CN114099239A - 手功能康复训练方法、装置、康复训练仪及介质 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例涉及手功能康复训练设备技术领域,公开了一种手功能康复训练方法、装置、康复训练仪及介质。该方法包括:控制训练手套运动并采集训练手套输出的实时训练信号值;其中,实时训练信号值包括若干个训练部位的实时训练信号值,实时训练信号值能够反映对应的训练部位的屈伸程度;根据各个训练部位的实时训练信号值计算得到各个训练部位的实时训练信号值变化的实时速率;根据各个训练部位的实时训练信号值变化的实时速率以及各个训练部位的实时训练信号值变化的目标速率控制所述训练手套进行训练。本发明实施例可通过动态自适应调整训练强度达到更佳的训练效果。
Description
技术领域
本发明涉及手功能康复训练设备技术领域,特别涉及一种手功能康复训练方法、装置、康复训练仪及介质。
背景技术
据相关文献研究表明,目前我国脑卒中病人数量多达7000万例,且每年新增200万例以上。而50%以上的脑卒中患者会存在不同程度的上肢功能障碍,其中手部功能障碍严重限制了患者手部功能活动,严重影响生活质量。
临床对手功能障碍的康复,主要通过手功能康复训练仪或手功能康复训练系统来实现。手功能康复训练仪包括训练手套、驱动装置以及主机,通过主机控制驱动装置驱动训练手套进行康复训练。
发明人发现相关技术中的康复训练方法较为单一,无法满足多样化的康复训练需求。
需要说明的是,在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解,因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种手功能康复训练方法、装置、设备及介质,以解决现有康复训练方法单一,训练效果不佳的问题。
为解决上述技术问题,第一方面,本发明实施例提供了一种手功能康复训练方法,包括:
控制训练手套运动并采集所述训练手套输出的实时训练信号值;其中,所述实时训练信号值包括若干个训练部位的实时训练信号值,所述实时训练信号值能够反映对应的训练部位的屈伸程度;
根据各个训练部位的实时训练信号值计算得到各个训练部位的实时训练信号值变化的实时速率;
根据所述各个训练部位的实时训练信号值变化的实时速率以及所述各个训练部位的实时训练信号值变化的目标速率控制所述训练手套进行训练。
另外,所述根据所述各个训练部位的实时训练信号值变化的实时速率以及所述各个训练部位的实时训练信号值变化的目标速率控制所述训练手套进行训练,包括:
若各个训练部位的实时训练信号值变化的实时速率均大于各自对应的目标速率,则控制所述训练手套的驱动力减小,若各个训练部位的实时训练信号值变化的实时速率均小于各自对应的目标速率,则控制所述训练手套的驱动力增大。
另外,所述根据所述各个训练部位的实时训练信号值变化的实时速率以及所述各个训练部位的实时训练信号值变化的目标速率控制所述训练手套进行训练,包括:
根据所述各个训练部位的实时训练信号值变化的实时速率得到所述训练手套的训练信号实时变化速率;
当所述训练手套的训练信号实时变化速率大于第一速率阈值时,控制所述训练手套的驱动力减小,当所述训练手套的训练信号实时变化速率小于第二速率阈值时,控制所述训练手套的驱动力增大;
其中,所述第一速率阈值大于预设速率阈值,所述第二速率阈值小于所述预设速率阈值,所述预设速率阈值为根据所述各个训练部位的实时训练信号值变化的目标速率得到的所述训练手套的训练信号目标变化速率。
另外,所述各个训练部位的实时训练信号值变化的目标速率为被训练手佩戴所述训练手套并完成预设训练动作过程中所述各个训练部位的信号值变化的平均速率;
其中,所述预设训练动作指所述被训练手从充分握拳到完全展开的动作和/或从完全展开到充分握拳的动作。
另外,所述方法还包括:
采集引导手套输出的实时引导信号值;其中,所述实时引导信号值包括若干个引导部位的实时引导信号值,所述实时引导信号值能够反映对应的引导部位的屈伸程度;
根据各个引导部位的实时引导信号值计算得到各个引导部位的实时引导信号值变化的实时速率;
根据所述各个引导部位的实时引导信号值变化的实时速率以及所述各个训练部位与所述各个引导部位的信号值变化对应关系得到所述各个训练部位的实时训练信号变化的目标速率。
另外,所述根据所述各个训练部位的实时训练信号值变化的实时速率以及所述各个训练部位的实时训练信号值变化的目标速率控制所述训练手套进行训练中,包括:
确定所述各个引导部位的实时引导信号值是否属于任一个预设定标引导信号值,若是,则确定采集的所述各个训练部位的实时训练信号值是否包含与所述任一个预设定标引导信号值对应的预设定标训练信号值,若否,则控制所述训练手套运动直到采集得到与所述预设定标引导信号值对应的预设定标训练信号值;
其中,所述预设定标引导信号值与所述预设定标训练信号值的信号值个数均为N个,N为大于1的自然数,N个所述预设定标引导信号值与N个所述预设定标训练信号值一一对应;且一一对应的N个所述预设定标引导信号值与N个所述预设定标训练信号值所对应的各引导部位和各训练部位的屈伸程度相同,或者屈伸等级相同。
另外,所述采集引导手套输出的实时引导信号值中以及所述控制训练手套运动并采集所述训练手套输出的实时训练信号值中,所述实时引导信号值和所述实时训练信号值的采集频率为所述N的多倍。
另外,所述根据各个训练部位的实时训练信号值计算得到各个训练部位的实时训练信号值变化的实时速率,包括:
获取各个训练部位的间隔预设周期的实时训练信号值;
将所述各个训练部位的每个预设周期前后的实时训练信号值之差的绝对值与所述预设周期的比值作为所述各个训练部位的实时训练信号值变化的实时速率。
另外,所述根据所述各个训练部位的实时训练信号值变化的实时速率以及所述各个训练部位的实时训练信号值变化的目标速率控制所述训练手套进行训练中,包括:
