TWI781692B - 用於評估姿態控制能力的裝置及方法 - Google Patents

用於評估姿態控制能力的裝置及方法 Download PDF

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Abstract

本發明提供一種用於評估一受試者的姿態控制能力的方法，包括以下步驟：將多個運動感測器對應地配置在該受試者的多個身體部位上，以產生多個感測數據，其中各該感測數據包括一靜態感測數據及一動態感測數據；根據該多個靜態感測數據執行一姿態確定程序，以確定該受試者處於何一特定靜態身體姿態；以及執行一姿態控制能力評估程序，包括處理該動態感測數據以獲得一相應身體姿態下，各該身體部位的一姿態維持參數；以及將該姿態維持參數與該相應身體姿態下各該身體部位的一姿態維持參考值進行比較，以產生一姿態控制能力評估結果。

Description

用於評估姿態控制能力的裝置及方法
本發明係關於一種評估一受試者的姿勢控制能力的裝置及方法，特別是關於一種自動化評估該受試者的姿勢控制能力的裝置及方法。
腦中風患者由於半側偏癱，影響了軀幹及肢體的肌力、動作功能及平衡能力，這些都可能影響中風患者坐起及站立的表現。所以恢復坐姿平衡、站姿平衡及由坐到站的肢體功能，不但是中風患者的復原目標，更是未來恢復走路能力的基礎。
靜態坐姿復健的目的是讓中風患者藉由練習坐姿平衡訓練來重建穩定的坐姿以及坐姿平衡能力。由於中風患者的患側肢體無力且姿勢控制能力差，使他們失去重心轉移能力而無法達成肢體平衡。坐姿復健是中風患者站立的基礎，當中風患者能坐穩後，才能練習站立。
靜態站姿復健的目的是讓中風患者藉由練習站姿平衡能力來重建穩定的站姿以及站姿平衡能力。由於站姿平衡是安全行走的基礎，成功的重建站姿平衡能力，讓中風患者處於站立姿勢時能維持軀幹的穩定度，使其它肢體可自由動作且身體重心得以轉移，以便在站姿下執行各類功能性的活動。
一直以來，中風病患的復健表現評量，特別是對病患最基本也最重要的站立姿態、坐立姿態、以及平躺姿態變換等表現，皆會藉由特定的量表來評估。以此類評估量表進行評估時，復健醫師、物理治療師、職能治療師或是復健護理師等醫事人員的習用作法是，依照自身對病患病症的了解以及治療復健的經驗來判斷並給予評價。一般來說，醫事人員對病患軀幹或肢體姿態維持表現所進行的評估，多數還是定性式的評斷結果，較缺乏定量性的評斷結果。
此外，中風患者需要根據評估結果擬定的一套復健訓練計劃，讓他們可以循序漸進地恢復坐起及站立能力。透過復健訓練計劃，病患得以加強肌肉的力量、協調性和耐久性，產生對抗重力(即反地心引力，如站立、舉手等)的動作，及重拾平衡技巧，在坐姿及站姿下都能保持身體重心而不失衡。
為了在評估中風患者復健表現時提供定性及定量的評斷結果，同時根據此評斷結果擬定復建訓練計畫，需要一種更精準的復健成效評量，以提供中風病患更妥切的治療方法與訓練計畫。
本案申請人鑑於習知技術中的不足，經過悉心試驗與研究，並一本鍥而不捨之精神，終構思出本案，且能夠克服先前技術的不足，以下為本案之簡要說明。
為了與習知定性式的復健評斷方式相輔，本發明提供一種評估裝置及方法，其使用運動感測器來感測中風病患於站立姿態、坐立姿態、平躺姿態及側躺姿態等姿態時的軀幹及肢體姿態的變動狀態，並藉由所感測到的運動數據來定量分析病患的站姿、坐姿、躺姿等姿態的復健成效。
