TWI552119B - Computer writing sense system - Google Patents

Description

電腦寫字感測系統

本發明是有關於一種感測系統，特別是指一種電腦寫字感測系統。

書寫困難學童容易產生寫字速度、握筆工學、書寫正確性、字體工整性及清晰度與字體方向性的問題，且其會影響學校作業書寫的效率及正確性。目前對於寫字困難的判斷、建議或介入策略缺乏明確的資訊僅限於紙筆測驗的寫字速度與書寫正確性。若能詳細從學童寫字的過程記錄所產生的問題，從此問題中分析出主要造成書寫困難的肌動力學、知動能力、筆觸壓力及空間安排，則在臨床給予治療時才能獲得正確的治療，如精細動作不協調訓練、肌力訓練、視知覺或空間視知覺訓練、感知覺訓練等才能改善書寫問題。

因此，本發明之目的，即在提供一種能感測到書寫時隨時間變化的筆觸位置、筆觸壓力及手部肌電訊號且依時序進行同步整合，以供分析出主要造成運筆困難及書寫障礙的肌動力學的電腦寫字感測系統。

於是本發明電腦寫字感測系統，包含一壓力感 測模組、肌電感測模組、一輸出模組，及一處理模組。

該壓力感測模組包括一書寫感測介面，用以感測一受測者在該書寫感測介面書寫時隨時間變化的筆觸位置及筆觸壓力。

該肌電感測模組包括多數分別設置於該受測者書寫手部對應多數不同肌肉處的感測電極，用以感測該受測者的該等肌肉隨時間變化的肌電訊號。

該處理模組電連接該壓力感測模組、該肌電感測模組及該輸出模組，用以將隨時間變化的筆觸位置、筆觸壓力及肌電訊號依時序處理成一連續的筆劃動作信息、一對應該筆劃動作信息的筆觸壓力信息及一對應該筆劃動作信息的肌肉動作信息，且將該筆劃動作信息、該筆觸壓力信息及該肌肉動作信息依時序同步整合後，進行儲存以待後續分析，或是直接輸出至該輸出模組進行分析。

本發明的功效在於：透過該處理模組將該壓力感測模組及該肌電感測模組所感測到隨時間變化的筆觸位置、筆觸壓力及肌電訊號依時序進行同步整合後，輸出至該輸出模組進行分析，從而能獲得對應所書寫文字的筆劃結構、筆劃動作資訊、肌電訊號變化、筆觸壓力變化及所花費時間的資訊，以用來診斷運筆困難與書寫障礙的問題，並由此些問題中分析出主要造成運筆困難及書寫障礙的肌動力學，在臨床給予治療時才能獲得正確的治療。

1‧‧‧壓力感測模組

11‧‧‧書寫感測介面

12‧‧‧數位筆

2‧‧‧肌電感測模組

21‧‧‧感測電極

22‧‧‧分散電極

3‧‧‧輸出模組

4‧‧‧處理模組

41‧‧‧特徵擷取單元

42‧‧‧筆劃判斷單元

43‧‧‧文字判斷單元

44‧‧‧評定單元

45‧‧‧資料庫

8‧‧‧試驗紙

81‧‧‧格框

9‧‧‧受測者

90‧‧‧受測兒童

本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的 較佳實施例詳細說明中清楚地呈現，其中：圖1是一示意圖，說明本發明電腦寫字感測系統的一第一實施例的一壓力感測模組、一肌電感測模組、一輸出模組及一處理模組的電連接關係；圖2是一示意圖，說明使用該第一實施例對於一受測者進行寫字感測的實施態樣；圖3是一示意圖，說明使用該第一實施例對於一受測兒童進行寫字感測的實施態樣；及圖4是一示意圖，說明本發明電腦寫字感測系統的一第二實施例的一壓力感測模組、一肌電感測模組、一輸出模組及一處理模組的電連接關係。

參閱圖1及圖2，本發明電腦寫字感測系統的一第一實施例，包含一壓力感測模組1、一肌電感測模組2、一輸出模組3，及一處理模組4。

該壓力感測模組1為一數位書寫板，包括一書寫感測介面11，用以感測一受測者9手握一數位筆12在該書寫感測介面11書寫時隨時間變化的筆觸位置及筆觸壓力。

該肌電感測模組2為一無線傳輸通訊的表面肌電圖儀器，包括多數分別貼設於該受測者9書寫手部表面對應多數不同肌肉的肌腹處的感測電極21，及一貼設於該受測者9身體表面對應肩峰處的分散電極22，從而用以感測該受測者9的該等肌肉隨時間變化的肌電訊號。該等感 測電極21分別為一銀/氯化銀電極片。該肌電感測模組2會將該等感測電極21所擷取的肌電訊號先經由20至500Hz頻帶進行濾波，再經1000Hz頻率取樣，最後再經十二位元數位轉換器進行訊號數位化。