若检测到预设个数的所述各个训练部位的实时训练信号值大于或者等于各自的最大信号阈值,或者预设个数的所述各个训练部位的实时训练信号值小于或者等于各自的最小信号阈值,则控制所述训练手套停止运动;和/或
控制所述训练手套的驱动力小于驱动力阈值。
另外,所述实时训练信号值包括若干个手指和/或每个所述手指的若干个手指关节的实时训练信号值。
另外,所述实时训练信号值为由线圈电感提供的各个训练部位的实时电压值。
第二方面,本发明实施例提供了一种手功能康复训练装置,所述装置包括:实时训练信号值采集模块,用于控制训练手套运动并采集所述训练手套输出的实时训练信号值;其中,所述实时训练信号值包括若干个训练部位的实时训练信号值,所述实时训练信号值能够反映对应的训练部位的屈伸程度;
实时训练速率计算模块,用于根据各个训练部位的实时训练信号值计算得到各个训练部位的实时训练信号值变化的实时速率;
控制模块,用于根据所述各个训练部位的实时训练信号值变化的实时速率以及所述各个训练部位的实时训练信号值变化的目标速率控制所述训练手套进行训练。
第三方面,本发明实施例还提供了一种手功能康复训练仪,所述训练仪包括训练主机、训练手套以及驱动装置;所述训练主机与所述训练手套通信连接,所述驱动装置与所述训练手套连接,所述训练主机与所述驱动装置连接,并用于控制所述驱动装置驱动所述训练手套进行训练;所述训练主机包括:存储器和处理器,存储器存储计算机程序,处理器运行所述计算机程序以实现如前所述的手功能康复训练方法。
第四方面,本发明实施例还提供了一种手功能康复训练仪,所述训练仪包括训练主机、训练手套、引导手套以及驱动装置;所述训练主机与所述训练手套以及引导手套通信连接,所述引导手套用于向所述训练主机提供健侧手的实时引导信号值,所述训练手套用于向所述训练主机提供被训练手的实时训练信号值;所述驱动装置与所述训练手套连接,并用于根据所述引导手套提供的实时引导信号值和/或所述训练手套提供的实时训练信号值控制所述驱动装置驱动所述训练手套进行训练;所述训练主机包括:存储器和处理器,存储器存储计算机程序,处理器运行所述计算机程序以实现如前所述的手功能康复训练方法。
第五方面,本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,该程序被处理器执行时实现如本发明任意实施例所述的手功能康复训练方法。
本发明实施例可以具有以下部分或者全部有益效果:
本发明实施例的手功能康复训练方法通过采集训练手套输出的实时训练信号值得到各个训练部位的实时训练信号值,并计算得到各个训练部位的实时训练信号值变化的实时速率,然后根据各个训练部位的实时训练信号值变化的实时速率以及目标速率控制训练手套的驱动力进行训练,从而通过自适应地调节训练强度、高可控地完成训练动作,达到更佳的训练效果。示例性地,比如可通过控制训练手套的驱动力使得训练手套带动被训练的手按照信号值匀速变化的方式完成预设训练动作,从而提升训练效果。
应当理解的是,以上的一般性描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的,并不能限制本公开。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,可以理解地,下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种手功能康复训练仪的功能模块结构示意图;
图2是本发明实施例提供的又一种手功能康复训练仪的功能模块结构示意图;
图3是本发明实施例一提供的手功能康复训练方法的流程示意图;
图4是本发明实施例二提供的手功能康复训练装置的结构示意图;
图5是本发明实施例三提供的手功能康复训练仪的训练主机的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,以下将参照本发明实施例中的附图,通过实施方式清楚、完整地描述本发明的技术方案,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
本发明实施例一提供一种手功能康复训练方法。本实施例的技术方案可以应用于手功能康复训练仪。如图1所示,手功能康复训练仪主要包括:训练主机101、训练手套驱动装置102以及训练手套103。训练主机101与训练手套103通信连接。训练主机101和训练手套驱动装置102连接。训练手套驱动装置102和训练手套103连接。训练主机101用于控制训练手套驱动装置102驱动训练手套带动或者配合被训练手训练。训练手套103设置有传感器,用于提供训练信号值,以供训练主机识别训练手套做屈伸训练动作时的训练部位的精确的屈伸程度。训练手套103的传感器可以采用电阻、电感以及其他原理等实现,并可提供能够精确反映手指及其关节的精确屈伸程度的信号值,本实施例训练手套的实现方式不做具体限制,只要通过训练手套提供的信号值能够精确地识别被训练手的屈伸程度即可。训练手套103还可以设置有波纹管,训练手套驱动装置102可用于通过控制波纹管内的气压控制训练手套103做屈伸动作。然不限于此,训练手套103也可以采用其他驱动机构,训练手套驱动装置102也可以采用其他驱动方式,比如采用电动驱动方式。
在一些例子中,如图2所示,手功能康复训练仪还可以包括引导手套104,引导手套104与训练主机101通信连接。训练主机101可以实时接收引导手套104运动时的信号值,从而对引导手套104的运动状态进行识别。需要说明的是,本发明述及的训练手套103以及引导手套104等应当做广义理解,其可以指任何能应用本发明方法的相应装置,可以是波纹管气动方式驱动的手套装置,也可以是机械手或者牵拉方式实现的手训练装置。
图3是本发明实施例一提供的一种手功能康复训练方法的流程图,本实施例的手功能康复训练方法可以由本发明实施例提供的一种手功能康复训练装置来执行,该装置可以采用软件和/或硬件的方式实现,并配置于手功能康复训练仪。如图3所示,本实施例的手功能康复训练方法包括步骤301~步骤303。