本案之一構想在於提供一種用於評估一受試者的姿態控制能力的裝置，包括一感測單元、一資料庫及一處理器。該感測單元包含對應地配置在該受試者的多個身體部位上的多個運動感測器，用以產生多個感測數據，其中各該感測數據包括一靜態感測數據及一動態感測數據。該資料庫用於儲存多個參考身體姿態下各該身體部位的一姿態維持參考值。該處理器被配置為接收來自該感測單元的該多個感測數據以及來自該資料庫的該姿態維持參考值，且包含一姿態確定運算單元及一姿態控制能力評估運算單元，其中該姿態確定運算單元被配置為將該多個感測數據中的該多個靜態感測數據形成一身體姿態組態，以確定該受試者處於何一特定靜態身體姿態，且該姿態控制能力評估運算單元被配置為處理各該動態感測數據以獲得該多個身體部位的各該身體部位的一姿態維持參數，並將各該姿態維持參數與該特定靜態身體姿態下對應的各該身體部位的該姿態維持參考值進行比較，以產生一姿態控制能力評估結果。
本案之另一構想在於提供一種用於評估一受試者的姿態控制能力的方法，包括以下步驟：將多個運動感測器對應地配置在該受試者的多個身體部位上，以產生多個感測數據，其中各該感測數據包括一靜態感測數據及一動態感測數據；根據該多個靜態感測數據執行一姿態確定程序，以確定該受試者處於何一特定靜態身體姿態；以及執行一姿態控制能力評估程序，包括處理該動態感測數據以獲得一相應身體姿態下，各該身體部位的一姿態維持參數；以及將該姿態維持參數與該相應身體姿態下各該身體部位的一姿態維持參考值進行比較，以產生一姿態控制能力評估結果。
本案之另一構想在於提供一種用於評估一受試者的姿態控 制能力的方法，包括以下步驟：將多個運動感測器對應地配置在該受試者的多個身體部位上，以產生多個動態感測數據；以及在一特定靜態身體姿態下，執行一姿態控制能力評估程序，包括處理該動態感測數據以獲得一相應身體姿態下，各該身體部位的一姿態維持參數；以及將該姿態維持參數與該相應身體姿態下各該身體部位的一姿態維持參考值進行比較，以產生一姿態控制能力評估結果。
本發明的其他目的和優點可以從本發明所揭露的技術特徵中得到進一步的了解。為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例並配合所附圖式，作詳細說明如下。
1:姿態控制評量裝置
10:感測單元
20:資料庫
30:處理器
301:姿態確定運算單元
302:姿態控制能力評估運算單元
40:顯示器
50:輸入裝置
60:雲端資料庫
100:姿態控制評量方法
S110:姿態感測程序
S120:姿態確定程序
S130:姿態控制能力評估程序
S140:輸出評估結果
S150:再一評估
S160:選擇另一評估姿態或另一評估條件
G:重力加速度方向
g:重力加速度(9.81m/s2)
gx:重力加速度在參考座標之x軸方向分量
gy:重力加速度在參考座標之y軸方向分量
gz:重力加速度在參考座標之z軸方向分量
本揭露內容得藉由下列圖式之詳細說明，俾得更深入之瞭解：
圖1是本發明之姿態控制評量裝置之示意圖；
圖2A顯示坐立姿態之運動感測器配置以及所測量之加速度值或角度值；
圖2B顯示站立姿態之運動感測器配置以及所測量之加速度值或角度值；
圖3是本發明之姿態控制評量方法之流程圖；
圖4A顯示坐立姿態組態定義之側視圖；
圖4B顯示坐立姿態組態定義之前視圖；
圖5A顯示扶持站立姿態組態定義之側視圖；
圖5B顯示扶持站立姿態組態定義之前視圖；
圖6A顯示站立姿態組態定義之側視圖；
圖6B顯示站立姿態組態定義之前視圖；
圖7A顯示左腳單腳站立姿態組態定義之側視圖；
圖7B顯示左腳單腳站立姿態組態定義之前視圖；
圖8A顯示右腳單腳站立姿態組態定義之側視圖；
圖8B顯示右腳單腳站立姿態組態定義之前視圖；
圖9A顯示平躺姿態組態定義之側視圖；
圖9B顯示平躺姿態組態定義之俯視圖；
圖10A顯示左側躺姿態組態定義；
圖10B顯示右側躺姿態組態定義；
圖11A是坐立姿態復健成效評價；以及
圖11B是站立姿態復健成效評價。
