域是指光纤传感器中光纤分布的区域)。例如，振动传感器是光纤传感器时，为了方便在医院使用，其宽度可以是与医疗床宽度相等，例如80cm-90cm之间，其长度可以是10cm-15cm，以适合不同对象使用。光纤传感器可以固定地放置于床垫下方，在对应的床面区域上做标记(例如通过颜色标记、线条标记)，标记为踝泵运动检测区域，以使对象可以无需另外操作，直接将脚踝置于此区域内，并保持踝泵运动过程中脚踝一直不超出此区域，即可进行踝泵运动的评估。

标准的踝泵运动包括两个动作，其一是脚背前伸至踝部弯曲角度约为180度左右，并维持5秒以上，其二是脚背后屈至弯曲角度约60度左右，并维持5秒以上的持续时间。

如图2所示，是不同测试对象的踝泵运动信息的波形示意图。获取图2所示的踝泵运动信息采用的振动传感器是光纤传感器。其中，横轴表示时间，纵轴表示归一化处理后的振动信息，无量纲。曲线21是对象A的踝泵运动信息，曲线22是对象B的踝泵运动信息，曲线23是对象C的踝泵运动信息。图2仅是示意图，对象A、对象B和对象C的信息是各自独立获取的，为了方便比较置于同一时间轴显示。

S102、对踝泵运动信息进行特征提取生成踝泵运动特征信息。

不同类型的振动传感器获得的振动信息包含的信息量不同，有的振动传感器包含的信息量比较丰富，因此需要对其进行预处理来捕获相关信号。例如，振动传感器采用光纤传感器时获得的踝泵运动信息中还包含被测对象的呼吸信号、体动信号、血流动力学信号、传感器固有的一些噪声等信号。

在本发明实施例一中，S102具体可以包括：

S1021、对踝泵运动信息进行预处理，预处理包括滤波、去噪、信号缩放中的至少一种，具体可以为：根据对滤波后信号特征的需求采用IIR滤波器、FIR滤波器、小波滤波器、零相位双向滤波器、多项式拟合平滑滤波器、积分变换、微分变换中的一种或多种组合，对踝泵运动信息进行滤波去噪。预处理还可以包括：判断踝泵运动信息是否携带工频干扰信号，如果有，则通过工频陷波器滤除工频噪声。此外预处理还可以包括对一些高频噪声(例如45Hz以上)进行去噪处理。

S1022、按照预设的时间窗遍历预处理后的踝泵运动信息，在每个时间窗口进行平均处理生成各个时间窗口的幅度均值、幅度差值、幅度中值。预设的时间窗时长可以是20ms、30ms、或者是其他合适的值。预设时间窗口时长还可以是根据对象不同设置不同的值，例如按照对象年龄组不同而划分，再如按照对象康复计划不同而划分。如图2所示，对象A、对象B和对象C的踝泵运动就有所不同。另外，时间窗时长还可以根据踝泵运动评估结果与专业人员对同一对象的踝泵运动评估结果的差距进行动态调整。每个时间窗口的幅度差值是指该时间窗口内的幅度最大值和幅度最小值的差值的绝对值。踝泵运动特征信息包括踝泵运动信息中的各时间窗的幅度均值、幅度差值、幅度中值中的一个或多个。在本发明的另一些实施例中，还可以对预处理后的踝泵运动信息进行一些频域处理，生成频域特征，踝泵运动特征信息可以包括频域特征。

S103、基于踝泵运动特征信息生成踝泵运动评估结果。

在本发明实施例一中，S103具体可以包括：

S1031、基于踝泵运动特征信息确定踝泵运动的总次数、单个踝泵运动的持续时间、连续两次踝泵运动的间隔时间、单个踝泵运动的强度、和单个踝泵运动的具体类别。

确定踝泵运动的总次数。对象的踝泵运动信息是按照时间窗遍历的，将踝泵运动信息按时间顺序依次记为第一时间窗信息、第二时间窗信息、…第n时间窗信息，以第k时间窗信息为例，将第k时间窗信息的幅度均值与前一个时间窗信息的幅度均值相比较，若第k时间窗信息的幅度均值与前一个时间窗信息的幅度均值的差超过预设阈值，判断第k时间窗信息中存在一个踝泵运动动作。反之，若第k时间窗信息的幅度均值与前一个时间窗信息的幅度均值的差不超过预设阈值，判断第k时间窗信息中不存在一个踝泵运动动作。应当理解的是，利用各时间窗的幅度均值来判断踝泵运动动作是否存在仅仅是本申请较佳的实施例而已，并不用以限制本发明，本领域普通技术人员容易想到可以用各时间窗的幅度中值、幅度差值、幅度斜率或其他类似用于描述幅度变化的指标替代上述的幅度均值，实现踝泵运动动作是否存在的判断。