步骤301:控制训练手套运动并采集训练手套输出的实时训练信号值。其中,实时训练信号值包括若干个训练部位的实时训练信号值,实时训练信号值能够反映对应的训练部位的屈伸程度。
实时训练信号值可以包括若干个手指和/或每个手指的若干个手指关节的实时训练信号值。即,实时训练信号值可以包括任意数量手指和/或其手指关节组合的实时训练信号值。比如,实时训练信号值可以包括被训练的手的5根手指的实时训练信号值,或者包括被训练的手的5根手指的每个指关节的实时训练信号值,或者被训练的手的5根手指及其每个指关节的实时训练信号值。其中,大拇指的指关节的实时训练信号值可以包括两个大拇指关节的实时训练信号值。其余各个手指可以分别包括3个指关节的实时训练信号值。本实施例对于参与训练的被训练手的手指数量以及指关节数量均不作限制。
作为示例而非限制,实时训练信号值可以为由线圈电感传感器提供的各个训练部位的实时电压值,通过在训练手套上设置线圈电感传感器及其驱动电路,由于线圈电感传感器的伸缩程度会随相应的训练部位的屈伸程度变化而变化,且线圈电感传感器的驱动电路输出的电压值会随线圈电感传感器的伸缩程度变化而变化,因此线圈电感传感器提供的电压值能够精确地反映对应的训练部位的屈伸程度。线圈电感传感器可以分别设置于各个手指,从而可以提供能够反映各个手指的屈伸程度的电压值,或者分别设置于各个指关节,从而可以提供能够反映各个指关节的屈伸程度的电压值。本实施例对于线圈电感传感器在训练手套上的设置方式不做具体限制,只要能够提供所需的各个训练部位的信号值,并能够精确地识别出各个训练部位的屈伸程度即可。可以理解的是,也可以采用其他类型的传感器提供的信号值,只要信号值能够精确地反映各个训练部位的屈伸程度即可。
步骤302:根据各个训练部位的实时训练信号值计算得到各个训练部位的实时训练信号值变化的实时速率。
每个训练部位的实时训练信号值随该训练部位的屈伸程度不同而变化,以线圈电感传感器提供的电压值为例,当训练部位弯曲程度较大时,比如充分握拳时对应的信号值较大,当训练部位弯曲程度较小,比如完全展开时对应的信号值较小,即信号值可随弯曲程度变化而变化。实时训练信号值变化的的实时速率是指单位时间内实时训练信号值变化的量,具体可以是单位时间内电压值的增加量或者电压值的减少量。由于实时训练信号值与屈伸程度相关,所以实时训练信号值变化的速率与屈伸程度变化速度相关。
可选地,步骤302根据各个训练部位的实时训练信号值计算得到各个训练部位的实时训练信号值变化的实时速率可以包括:获取各个训练部位的间隔预设周期的实时训练信号值;将各个训练部位的每个预设周期前后的实时训练信号值之差的绝对值与预设周期的比值作为各个训练部位的实时训练信号值变化的实时速率。即周期性地计算各个训练部位的实时训练信号值变化的实时速率。
步骤302中可以计算各个训练部位的实时训练信号值变化的实时速率,比如大拇指的实时训练信号值变化的实时速率,中指的某个指关节的实时训练信号值变化的实时速率。
各个训练部位的实时训练信号值变化的实时速率的计算方式具体见下文示例。
步骤303:根据各个训练部位的实时训练信号值变化的实时速率以及各个训练部位的实时训练信号值变化的目标速率控制训练手套进行训练。
示例性地,各个训练部位的实时训练信号值变化的目标速率可以为被训练手佩戴训练手套并完成预设训练动作过程中各个训练部位的信号值变化的平均速率。其中,预设训练动作可以指被训练手从充分握拳到完全展开的动作和/或从完全展开到充分握拳的动作。可以理解的是,患者在不同的康复阶段,其被训练手从充分握拳到完全展开的程度可以是不相同的,即随着患者康复效果的提升,其充分握拳和完全展开的能力会提升。此处的预设训练动作是指患者当前的康复阶段内其被训练手所能做到的充分握拳到完全展开的动作。对于一些手部完全不能活动的患者而言,预设训练动作也可以是在不损伤患者肌肉的情况下,训练手套的输出信号值的某个范围所对应的动作范围。被训练手可以佩戴训练手套执行预设训练动作,从而采集得到训练手套在充分握拳和完全展开时各个训练部位各自对应的信号值,并可计算得到各个训练部位的充分握拳和完全展开时的信号值的差值,将各个训练部位各自的差值与完成该预设训练动作所需时长之比作为各个训练部位的信号值变化的平均速率。可以理解的是,也可以采用其他方式计算得到各个训练部位的信号值变化的平均速率,本实施例对于各个训练部位的信号值变化的平均速率的计算方式不做具体限制。需要说明的是,本实施例对于目标速率的确定方式不做具体限制,只要目标速率适用于被训练手的康复训练即可。该种训练模式无需借助引导手套即可完成,属于一种非引导训练模式。
在一些例子中,各个训练部位的实时训练信号值变化的目标速率可以根据各个训练部位对应的引导部位的实时引导信号值变化的实时速率得到。各个训练部位对应的引导部位的实时引导信号值变化的实时速率可以采用以下方式得到:采集引导手套输出的实时引导信号值;其中,实时引导信号值包括若干个引导部位的实时引导信号值,实时引导信号值能够反映对应的引导部位的屈伸程度;根据各个引导部位的实时引导信号值计算得到各个引导部位的实时引导信号值变化的实时速率;根据各个引导部位的实时引导信号值变化的实时速率以及各个训练部位与各个引导部位的信号值变化对应关系得到各个训练部位的实时训练信号变化的目标速率。
本实施例提供了各个训练部位与各个引导部位的信号值变化对应关系的两种示例,一种是各个训练部位与各个引导部位做出相同屈伸程度的动作时两者的信号值变化的对应关系,另一种是各个训练部位与各个引导部位做出相同等级的动作时两者的信号值变化的对应关系。根据对应关系计算得到各个训练部位的实时训练信号变化的目标速率的方式具体请见下文引导训练模式的示例性说明。