本案所提出之發明將可由以下的實施例說明而得到充分瞭解，使得所屬技術領域中具有通常知識者可以據以完成之，然而本案之實施並不因下列實施例而被限制其實施型態，所屬技術領域中具有通常知識者仍可依據除既揭露之實施例的精神，推演出其他實施例，該等實施例皆當屬於本發明之範圍。
有關本發明前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式的多個實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。雖然本 揭露內容中的實施例以中風病患作為本發明之姿態控制評量裝置1之受試者，然而，本發明之姿態控制評量裝置1可適用於任何需要被評估的受試者，因此本揭露內容中所使用的用語「受試者」包括但不限於健康受試者、病患、傷患或是行動障礙者。
對於中風病患的復健狀態，一般會依據表一「中風病患姿勢控制評估量表(THE POSTURAL ASSESSMENT SCALE FOR STROKE PATIENTS)」來評估中風病人的平衡及行動能力，包括維持身體姿勢(譬如坐姿、站姿及躺姿等姿態)的能力，以及在此等不同身體姿勢間互相變換的能力。
本發明中所使用的用語「評估內容」係指用於評估受試者姿勢控制能力的量表，特別是用於評估中風病患姿勢控制能力的量表，除了表一「中風病患姿勢控制評估量表」之外，也包括其他的評量表格，例如，表二：美國國家衛生院腦中風評估表(National Institutes of Health Stroke Scale,NIHSS)之第5項(上肢運動功能)及第6項(下肢運動功能)。
Figure 110126678-A0101-12-0006-1
Figure 110126678-A0305-02-0009-2
Figure 110126678-A0305-02-0010-1
Figure 110126678-A0101-12-0009-4
復健科醫師、物理治療師、復健護理師等醫事人員依據「中風病患姿勢控制評估量表」對中風病患進行復健狀態評估時，會以目視的方式來判斷中風病患處於此評估量表中的何種姿勢(即坐姿、站姿或其他身體姿態等評估項目)，而此等評估項目中的評估條件包括可維持該種身體姿勢的時間長短、以及需要協助的程度。至於身體姿勢的維持成效，或是姿勢維持的表現是否是合格，則是依據物理治療師等醫事人員的主觀認知以定性地評量方式來評價。
相對於上述習知的醫事人員所操作的中風病患復健狀態的評量方法，本發明的技術特徵則是使用運動感測裝置，根據「中風病患姿勢控制評估量表」的評估流程，先感測出中風病患目前的身體姿態，並藉所感知的身體姿態自動對應地選定如「中風病患姿勢控制評估量表」中要評估的評估項目(包括多個坐姿評估項目及多個站姿評估項目)。選定評估項目後，此運動感測裝置便感測此被選定姿態之隨時間所發生的變化，譬如，軀幹或肢體的偏斜角度、抖動或晃動幅度及其頻率等物理量，並估算此等物理量，以量化的方式來評估身體姿態的維持成效是否符合姿態維持參考 值，以此客觀地決定出符合此姿態維持參考值的維持時間。也就是，本發明將姿態變化量化來評估復健成效，據此以客觀的數據來決定姿態的變化是否符合門檻值。藉由上述方法，本發明可應用於「中風病患姿勢控制評估量表」中維持時間的判斷，使中風病患的復健成效評估更客觀與精確。
圖1為本發明之姿態控制評量裝置1之示意圖，如圖所示，本發明之姿態控制評量裝置1包括感測單元10、資料庫20、處理器30、顯示器40及輸入裝置50。感測單元10包含多個運動感測器，這些運動感測器對應地配置在受試者的多個身體部位上(如軀幹、上臂、手腕、大腿及小腿)，以產生多個感測數據。資料庫20用於儲存多個參考身體姿態下各身體部位的姿態維持參考值，例如在坐姿下的各身體部位的參考維持時間、參考偏斜角度、參考抖動時間、參考抖動振幅及參考抖動頻率、或者在站姿下的各身體部位的參考維持時間、參考偏斜角度、參考抖動時間、參考抖動振幅及參考抖動頻率。處理器30接收來自感測單元10的多個感測數據以及來自資料庫20的姿態維持參考值。