該處理模組4為一電腦(computer)，且電連接該壓力感測模組1、該肌電感測模組2及該輸出模組3，用以將隨時間變化的筆觸位置依時序處理成一連續的筆劃動作信息，將隨時間變化的筆觸壓力依時序處理成一對應該筆劃動作信息的筆觸壓力信息，且將隨時間變化的該等肌電訊號依時序進行處理成一對應該筆劃動作信息的肌肉動作信息。該處理模組4可將該筆劃動作信息、該筆觸壓力信息及該等肌肉動作信息依時序同步整合後，進行儲存以待後續分析，或是直接輸出至該輸出模組3進行分析。在本實施例中，該輸出模組3為一顯示器(display)。

以上即為本發明電腦寫字感測系統的元件組成的敘述；接著，再將本發明的使用動作以及預期能達成之功效陳述如后：參閱圖1及圖3，在利用本發明電腦寫字感測系統進行一受測學童90的寫字動作評估前，先將一印有二十五格框81的試驗紙8以四角黏貼固定於該壓力感測模組1的書寫感測介面11上，再以該數位筆12進行校正定位，接著將該數位筆12的筆芯換成碳筆筆芯。另外，將該肌電感測模組2的該等感測電極21分別貼設於該受測學童90手部表面對應橈側伸腕長/短肌(cxtcnsor carpi radialis longus/brevis muscle)、尺側屈腕肌(Flexor carpi ulnaris muscle)、伸食指肌(extensor indicis muscle)、屈拇短肌(flexor pollicis brevis muscle)及外展拇肌(abductor hallucis muscle)六種肌肉的肌腹處，且將該分散電極22貼設於該受測學童90的身體表面對應肩峰處。完成上述前置作業後，即可請該受測學童90握持裝有該碳筆筆芯的數位筆12，並在限時於兩分鐘內，依序於該試驗紙8的二十五格框81內分別完成二十五字的文字抄寫。

在該受測學童90抄寫文字過程中，藉由裝設於該數位筆12的碳筆筆芯在該試驗紙8上觸壓留下碳粉筆跡，同時也觸壓位於該試驗紙8底下的壓力感測介面11，從而進行感測記錄隨著時間變化的筆觸位置及筆觸壓力，且藉由該肌電感測模組2同時感測該受測兒童90的三種肌肉的活動肌電訊號，並透過該處理模組4將隨時間變化的筆觸位置、筆觸壓力及該等肌電訊號依時序處理成一連續的筆劃動作信息、一對應該筆劃動作信息的筆觸壓力信息及一對應該筆劃動作信息的肌肉動作信息，且將該筆劃動作信息、該筆觸壓力信息及該肌肉動作信息依時序同步整合後，進行儲存以待後續分析。

在進行受測資料分析時，操控該處理模組4將依時序同步整合後的該筆劃動作信息、該筆觸壓力信息及該等肌肉動作信息輸出至該輸出模組4，再由上述時序同步整合後的信息獲得對應該受測兒童90抄寫的每一文字的肌電訊號變化、筆觸壓力變化及所花費時間的資訊。更進一 步，還能由該筆劃動作信息中獲得該受測兒童90抄寫的每一字的每一筆劃在空間分佈態樣、筆劃順序、筆劃數量、提筆時間和筆接觸該受測紙的時間、下筆和提筆時間比率，及下筆及提筆的筆劃比率等資訊。

藉此，從上述資訊判斷出該受測兒童90是否具有書寫速度慢、握筆壓力不平均、筆劃不正確、字在空間中的分佈位置不對等諸多因肌肉動作不協調所造成的運筆困難及書寫障礙問題，再由此些問題中分析出主要造成運筆困難及書寫障礙的肌動力學，在臨床給予治療時才能獲得正確的治療，如精細動作不協調訓練、肌力訓練、視知覺或空間視知覺訓練、感知覺訓練等才能改善上述書寫問題。

經由上述說明可知，本發明電腦寫字感測系統具有以下優點及功效：透過該處理模組4將該壓力感測模組1及該肌電感測模組2所感測到隨時間變化的筆觸位置、筆觸壓力及肌電訊號依時序進行同步整合後，輸出至該輸出模組3進行分析，從而能獲得對應所抄寫的每一文字的筆劃結構、筆劃動作資訊、肌電訊號變化、筆觸壓力變化及所花費時間的資訊，以用來診斷該受測者9運筆困難與書寫障礙的問題，並由此些問題中分析出主要造成運筆困難及書寫障礙的肌動力學，在臨床給予治療時才能獲得正確的治療。