步骤303根据各个训练部位的实时训练信号值变化的实时速率以及各个训练部位的实时训练信号值变化的目标速率控制训练手套进行训练可以包括:若各个训练部位的实时训练信号值变化的实时速率均大于各自对应的目标速率,则控制训练手套的驱动力减小,若各个训练部位的实时训练信号值变化的实时速率均小于各自对应的目标速率,则控制训练手套的驱动力增大。从而可在各个训练部位的实时训练信号值变化的实时速率均较大时,动态控制驱动力减小,使得训练手套屈伸速度减慢,反之,当各个训练部位的实时训练信号值变化的实时速率均较小时,动态控制驱动力增加,使得训练手套屈伸速度加快,使得训练过程中各个训练部位的实时训练信号值变化的实时速率动态维持在各个训练部位的实时训练信号值变化的目标速率的水平。
作为上述控制方式的替换例,步骤303根据各个训练部位的实时训练信号值变化的实时速率以及各个训练部位的实时训练信号值变化的目标速率控制训练手套进行训练还可以包括:根据各个训练部位的实时训练信号值变化的实时速率得到训练手套的训练信号实时变化速率;当训练手套的训练信号实时变化速率大于第一速率阈值时,控制训练手套的驱动力减小,当训练手套的训练信号实时变化速率小于第二速率阈值时,控制训练手套的驱动力增大。其中,第一速率阈值大于预设速率阈值,第二速率阈值小于预设速率阈值,预设速率阈值为根据各个训练部位的实时训练信号值变化的目标速率得到的训练手套的训练信号目标变化速率。
举例而言,可以根据各个训练部位的实时训练信号值变化的实时速率的平均值或者加权平均值得到训练手套的训练信号实时变化速率。类似地,预设速率阈值可以根据各个训练部位的实时训练信号值变化的目标速率的平均值或者加权平均值得到训练手套的训练信号目标变化速率。各个训练部位的权重可以根据经验设置,只要能够保证安全有效地进行训练即可。通过综合考虑各个训练部位对整体训练速度的影响,可以更好地控制训练过程。
可选地,步骤303根据各个训练部位的实时训练信号值变化的实时速率以及各个训练部位的实时训练信号值变化的目标速率控制训练手套进行训练中还可以包括:确定各个引导部位的实时引导信号值是否属于任一个预设定标引导信号值,若是,则确定采集的各个训练部位的实时训练信号值是否包含与任一个预设定标引导信号值对应的预设定标训练信号值,若否,则控制训练手套运动直到采集得到与预设定标引导信号值对应的预设定标训练信号值。其中,预设定标引导信号值与预设定标训练信号值的信号值个数均为N个,N为大于1的自然数,N个预设定标引导信号值与N个预设定标训练信号值一一对应。且一一对应的N个预设定标引导信号值与N个预设定标训练信号值所对应的各引导部位和各训练部位的屈伸程度相同,或者屈伸等级相同。
其中,预设定标引导信号值可以包括各个引导部位对应的N个定标引导信号值。患者的健侧手佩戴引导手套,根据健侧手屈伸运动的弯曲程度的不同,从完全展开、弯曲程度增加到充分握拳的顺序,选取N个动作姿势,并采集每一个动作姿势的各引导部位的信号值,作为一个预设定标引导信号值。类似地,患者的被训练手佩戴训练手套,从完全展开、弯曲程度增加直到充分握拳的顺序,选取与健侧手屈伸程度相同的N个动作姿势,并采集每一个动作姿势的各训练部位的信号值,作为一个预设定标训练信号值。因此,各个引导部位的N个定标引导信号值与各个训练部位的N个定标训练信号值一一对应,虽然两者的信号值大小可能不同,但是两者对应的动作姿势(即屈伸程度)基本相同。
值得一体的是,当患侧手的屈伸程度无法做到与健侧手相同时,还可以选择屈伸程度等级对应的患侧手的各个训练部位的N个信号值,作为各训练部位的N个定标训练信号值。
值得一提的是,在引导训练模式应用方案中,采集引导手套输出的实时引导信号值中以及控制训练手套运动并采集训练手套输出的实时训练信号值中,实时引导信号值和实时训练信号值的采集频率为N的多倍,比如为N的10倍或者20倍,从而可以保证采集到引导手套和训练手套对应的定标信号值。
步骤303中,在控制训练手套的信号值变化的实时速率按照目标速率进行训练的同时,还可以实时识别健侧手的动作姿势,即当健侧手的各个引导部位的实时引导信号值与各自的定标引导信号值相同或者接近时,即可确定引导手套出于该定标引导信号值对应的动作姿势。然后,根据引导手套的动作姿势确定训练手套对应的定标训练信号值,再确定训练手套的各个训练部位的实时训练信号值是否达到各自的定标训练信号值,若未达到,则控制训练手套继续运动,若已达到,则控制训练手套结束运动。
可选地,步骤303根据各个训练部位的实时训练信号值变化的实时速率以及各个训练部位的实时训练信号值变化的目标速率控制训练手套进行训练中还可以包括:若检测到预设个数的各个训练部位的实时训练信号值大于或者等于各自的最大信号阈值,或者预设个数的各个训练部位的实时训练信号值小于或者等于各自的最小信号阈值,则控制训练手套停止运动。最大信号阈值比如对应各个训练部位充分握拳时的信号值,最小信号阈值比如对应各个训练部位完全展开时的信号值,从而可以确保被训练手在安全活动范围内训练。示例性地,预设个数可以为1个、2个或者更多个,在此不做具体限制,只要能够有效保证被训练手在安全范围内训练即可。
同时,步骤303中还可以包括控制训练手套的驱动力小于驱动力阈值。其中,各个训练部位各自的最大信号阈值可以为被训练手充分握拳时对应的信号值,最小信号阈值可以为被训练手完全展开时对应的信号值,具体请见下文示例性说明。通过控制训练手套的驱动力小于训练手套驱动力阈值Pd_max可以防止驱动力过大损伤被训练手,训练手套驱动力阈值Pd_max可以预先测试得到。
下面通过举例对本实施例的手功能康复训练方法及其应用进行详细说明如下:
示例一:非引导模式下的手功能康复训练方法
s1:将训练手套穿戴在患者的被训练手上。
s2:设置训练手套驱动力阈值Pd_max,以便在驱动训练手套运动时实时监测驱动力是否超出驱动力阈值Pd_max,若超出驱动力阈值Pd_max,则减小驱动力,从而可防止驱动力过大损伤被训练手。