處理器30中包括姿態確定運算單元301及姿態控制能力評估運算單元302。當受試者處於靜止狀態時，感測單元10的運動感測器測量各身體部位相對於參考方向的角度或方位角，作為靜態感測數據。姿態確定運算單元301根據各身體部位的靜態感測數據確定受試者處於站姿、坐姿、蹲姿、臥姿或躺姿(下文稱為特定靜態身體姿態)。當受試者之特定靜態身體姿態持續時，各身體部位可能發生如抖動、晃動或傾斜等運動，感測單元10的運動感測器測量該運動的加速度、角加速度、位移及頻率等動態感測數據。姿態控制能力評估運算單元302處理各身體部位的動態感測數據，以獲得各身體部位的維持時間、偏斜角度、抖動時間、抖動振幅及抖 動頻率等姿態維持參數，並將各姿態維持參數與已確定之特定靜態身體姿態下對應的各身體部位的姿態維持參考值進行比較，以產生姿態控制能力評估結果。
顯示器40與處理器30耦接，用於顯示姿態控制能力評估結果。輸入裝置50可以是電腦、手機、平板等具有輸入介面的裝置，其有線地或無線地與處理器30連接，用於接收一操作者(例如醫事人員或病患的協助者)的輸入，並藉由輸入介面控制處理器30。操作者可藉由手機或平板中的應用程式(APP)或者電腦中的軟體程式啟動處理器30之感測程序及運算程序。處理器30產生之姿態控制能力評估結果可傳送至資料庫20，也可以傳送到一雲端資料庫60。雲端資料庫60也可以用於儲存感測單元10的感測數據，再將感測數據提供至處理器30。
以下將進一步說明本發明之姿態控制評量裝置1中運動感測器的配置方式及姿態感測方法。請參閱圖2A及圖2B，其分別為坐立及站立姿態之運動感測器配置。在圖2A及圖2B中，分別以J-TR、J-SH、J-EL、J-KN及J-AN表示上半身腰部、肩部上臂、手肘、膝蓋及腳踝關節，以S-UA(R)、S-TR、S-WS(R)、S-TH(R)及S-CR(R)表示配置於右上臂、軀幹上半身、右手腕、右大腿及右小腿的運動感測器。雖然圖2A及圖2B中僅顯示右側的運動感測器，本發明的運動感測器亦可對稱地配置於左上臂、左手腕、左大腿及左小腿。根據本發明的一個實施例，姿態控制評量裝置1可具有9個運動感測器(軀幹上半身、右側4個及左側4個)，然而，亦可視評估需要而增加或減少運動感測器的數量。例如，為了評估中風患者的患側之姿勢控制，可僅將運動感測器配置於中風患者的軀幹上半身及患側。可選地，姿態控制評量裝置1更包括配置在中風病患肢體上的扶持感測器，例如一接觸感應 器，當中風病患需要扶持時，此接觸感應器可感測扶持者的碰觸或接觸，使接觸感應器發出訊號。
另一方面，本發明提供了一種用於評估一受試者的姿態控制能力的方法。圖3是本發明姿態控制評量方法100之流程圖。如前文所述，當操作者啟動如圖1中之姿態控制評量裝置1之處理器30，即進入姿態感測程序S110。
在S110中，藉由如圖2A及圖2B所示的配置在軀幹及各個肢體的運動感測器，可獲得軀幹及各個肢體的靜態感測數據，即，軀幹及各個肢體相對於一參考方向的角度或是方位角。在本發明中，參考方向可為水平方向或重力方向。在本發明的姿態確定程序S120中，利用如圖1中的姿態確定運算單元301將軀幹及各個肢體的靜態感測數據形成多個向量，並以下列數學矩陣或向量模型來呈現身體姿態組態函數，以表示身體姿態組態：
[上半身-軀幹(TR)；右上臂(UpAR)；右前臂-手腕(LrA-WsR)；右大腿(ThighR)；右小腿(CrusR)；左上臂(UpAL)；左前臂-手腕(LrA-WsL)；左大腿(ThighL)；左小腿(CrusL)]。