确定单个踝泵运动的持续时间。当步骤S1031判断第k时间窗信息中存在一个踝泵运动动作时，如果第k+1时间窗的幅度均值大于第k时间窗的幅度均值，则第k时间窗内发生的踝泵运动持续时间是第k时间窗的时长与第k+1时间窗的时长之和。如果第k+1时间窗的幅度均值小于第k时间窗的幅度均值，说明第k+1时间窗存在新的踝泵运动动作，相应的时长不计入上一个踝泵运动的持续时间，而是计入新的踝泵运动动作的持续时间。

确定连续两次踝泵运动的间隔时间。参考以上描述，当确定第k时间窗信息中存在一个踝泵运动动作后，记录第k时间窗的发生时刻，直到判断下一个踝泵运动动作所在的时间窗，然后将两个时间窗的间隔时间作为连续两次踝泵运动的间隔时间。

确定单个踝泵运动的强度。对象在做踝泵运动，脚背前伸或后屈时，用的力度不同会导致振动传感器受力不同，从而获取的对象的踝泵运动信息存在不同。在本发明实施例一中可以选取将各时间窗的幅度差值来确定踝泵运动的强度。

确定单个踝泵运动的具体类别。踝泵运动包括脚踝后屈和脚踝前伸两个动作。当采用光纤传感器获取对象的踝泵运动信息时，当对象脚背后屈时，置于脚踝下方的光纤传感器的受力增加。当对象脚背前伸时，置于脚踝下方的光纤传感器的受力减少。因此可根据踝泵运动信息各时间窗内的波形方向变化来判断是脚背后屈还是脚背前伸。

应当理解的是，此处基于踝泵运动特征信息中的时域特征确定踝泵运动总次数、单个踝泵运动持续时间、连续两次踝泵运动的间隔时间、单个踝泵运动类别、和单个踝泵运动强度，仅仅是本申请较佳的实施例而已，并不用以限制本发明，本领域普通技术人员容易想到可以利用频域变换，在频域进行处理以得到描述上述指标的替代指标，仍然在本发明的保护范围之内。

S1032、基于踝泵运动总次数、单个踝泵运动持续时间、连续两次踝泵运动的间隔时间、单个踝泵运动类别、和单个踝泵运动强度综合生成踝泵运动评估结果。例如，给踝泵运动总次数、单个踝泵运动持续时间、连续两次踝泵运动的间隔时间、单个踝泵运动类别、单个踝泵运动强度分别赋予权重，进行权重加成后生成踝泵运动评估成果。再如，直接将踝泵运动总次数、单个踝泵运动持续时间、连续两次踝泵运动的间隔时间、单个踝泵运动类别、和单个踝泵运动强度作为踝泵运动评估结果进行输出，由专业人员据此评估对象的踝泵运动的效果。

在本发明实施例一中，踝泵运动评估方法100还可以包括如下步骤：

S104、通过置于对象腓肠肌下方的参考振动传感器，与所述踝泵运动信息同步获得对象的小腿运动信息。

在对象的小腿下方放置一个参考振动传感器，参考振动传感器与振动传感器独立且同步工作，在振动传感器获取对象踝泵运动信息的同时，参考振动传感器同步获取对象的小腿运动信息。

S105、基于所述小腿运动信息修正踝泵运动评估结果。

首先，对小腿运动信息进行预处理，预处理包括滤波、去噪、信号缩放中的至少一种，可以和踝泵运动信息进行相同的预处理，具体可以为：根据对滤波后信号特征的需求采用IIR滤波器、FIR滤波器、小波滤波器、零相位双向滤波器、多项式拟合平滑滤波器、积分变换、微分变换中的一种或多种组合，对小腿运动信息进行滤波去噪。预处理还可以包括：判断小腿运动信息是否携带工频干扰信号，如果有，则通过工频陷波器滤除工频噪声。还可以对一些高频噪声(例如45Hz以上)进行去噪处理。

其次，将小腿运动信息与踝泵运动信息按时间窗进行形态学分析比对，根据形态学分析比对结果修正踝泵运动评估结果。对象进行踝泵运动时小腿也需要发力参与，例如，当对象脚背后屈时小腿下方的参考振动传感器受力增加，脚背前伸时小腿下方的参考振动传感器受力减小。同步采集的对象的踝泵运动信息和小腿运动信息在形态学上具有相似性，因此当形态学分析比对结果小于等于预设的排除阈值时，判断此次踝泵运动不是有效的踝泵运动。当形态学分析比对结果大于预设的排除阈值时，判断此次踝泵运动是有效的踝泵运动。形态学分析包括但不限于基于波形的波幅、波宽、波形轮廓、波形连续性等进行分析。此种情况可以辅助排除对象存在脚部左右晃动等非踝泵运动。其中预设的排除阈值可以是经过多次比对试验后确定的普遍适用的值，还可以是根据不同对象而变化的值。