s3:预先以被训练手自行运动的方式采集被训练手在充分握拳和完全展开时,训练手套各手指的训练信号值。本文训练信号值以线圈电感传感器的驱动电路输出的电压值为例,并可按照大拇指、食指、中指、无名指和小指顺序依次记录各手指的电压值为Vw_a、Vw_b、Vw_c、Vw_d、Vw_e和Vz_a、Vz_b、Vz_c、Vz_d、Vz_e;本示例以5根手指参与训练,且每根手指对应一个电压值为例,可以理解的是,在其他例子中,也可以一并采集各个手指的各个指关节的电压值。其中,Vw_a、Vw_b、Vw_c、Vw_d、Vw_e分别为各手指的最大信号阈值,Vz_a、Vz_b、Vz_c、Vz_d、Vz_e分别为各手指的最小信号阈值。在控制训练手套运动时,当检测到训练手套的各手指的实时训练信号值大于或者等于各自的最大信号阈值时,控制训练手套停止运动,并且,当检测到训练手套的各手指的实时训练信号值小于或者等于各自的最小信号阈值时,控制训练手套停止训练,从而可确保训练手套在安全的范围内进行训练,防止损伤被训练手。
被训练手从充分握拳到完全展开的动作作为预设训练动作,并记录被训练手完成预设训练动作时需要的时长。 分别为被训练手完成预设训练动作时各手指的信号值变化的平均速率。其中,为被训练手完成预设训练动作所需的时长,为前文提到的预设周期,即计算训练手套的信号值变化的实时速率的计算周期,N为完成预设训练动作所需时长内累计计算训练手套的信号值变化的实时速率的次数。
根据步骤s2、s3采集的数据对手部康复训练仪进行设置。
s4:开始训练,即重复控制训练手套做康复训练动作。康复训练动作可以是从被训练手完全展开到充分握拳再到完全展开的循环康复训练动作。本发明实施例对康复训练动作不做具体限制。
s41:其中,在控制训练手套每次执行从充分握拳到完全展开的过程中,采集训练手套输出的各手指的实时电压值,并记录为ur_a、ur_b、ur_c、ur_d、ur_e。
s42:根据步骤s41采集的实时电压值计算各手指做屈伸动作时的的电压值变化的实时速率:
①假设训练手套从t0时刻开始运动,到tN时刻停止运动,则在任意时刻tn-1、tn,训练手套每个手指传感器输出的实时电压值分别为ur_a(n-1)、ur_b(n-1)、ur_c(n-1)、ur_d(n-1)、ur_e(n-1)、ur_a(n)、ur_b(n)、ur_c(n)、ur_d(n)、ur_e(n);
s43:根据各个手指的电压值变化的实时速率调节训练手套的驱动力。
具体地,训练手套从静止开始运动时,控制气流强度不断增大,使训练手套波纹管内的压力不断增大,控制训练手套做加速运动。
当训练手套开始运动时,波纹管驱动压力不断增大,当各个手指的电压值变化的实时速率达到各自的目标速率时,则不再增加驱动压力,当各个手指的电压值变化的实时速率比各自的目标速率偏小时,则增大驱动压力,偏大时则减小驱动压力,达到训练过程的训练速度和驱动力的自适应调节,直到完成一次完整的从充分握拳到完全展开的训练。
可以理解的是,从完全展开到充分握拳的训练过程与从充分握拳到完全展开的训练过程类似,此处不再赘述。在一些例子中,实时训练信号值还可以细化到每个指关节的实时训练信号值,此时,可以根据各个指关节的信号值变化的实时速率以及目标速率控制训练手套进行训练。
当康复训练进行一定阶段后,可以重新设置预设训练动作对应的电压值继续进行训练。
示例二:引导模式下的手功能康复训练方法(屈伸程度完全对应)
1)患者穿戴训练手套和引导手套,即患侧手戴训练手套,健侧手戴引导手套;
2)设置训练手套驱动力阈值Pd_max,以便在驱动训练手套运动时实时监测驱动力是否超出驱动力阈值Pd_max,若超出驱动力阈值Pd_max,则减小驱动力,从而可防止驱动力过大损伤被训练手。
3)采集被训练手在充分握拳和完全展开时,训练手套对应各手指的电压值,并按照大拇指、食指、中指、无名指和小指顺序依次记录为Vw_a、Vw_b、Vw_c、Vw_d、Vw_e和Vz_a、Vz_b、Vz_c、Vz_d、Vz_e。其中,Vw_a、Vw_b、Vw_c、Vw_d、Vw_e分别为各手指的最大信号阈值,Vz_a、Vz_b、Vz_c、Vz_d、Vz_e分别为各手指的最小信号阈值。各手指的最大、最小信号阈值的作用示例一相同,此处不再赘述。
3)引导手套动作定标:根据健侧手屈伸运动的弯曲程度的不同,依次按照完全展开、弯曲程度增加到完全握拳的顺序,选取N个动作姿势,并采集每一个动作姿势的大拇指、食指、中指、无名指和小指的电压值,记为Ua(n)、Ub(n)、Uc(n)、Ud(n)、Ue(n),其中n=0,1,2…,N-1。N的取值可以为10、20等,在此不做具体限制。其中,N个动作姿势对应的信号值即为预设定标引导信号值。
4)训练手套动作定标:患侧手做健侧手相同的动作,即两者的屈曲程度一致,并根据手屈伸运动的弯曲程度的不同,依次按照完全展开、弯曲程度增加到完全握拳的顺序,选取与健侧手动作姿势对应相同的N个动作姿势,并采集每一个动作姿势的大拇指、食指、中指、无名指和小指的电压值,记为Va(n)、Vb(n)、Vc(n)、Vd(n)、Ve(n),其中n=0,1,2…,N-1。其中,患侧手N个动作姿势对应的信号值即为预设定标训练信号值。
也就是说,患侧手和健侧手的N个动作姿势对应相同,而两者各自对应的定标信号值可以相同,也可以不同,具体以训练手套和引导手套的各动作姿态对应的信号值为准。
需要说明的是,由于患侧手受损伤,可能无法完全完成健侧手的所有动作,因此,对患侧手无法完成的动作,其对应姿势的电压值记录为0。在建立健侧手和患侧手的动作的N个对应关系时,对应记录电压值为0的动作,患侧手无需对健侧手的该动作做出响应。
5)开始引导训练:
5.1)采集引导手套和训练手套输出的实时电压值,并记录为ur_a、ur_b、ur_c、ur_d、ur_e和vr_a、vr_b、vr_c、vr_d、vr_e。