圖4A至圖10B為各種身體姿態組態之定義，如圖所示，每種身體姿態組態是將靜止狀態下身體各部位的角度以x,y及z方向的向量所對應表示的各種身體姿態組態函數，且每種身體姿態組態即其相對應的身體姿態組態函數各具有其特徵值。以下為圖4A至圖10B中每種身體姿態組態的特徵值：
坐立姿態組態的特徵值為：[TR：0,0,-1g；UpAR：0,0,-1g；LrA-WsR：-gx,0,-gz；ThighR：0,-1g,0；CrusR：0,gy,-gz；UpAL：0,0,-1g；LrA-WsL：-gx,0,-gz；ThighL：0,1g,0；CrusL：0,-gy,-gz]；
扶持站立姿態組態的特徵值為：[TR：0,0,-1g；UpAR：-gx,-gy,-gz；LrA-WsR：-0,-gy,-gz；ThighR：0,0,-1g；CrusR：0,0,-1g；UpAL：-gx,gy,-gz；LrA-WsL：0,gy,-gz；ThighL：0,0,-1g；CrusL：0,0,-1g]；
站立姿態組態的特徵值為：[TR：0,0,-1g；UpAR：0,0,-1g；LrA-WsR：0,0,-1g；ThighR：0,0,-1g；CrusR：0,0,-1g；UpAL：0,0,-1g；LrA-WsL：0,0,-1g；ThighL：0,0,-1g；CrusL：0,0,-1g]；
左腳單腳站立姿態組態的特徵值為：[TR：0,0,-1g；UpAR：0,0,-1g；LrA-WsR：0,-gy,-gz(或gx,gy,gz)；ThighR：0,-gy,-gz；CrusR：0,0,-1g；UpAL：0,0,-1g；LrA-WsL：0,0,-1g(或gx,gy,gz)；ThighL：0,0,-1g；CrusL：0,0,-1g]；
右腳單腳站立姿態組態的特徵值為：[TR：0,0,-1g；UpAR：0,0,-1g；LrA-WsR：0,0,-1g(或gx,gy,gz)；ThighR：0,0,-1g；CrusR：0,0,-1g；UpAL：0,0,-1g；LrA-WsL：0,gy,-gz(或gx,gy,gz)；ThighL：0,gy,-gz；CrusL：0,0,-1g]；
平躺姿態組態的特徵值為：[TR：-1g,0,0；UpAR：0,-1g,0；LrA-WsR：0,-1g,0；ThighR：0,-1g,0；CrusR：0,-1g,0；UpAL：0,1g,0；LrA-WsL：0,1g,0；ThighL：0,1g,0；CrusL：0,1g,0]；
左側躺姿態組態的特徵值為：[TR：0,1g,0；UpAR：-gx,gy,-gz；LrA-WsR：-gx,-gy,-gz；ThighR：-gx,gy,-gz；CrusR：gx,gy~1g,-gz~-0；UpAL：gx,gy,-gz；LrA-WsL：gx,gy~1g,gz~0；ThighL：gx,-gy,-gz；CrusL：gx,-gy,-gz~-0]；
右側躺姿態組態的特徵值為：[TR：0,-1g,0；UpAR：gx,gy,-gz；LrA-WsR： -gx,gy,-gz；ThighR：gx~0,gy~1g,-gz~-0；CrusR：-gx~-0,-gy~-1g,gz~0；UpAL：-gx,-gy,-gz；LrA-WsL：gx,gy,-gz；ThighL：-gx,-gy-gz；CrusL：-gx~-0,-gy~-1g,-gz~-0]。
繼續參閱圖3，在本發明的姿態確定程序S120中，姿態確定運算單元301進一步將所得到的身體姿態組態與圖4A至圖10B所示的各種身體姿態組態及其特徵值對應，來確定受試者處於何種特定靜態身體姿態。此流程相當於利用表一「中風病患姿勢控制評估量表」進行評估時，確定中風病患處於1~12項中何種評估項目。