在本发明实施例一中，踝泵运动评估方法100还可以包括：输出所述踝泵运动评估结果或者是输出所述修正后的踝泵运动评估结果。例如，将所述踝泵运动评估结果输出至显示装置或语音装置，例如测试对象床旁可以放置一个显示屏，护理站也可以放置一个显示屏，测试对象的踝泵运动评估结果可以实时显示在显示屏上。

实施例二：

本发明实施例二提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如本发明实施例一提供的踝泵运动评估方法的步骤。

实施例三：

本发明实施例三提供了一种踝泵运动评估设备，图3所示是一种踝泵运动评估设备200的结构框图。该踝泵运动评估设备200可以是专门设计用于处理振动传感器的振动信息的专用计算机设备。

例如，踝泵运动评估设备200可以包括连接到与其连接的网络的通信端口201，以便于数据通信。踝泵运动评估设备200还可以包括处理器203，处理器203以一个或多个处理器的形式，用于执行计算机指令。计算机指令可以包括例如执行本发明实施例一描述的踝泵运动评估方法100的例程、程序、对象、组件、数据结构、过程、模块和功能。例如，所述处理器203可以获得振动传感器的振动信息，并对振动信息进行预处理生成血流动力学相关信息等。

在一些例子中，处理器203可以包括一个或多个硬件处理器，例如微控制器、微处理器、精简指令集计算机(RISC)、专用集成电路(ASIC)、图形处理单元(GPU)、中央处理单元(CPU)、数字信号处理器(DSP)、现场可编程门阵列(FPGA)、高级RISC机器(ARM)、可编程逻辑器件(PLD)等能够执行一个或多个功能的任何电路或处理器等，或其任何组合。

踝泵运动评估设备200可以包括内部通信总线205用于系统内部间通信，存储器207，被配置为进行数据和指令存储，以及存储在存储器207中由处理器203执行的其他类型的非暂时性存储介质中的程序指令。本申请的方法和/或过程可以作为程序指令实现。踝泵运动评估设备200还包括输入/输出组件209，被配置为支持数据输入/输出。例如，对象或其他人员可以利用输入设备(例如键盘、触摸式屏幕)等通过输入/输出组件209输入数据至踝泵运动评估设备200。踝泵运动评估设备200也可以通过输入/输出组件209将数据输出到输出设备(例如显示器、打印机等)。

应当理解的是，为了描述方便在本申请中踝泵运动评估设备200中仅描述了一个处理器。然而，应当注意，本申请中的踝泵运动评估设备200还可以包括多个处理器，因此，本申请中披露的操作和/或方法步骤可以如本申请所述的由一个处理器执行，也可以由多个处理器联合执行。例如，如果在本申请中踝泵运动评估设备200的处理器203执行步骤A和步骤B，则应该理解，步骤A和步骤B也可以由信息处理中的两个不同处理器联合或分开执行(例如，第一处理器执行步骤A，第二处理器执行步骤B，或者第一和第二处理器共同执行步骤A和B)。

实施例四：

本发明实施例四提供了一种踝泵运动评估系统，包括：

一个或多个振动传感器；和

本发明实施例三提供的踝泵运动评估设备。

如图4所示是一种踝泵运动评估系统300的结构框图。一种踝泵运动评估系统300可以包括但不限于一个或多个振动传感器301，一个或多个踝泵运动评估设备303，一个或多个存储装置305，一个或多个输出装置309。

其中，振动传感器301可以是加速度传感器、速度传感器、位移传感器、压力传感器、应变传感器、应力传感器，此外还可以是以加速度、速度、位移、或压力为基础将物理量等效性转换的传感器(例如静电荷敏感传感器、充气式微动传感器、雷达传感器等)。其中应变传感器可以是光纤传感器。振动传感器可以与对象非直接接触，例如，当振动传感器采用光纤传感器时，光纤传感器可以被置于床垫下方，对应于对象的脚踝，其中光纤传感器的感应区域覆盖对象呈仰卧姿势时的脚踝与床面的接触区域，同时沿人体身高方向不能超过对象的小腿与床面的接触区域。此处的感应区域是指振动传感器实际用来感应振动的区域(例如，光纤传感器的感应区域是指光纤传感器中光纤分布的区域)。

踝泵运动评估设备303如本发明实施例三所述。踝泵运动评估设备303可以通过网络320与振动传感器301相连接。网络320可以是单一网络，例如有线网络或无线网络，还可以是多种网络的组合。网络320可以包括但不限于局域网、广域网、共用网络、专用网络等。网络320可以包括多种网络接入点，例如无线或有线接入点、基站或网络接入点，通过以上接入点使踝泵运动评估系统300的其他组成部分可以连接网络320并通过网络传送信息。