5.2)根据引导手套的各手指的实时引导电压值计算得到引导手套的各手指的实时引导信号值变化的实时速率,其计算方式可与示例一中的训练手套的各手指的实时训练信号值变化的实时速率的计算方式相同,此处不再赘述。根据训练手套的各手指的实时训练电压值计算得到训练手套的各手指的实时训练电压值变化的实时速率,其计算方式可与示例一对应相同,此处不再赘述。根据训练手套的各个手指与引导手套的各个手指的信号值变化对应关系得到各个训练部位的实时训练信号变化的目标速率。其中,训练手套的信号值变化和引导手套的信号值变化对应关系可以根据两个各自的定标信号值得到。举例而言,两者的对应关系可以采用以下关系式表示:
其中,Vn和Vn-1分别为训练手套的第n和第n-1个定标信号值,Un和Un-1
得到训练手套的各手指的目标速率之后,即可按照训练手套的实时速率与目标速率尽量一致的方式控制训练手套训练。该种训练方式,可使被训练手的训练速度与健侧手的训练速度基本同步,即当健侧手较快屈伸时,被训练手也能够随之较快屈伸,两者按照镜像训练模式进行训练。
5.3)在控制训练手套按照步骤5.2的方式进行训练的同时,还实时确定被训练手是否完成健侧手所完成的相同动作。具体地,根据采集到的引导手套的实时电压值,并结合引导手套的动作定标电压值(即预设定标引导信号值),识别健侧手的动作姿势;同样地,根据采集到的训练手套的实时电压值,并结合训练手套的动作定标电压值(即预设定标训练信号值),识别被训练手的动作姿势,并确定被训练手是否完成健侧手的动作姿势,直至被训练手完成健侧手的所有动作姿势,即检测到训练手套输出的与健侧手的所有动作姿势对应的被训练手的定标信号值。
在采集训练手套的实时电压值和引导手套的实时电压值时,其采集频率可以为N的10倍或者更多,以保证可以采集到预先定标的信号值。其中,假设训练手套从t0时刻开始运动,到tM时刻停止运动,在任意时刻tm,训练手套每个手指传感器输出的实时电压值分别为vr_a(m)、vr_b(m)、vr_c(m)、vr_d(m)、vr_e(m),其中m=0,1,2,…,M-1,且M至少为10N的整数倍。
示例三:引导模式下的手功能康复训练方法(屈伸程度等级对应)
示例三对应的训练方式与示例二对应的训练方式基本相同,两者的区别之处在于,示例二中,训练手套的N个定标值对应的被训练手的屈伸程度与健侧手的屈伸程度相同,而示例三中,训练手套的N个定标值对应的被训练手的屈伸等级与健侧手的屈伸等级相同。训练手套和引导手套的屈伸等级相同是指被训练手的屈伸幅度与被训练手的最大屈伸幅度之比和健侧手的屈伸幅度与健侧手的最大屈伸幅度之比相同。相应地,引导手套的N个定标值对应其N个屈伸等级,训练手套的N个定标值对应其N个屈伸等级。根据引导手套和定标手套的屈伸等级对应关系得到训练手套的目标速率,然后根据训练手套的目标速率控制训练手套跟随引导手套进行训练即可。
本发明实施例的手功能康复训练方法通过采集训练手套输出的实时训练信号值得到各个训练部位的实时训练信号值,并计算得到各个训练部位的实时训练信号值变化的实时速率,然后根据各个训练部位的实时训练信号值变化的实时速率以及目标速率控制训练手套的驱动力进行训练,从而通过自适应地调节训练强度、高可控地完成训练动作,达到更佳的训练效果。示例性地,比如可通过控制训练手套的驱动力使得训练手套带动被训练的手按照信号值匀速变化的方式完成预设训练动作,从而提升训练效果。
图4是本发明实施例二提供的一种手功能康复训练装置的结构框图。该装置可配置于手功能康复训练仪,用于执行上述任意实施例所提供的手功能康复训练。该装置400包括:采集模块401、计算模块402以及控制模块403。
实时训练信号值采集模块401用于控制训练手套运动并采集所述训练手套输出的实时训练信号值;其中,所述实时训练信号值包括若干个训练部位的实时训练信号值,所述实时训练信号值能够反映对应的训练部位的屈伸程度。
实时训练速率计算模块402用于根据各个训练部位的实时训练信号值计算得到各个训练部位的实时训练信号值变化的实时速率。
控制模块403用于根据所述各个训练部位的实时训练信号值变化的实时速率以及所述各个训练部位的实时训练信号值变化的目标速率控制所述训练手套进行训练。
可选地,控制模块403具体用于若各个训练部位的实时训练信号值变化的实时速率均大于各自对应的目标速率,则控制所述训练手套的驱动力减小,若各个训练部位的实时训练信号值变化的实时速率均小于各自对应的目标速率,则控制所述训练手套的驱动力增大。
或者控制模块403具体用于根据所述各个训练部位的实时训练信号值变化的实时速率得到所述训练手套的训练信号实时变化速率;当所述训练手套的训练信号实时变化速率大于第一速率阈值时,控制所述训练手套的驱动力减小,当所述训练手套的训练信号实时变化速率小于第二速率阈值时,控制所述训练手套的驱动力增大;其中,所述第一速率阈值大于预设速率阈值,所述第二速率阈值小于所述预设速率阈值,所述预设速率阈值为根据所述各个训练部位的实时训练信号值变化的目标速率得到的所述训练手套的训练信号目标变化速率。
可选地,各个训练部位的实时训练信号值变化的目标速率为被训练手佩戴所述训练手套并完成预设训练动作过程中所述各个训练部位的信号值变化的平均速率;其中,所述预设训练动作指所述被训练手从充分握拳到完全展开的动作和/或从完全展开到充分握拳的动作。
可选地,该装置400还可以包括:
引导信号值采集模块,用于采集引导手套输出的实时引导信号值;其中,所述实时引导信号值包括若干个引导部位的实时引导信号值,所述实时引导信号值能够反映对应的引导部位的屈伸程度;
引导信号值实时速率计算模块,用于根据各个引导部位的实时引导信号值计算得到各个引导部位的实时引导信号值变化的实时速率;以及
目标速率计算模块,用于根据所述各个引导部位的实时引导信号值变化的实时速率以及所述各个训练部位与所述各个引导部位的信号值变化对应关系得到所述各个训练部位的实时训练信号变化的目标速率。