參閱圖4，本發明電腦寫字感測系統的一第二實 施例，大致上相同於該第一實施例，不同之處在於：該處理模組4還包括一特徵擷取單元41、一筆劃判斷單元42、一文字判斷單元43，及一評定單元44。

該特徵擷取單元41可由該筆劃動作信息中擷取出各書寫文字的筆劃特徵。該筆劃判斷單元42可由該特徵擷取單元41所擷取的筆劃特徵判斷出各書寫文字的筆劃數量、筆劃順序及書寫時間。該文字判斷單元43可由該特徵擷取單元41所擷取的筆劃特徵辨別出所書寫的文字及各書寫文字於空間內的分佈態樣。該評定單元44將該筆劃判斷單元42及該文字判斷單元43所獲得的各書寫文字的筆劃數量、筆劃順序、文字書寫時間、文字辨別結果及各書寫文字於空間內的分佈態樣，以及該筆觸壓力信息，與一預先建立的資料庫45進行比對，從而評定出各書寫文字筆劃數量是否適當、筆劃順序是否正確、書寫文字是否正確、書寫文字於空間分佈態樣是否正常，以及筆觸壓力是否適當，且將評定結果儲存以供後續取用參考，或是直接將評定結果輸出至該輸出模組3供初步運筆困難及書寫障礙的問題判斷。該資料庫45具有相對應該受測兒童90所抄寫的二十五個文字的筆劃及文字資訊，以及筆觸壓力和文字書寫時間參考標準值範圍。

經由上述說明可知，該第二實施例不僅具有與該第一實施例相同的優點及功效，且還能提供初步運筆困難及書寫障礙的問題判斷的評定結果。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而 已，當不能以此限定本發明實施之範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

1‧‧‧壓力感測模組

2‧‧‧肌電感測模組

3‧‧‧輸出模組

4‧‧‧處理模組

Claims (6)

1. 一種電腦寫字感測系統，包含：一壓力感測模組，包括一書寫感測介面，用以感測一受測者在該書寫感測介面書寫時隨時間變化的筆觸位置及筆觸壓力；一肌電感測模組，包括多數分別設置於該受測者書寫手部對應多數不同肌肉處的感測電極，用以感測該受測者的該等肌肉隨時間變化的肌電訊號；一輸出模組；及一處理模組，電連接該壓力感測模組、該肌電感測模組及該輸出模組，用以將隨時間變化的筆觸位置、筆觸壓力及該等肌電訊號依時序處理成一連續的筆劃動作信息、一對應該筆劃動作信息的筆觸壓力信息及一對應該筆劃動作信息的肌肉動作信息，且將該筆劃動作信息、該筆觸壓力信息及該肌肉動作信息依時序同步整合後，進行儲存以待後續分析，或是直接輸出至該輸出模組進行分析，該處理模組還包括一特徵擷取單元、一筆劃判斷單元、一文字判斷單元，及一評定單元，該特徵擷取單元可由該筆劃動作信息中擷取出書寫文字的筆劃特徵，該筆劃判斷單元可由該特徵擷取單元所擷取的筆劃特徵判斷出書寫文字的筆劃數量、筆劃順序及書寫時間，該文字判斷單元可由該特徵擷取單元所擷取的筆劃特徵辨別出所書寫的文字及書寫文字於一空間內的分佈態樣，該評定單 元將該筆劃判斷單元及該文字判斷單元所獲得的書寫文字的筆劃數量、筆劃順序、文字書寫時間、文字辨別結果及書寫文字於該空間內的分佈態樣，以及該筆觸壓力信息，與一預先建立的資料庫進行比對，從而評定出各書寫文字筆劃數量是否適當、筆劃順序是否正確、書寫文字是否正確、書寫文字於該空間內分佈態樣是否正常，以及筆觸壓力是否適當，且將評定結果儲存，或是直接將評定結果輸出至該輸出模組。
2. 如請求項1所述之電腦寫字感測系統，其中，該壓力感測模組為一數位書寫板。
3. 如請求項1所述之電腦寫字感測系統，其中，該肌電感測模組為一表面肌電圖儀器。
4. 如請求項1所述之電腦寫字感測系統，其中，該處理模組為一電腦。
5. 如請求項1所述之電腦寫字感測系統，其中，該輸出模組為一顯示器。
6. 如請求項1所述之電腦寫字感測系統，其中，該資料庫具有相對應該受測者所抄寫文字的筆劃及文字資訊，以及筆觸壓力和文字書寫時間參考標準值範圍。