存储装置305可以被配置为存储数据和指令。存储装置305可以包括但不限于随机存储器、只读存储器、可编程只读存储器等。存储装置305可以是利用电能方式、磁能方式、光学方式等存储信息的设备，例如硬盘、软盘、磁芯存储器、CD、DVD等。以上提及的存储设备只是列举了一些例子，存储装置305使用的存储设备并不局限于此。

在一些例子中，该踝泵运动评估系统300还可以包括输出装置309，输出装置309被配置为将踝泵运动评估结果输出，输出方式包括但不限于图形、文字、数据、语音等，例如图形显示、数字显示、语音播报、盲文显示等中的一种或多种。输出装置309可以是显示器、手机、平板电脑、投影仪、可穿戴设备(手表、耳机、眼镜等)、盲文显示器等中的一种或多种。在一些例子中，输出装置309可以实时显示对象的踝泵运动评估结果，在另一些例子中，输出装置309可以非实时显示一份报告，该报告是对象在预设时间段内的测量结果，例如用户在一天、一周或一个疗程中的踝泵运动评估结果。该踝泵运动评估系统300还可以进一步包括医患交流平台，适用于患者在家中进行康复复健，当患者做完踝泵运动时，医生端可以接收到系统推送的患者踝泵运动的评估结果，以便及时与患者沟通。输出装置309还可以实现提示功能，例如通过语音提示，当患者的踝泵运动评估结果与其康复所需的运动效果差距较大时，通过语音提示患者重新补做踝泵运动。

本发明是通过置于对象脚踝下方的振动传感器，监测对象的踝泵运动，无需束缚对象的下肢及双脚，而且对象无需额外配合操作，被动式测量，可以方便地用于对象的踝泵运动的评估，进而评估对象的下肢康复运动。

本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器(ROM，Read Only Memory)、随机存取记忆体(RAM，RandomAccess Memory)、磁盘或光盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种踝泵运动评估方法，其特征在于，所述方法包括：

通过一个置于对象脚踝下方的振动传感器获得所述对象的踝泵运动信息；

对所述踝泵运动信息进行特征提取生成踝泵运动特征信息；和

基于所述踝泵运动特征信息生成踝泵运动评估结果。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述振动传感器是加速度传感器、速度传感器、位移传感器、压力传感器、应变传感器、或者是以加速度、速度、压力或位移为基础将物理量等效性转换的传感器中的一种或多种。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述应变传感器是光纤传感器。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对象呈仰卧或半卧姿势。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述振动传感器的感应区域覆盖所述对象呈仰卧姿势时的脚踝与床面的接触区域，同时沿人体身高方向不能超过所述对象的小腿与床面的接触区域。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述踝泵运动特征信息包括踝泵运动信息中的各时间窗的幅度均值、幅度差值、幅度中值中的一个或多个。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述踝泵运动特征信息生成踝泵运动评估结果，具体包括：

基于踝泵运动特征信息，确定踝泵运动的总次数、单个踝泵运动的持续时间、连续两次踝泵运动的间隔时间、单个踝泵运动的强度、和单个踝泵运动的具体类别；和

基于踝泵运动总次数、单个踝泵运动持续时间、连续两次踝泵运动的间隔时间、单个踝泵运动类别、和单个踝泵运动强度综合生成踝泵运动评估结果。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

通过置于所述对象腓肠肌下方的参考振动传感器，与所述踝泵运动信息同步获得对象的小腿运动信息；

基于所述小腿运动信息修正踝泵运动评估结果。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，基于所述小腿运动信息修正踝泵运动评估结果，具体包括：

对所述小腿运动信息进行预处理，所述预处理包括滤波、去噪、信号缩放中的至少一种；

将小腿运动信息与踝泵运动信息按时间窗进行形态学分析比对，若形态学分析比对结果小于等于预设的排除阈值时，判断对应时间窗内的踝泵运动不是有效的踝泵运动。当形态学分析比对结果大于预设的排除阈值时，判断对应时间窗内的踝泵运动是有效的踝泵运动。

10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括输出所述踝泵运动评估结果。

11.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至10任一项所述的踝泵运动评估识别方法的步骤。

12.一种踝泵运动评估设备，包括：

一个或多个处理器；

存储器；以及

一个或多个计算机程序，所述处理器和所述存储器通过总线连接，其中所述一个或多个计算机程序被存储在所述存储器中，并且被配置成由所述一个或多个处理器执行，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至10任一项所述的踝泵运动评估方法的步骤。

13.一种踝泵运动评估系统，包括：

一个或多个振动传感器；和

如权利要求12所述的踝泵运动评估设备。

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