可选地,控制模块403还用于确定所述各个引导部位的实时引导信号值是否属于任一个预设定标引导信号值,若是,则确定采集的所述各个训练部位的实时训练信号值是否包含与所述任一个预设定标引导信号值对应的预设定标训练信号值,若否,则控制所述训练手套运动直到采集得到与所述预设定标引导信号值对应的预设定标训练信号值;其中,所述预设定标引导信号值与所述预设定标训练信号值的信号值个数均为N个,N为大于1的自然数,N个所述预设定标引导信号值与N个所述预设定标训练信号值一一对应;且一一对应的N个所述预设定标引导信号值与N个所述预设定标训练信号值所对应的各引导部位和各训练部位的屈伸程度相同,或者屈伸等级相同。
可选地,实时训练信号值采集模块401的采集频率为所述N的多倍,引导信号值采集模块的采集频率为所述N的多倍。
可选地,实时训练速率计算模块402用于获取各个训练部位的间隔预设周期的实时训练信号值;将所述各个训练部位的每个预设周期前后的实时训练信号值之差的绝对值与所述预设周期的比值作为所述各个训练部位的实时训练信号值变化的实时速率。
可选地,控制模块403还用于若检测到预设个数的所述各个训练部位的实时训练信号值大于或者等于各自的最大信号阈值,或者预设个数的所述各个训练部位的实时训练信号值小于或者等于各自的最小信号阈值,则控制所述训练手套停止运动;和/或控制所述训练手套的驱动力小于驱动力阈值。
可选地,所述实时训练信号值包括若干个手指和/或每个所述手指的若干个手指关节的实时训练信号值。
本发明实施例的手功能康复训练装置通过采集训练手套输出的实时训练信号值得到各个训练部位的实时训练信号值,并计算得到各个训练部位的实时训练信号值变化的实时速率,然后根据各个训练部位的实时训练信号值变化的实时速率以及目标速率控制训练手套的驱动力进行训练,从而通过自适应地调节训练强度、高可控地完成训练动作,达到更佳的训练效果。示例性地,比如可通过控制训练手套的驱动力使得训练手套带动被训练的手按照信号值匀速变化的方式完成预设训练动作,从而提升训练效果。
图1和图2分别为本发明实施例三、实施例四提供的一种手功能康复训练仪的结构示意图。如图5所示,该训练主机包括:存储器502、处理器501;
其中,所述存储器502存储有可被所述至少一个处理器501执行的指令,所述指令被所述至少一个处理器501执行以实现前述任意实施例所述的手功能康复训练方法。
该设备可以包括一个或多个处理器501以及存储器502,图5中以一个处理器501为例。处理器501、存储器502可以通过总线或者其他方式连接,图5中以通过总线连接为例。存储器502作为一种非易失性计算机可读存储介质,可用于存储非易失性软件程序、非易失性计算机可执行程序以及模块。处理器501通过运行存储在存储器502中的非易失性软件程序、指令以及模块,从而执行设备的各种功能应用以及数据处理,即实现上述任一实施例所述的手功能康复训练方法。
存储器502可以包括存储程序区和存储数据区,其中,存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序。此外,存储器502可以包括高速随机存取存储器,还可以包括非易失性存储器,例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。
一个或者多个模块存储在存储器502中,当被一个或者多个处理器501执行时,执行上述任意方法实施方式中的手功能康复训练方法。
上述设备可执行本发明实施方式所提供的方法,具备执行方法相应的功能模块和有益效果,未在本实施方式中详尽描述的技术细节,可参见本发明实施方式所提供的方法。
本发明实施例的手功能康复训练仪通过采集训练手套输出的实时训练信号值得到各个训练部位的实时训练信号值,并计算得到各个训练部位的实时训练信号值变化的实时速率,然后根据各个训练部位的实时训练信号值变化的实时速率以及目标速率控制训练手套的驱动力进行训练,从而通过自适应地调节训练强度、高可控地完成训练动作,达到更佳的训练效果。示例性地,比如可通过控制训练手套的驱动力使得训练手套带动被训练的手按照信号值匀速变化的方式完成预设训练动作,从而提升训练效果。
本发明实施例四提供一种计算机可读存储介质,用于存储计算机可读程序,所述计算机可读程序用于供设备执行上述部分或全部的方法实施例。
即,本领域技术人员可以理解,实现上述实施例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,该程序存储在一个存储介质中,包括若干指令用以使得一个设备(可以是单片机,芯片等)或处理器(processor)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括:U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM,Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM,Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
本领域的普通技术人员可以理解,上述各实施方式是实现本发明的具体实施例,而在实际应用中,可以在形式上和细节上对其作各种改变,而不偏离本发明的精神和范围。
Claims (10)
1.一种手功能康复训练方法,其特征在于,包括:
控制训练手套运动并采集所述训练手套输出的实时训练信号值;其中,所述实时训练信号值包括若干个训练部位的实时训练信号值,所述实时训练信号值能够反映对应的训练部位的屈伸程度;
根据各个训练部位的实时训练信号值计算得到各个训练部位的实时训练信号值变化的实时速率;
根据所述各个训练部位的实时训练信号值变化的实时速率以及所述各个训练部位的实时训练信号值变化的目标速率控制所述训练手套进行训练。
2.根据权利要求1所述的手功能康复训练方法,其特征在于,所述根据所述各个训练部位的实时训练信号值变化的实时速率以及所述各个训练部位的实时训练信号值变化的目标速率控制所述训练手套进行训练,包括:
若各个训练部位的实时训练信号值变化的实时速率均大于各自对应的目标速率,则控制所述训练手套的驱动力减小,若各个训练部位的实时训练信号值变化的实时速率均小于各自对应的目标速率,则控制所述训练手套的驱动力增大;或者
所述根据所述各个训练部位的实时训练信号值变化的实时速率以及所述各个训练部位的实时训练信号值变化的目标速率控制所述训练手套进行训练,包括:
根据所述各个训练部位的实时训练信号值变化的实时速率得到所述训练手套的训练信号实时变化速率;
当所述训练手套的训练信号实时变化速率大于第一速率阈值时,控制所述训练手套的驱动力减小,当所述训练手套的训练信号实时变化速率小于第二速率阈值时,控制所述训练手套的驱动力增大;
其中,所述第一速率阈值大于预设速率阈值,所述第二速率阈值小于所述预设速率阈值,所述预设速率阈值为根据所述各个训练部位的实时训练信号值变化的目标速率得到的所述训练手套的训练信号目标变化速率。
3.根据权利要求1所述的手功能康复训练方法,其特征在于,所述各个训练部位的实时训练信号值变化的目标速率为被训练手佩戴所述训练手套并完成预设训练动作过程中所述各个训练部位的信号值变化的平均速率;
其中,所述预设训练动作指所述被训练手从充分握拳到完全展开的动作和/或从完全展开到充分握拳的动作。
4.根据权利要求1所述的手功能康复训练方法,其特征在于,所述方法还包括:
采集引导手套输出的实时引导信号值;其中,所述实时引导信号值包括若干个引导部位的实时引导信号值,所述实时引导信号值能够反映对应的引导部位的屈伸程度;
根据各个引导部位的实时引导信号值计算得到各个引导部位的实时引导信号值变化的实时速率;
根据所述各个引导部位的实时引导信号值变化的实时速率以及所述各个训练部位与所述各个引导部位的信号值变化对应关系得到所述各个训练部位的实时训练信号变化的目标速率。
5.根据权利要求4所述的手功能康复训练方法,其特征在于,所述根据所述各个训练部位的实时训练信号值变化的实时速率以及所述各个训练部位的实时训练信号值变化的目标速率控制所述训练手套进行训练中,包括:
确定所述各个引导部位的实时引导信号值是否属于任一个预设定标引导信号值,若是,则确定采集的所述各个训练部位的实时训练信号值是否包含与所述任一个预设定标引导信号值对应的预设定标训练信号值,若否,则控制所述训练手套运动直到采集得到与所述预设定标引导信号值对应的预设定标训练信号值;
其中,所述预设定标引导信号值与所述预设定标训练信号值的信号值个数均为N个,N为大于1的自然数,N个所述预设定标引导信号值与N个所述预设定标训练信号值一一对应;且一一对应的N个所述预设定标引导信号值与N个所述预设定标训练信号值所对应的各引导部位和各训练部位的屈伸程度相同,或者屈伸等级相同;
可选地,所述采集引导手套输出的实时引导信号值中以及所述控制训练手套运动并采集所述训练手套输出的实时训练信号值中,所述实时引导信号值和所述实时训练信号值的采集频率为所述N的多倍。
6.根据权利要求1所述的手功能康复训练方法,其特征在于,所述根据各个训练部位的实时训练信号值计算得到各个训练部位的实时训练信号值变化的实时速率,包括:
获取各个训练部位的间隔预设周期的实时训练信号值;
将所述各个训练部位的每个预设周期前后的实时训练信号值之差的绝对值与所述预设周期的比值作为所述各个训练部位的实时训练信号值变化的实时速率。
7.根据权利要求1所述的手功能康复训练方法,其特征在于,所述根据所述各个训练部位的实时训练信号值变化的实时速率以及所述各个训练部位的实时训练信号值变化的目标速率控制所述训练手套进行训练中,包括:
若检测到预设个数的所述各个训练部位的实时训练信号值大于或者等于各自的最大信号阈值,或者预设个数的所述各个训练部位的实时训练信号值小于或者等于各自的最小信号阈值,则控制所述训练手套停止运动;和/或
控制所述训练手套的驱动力小于驱动力阈值;
可选地,所述实时训练信号值包括若干个手指和/或每个所述手指的若干个手指关节的实时训练信号值;
可选地,所述实时训练信号值为由线圈电感提供的各个训练部位的实时电压值。
8.一种手功能康复训练装置,其特征在于,所述装置包括:
实时训练信号值采集模块,用于控制训练手套运动并采集所述训练手套输出的实时训练信号值;其中,所述实时训练信号值包括若干个训练部位的实时训练信号值,所述实时训练信号值能够反映对应的训练部位的屈伸程度;
实时训练速率计算模块,用于根据各个训练部位的实时训练信号值计算得到各个训练部位的实时训练信号值变化的实时速率;
控制模块,用于根据所述各个训练部位的实时训练信号值变化的实时速率以及所述各个训练部位的实时训练信号值变化的目标速率控制所述训练手套进行训练。
9.一种手功能康复训练仪,其特征在于,所述训练仪包括训练主机、训练手套、引导手套以及驱动装置;所述训练主机与所述训练手套以及引导手套通信连接,所述引导手套用于向所述训练主机提供健侧手的实时引导信号值,所述训练手套用于向所述训练主机提供被训练手的实时训练信号值;所述驱动装置与所述训练手套连接,并用于根据所述引导手套提供的实时引导信号值和/或所述训练手套提供的实时训练信号值控制所述驱动装置驱动所述训练手套进行训练;或者
所述训练仪包括训练主机、训练手套以及驱动装置;所述训练主机与所述训练手套通信连接,所述驱动装置与所述训练手套连接,所述训练主机与所述驱动装置连接,并用于控制所述驱动装置驱动所述训练手套进行训练;
其中,所述训练主机包括:存储器和处理器,存储器存储计算机程序,处理器运行所述计算机程序以实现如权利要求1至8中任一项所述的手功能康复训练方法。
10.一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,其特征在于,该程序被处理器执行时实现如权利要求1至8中任一项所述的手功能康复训练方法。
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