在感測程序S110中，運動感測器亦可獲得軀幹及各個肢體的動態感測數據。當受試者之特定靜態身體姿態持續時，理想狀態為維持此特定靜態身體姿態，然而受試者亦可能在此特定靜態身體姿態下發生抖動、晃動或傾斜等運動，而轉變為一種動態身體姿態。此時，感測單元10的運動感測器測量各身體部位發生運動的加速度、角加速度、位移及頻率等動態感測數據。較佳地，動態感測數據包括加速度、角加速度、位移及頻率等參數中的至少兩個、至少三個、或全部參數。相關參數說明如下：
△aUAtR：坐立姿態持續時，以加速度或是相對於重力方向的角度變化表示(右)上臂發生的抖動、晃動或傾斜等運動；
△aTRtR：坐立姿態持續時，以加速度或是相對於重力方向的角度變化表示軀幹-上半身發生的抖動、晃動或傾斜等運動；
△aWStR：坐立姿態持續時，以加速度或是相對於重力方向的角度變化表示(右)手腕發生的抖動、晃動或傾斜等運動；
△aTHtR：坐立姿態持續時，以加速度或是相對於重力方向的角度變化 表示(右)大腿發生的抖動、晃動或傾斜等運動；
△aCRtR：坐立姿態持續時，以加速度或是相對於重力方向的角度變化表示(右)小腿或腳發生的抖動、晃動或傾斜等運動；
△aUAdR：站立姿態持續時，以加速度或是相對於重力方向的角度變化表示(右)上臂發生的抖動、晃動或傾斜等運動；
△aTRdR：站立姿態持續時，以加速度或是相對於重力方向的角度變化表示軀幹-上半身發生的抖動、晃動或傾斜等運動；
△aWSdR：站立姿態持續時，以加速度或是相對於重力方向的角度變化表示(右)手腕發生的抖動、晃動或傾斜等運動；
△aTHdR：站立姿態持續時，以加速度或是相對於重力方向的角度變化表示(右)大腿發生的抖動、晃動或傾斜等運動；
△aCRdR：站立姿態持續時，以加速度或是相對於重力方向的角度變化表示(右)小腿或腳發生的抖動、晃動或傾斜等運動。
在姿態確定程序S120確定受試者的特定靜態身體姿態之後，進入姿態控制能力評估程序S130。在姿態控制能力評估程序S130中，利用如圖1中的姿態控制能力評估運算單元302處理所測量的動態感測數據，獲得各身體部位的姿態維持參數，包含軀幹及各個肢體的偏斜角度、抖動幅度大小、抖動頻率及抖動時間，並將之對應到相同身體姿勢下相同身體部位之標準數據，即，將偏斜角度、抖動幅度、抖動頻率以及抖動時間對比於身體姿態維持的整個時間，以判定姿態維持狀況是否滿足特定評估項目下的評估條件。此流程相當於利用表一「中風病患姿勢控制評估量表」進行評估時，根據0~3分之評估條件判斷中風病患在其中一項評估項目 的維持能力或所需協助程度。
在姿態控制能力評估程序S130中，可選擇發生抖動、晃動或傾斜等運動較明顯的身體部位(例如上半身、手腕、大腿及小腿)來計算姿態維持參數，示例運算式如下，其中FBD_RhP代表各身體部位之復健成效函數，TH代表標準數據，THxx，Thyy及THzz則分別代表在參考座標之x,y及z軸方向的標準數據，BD代表軀幹上半身、手腕、大腿及小腿等身體部位。
Figure 110126678-A0101-12-0016-5
繼續將等式(1)的結果代入等式(2)，以獲得復健成效評估結果，並於S140輸出評估結果。
AFBD_RhP=det(FBD_RhP) 等式(2)
至於用於上述運算式中的標準數據，則可以參考圖11A中的坐立姿態復健成效進展評價及圖11B中的站立姿態復健成效進展評價。以圖11A為例說明，此圖是關於某非特定中風病患或其他病患，或非特定操作者於坐立姿態復健過程中，對坐立姿態時的軀幹上半身、右手臂之前臂手腕、右大腿及右小腿之復健成效進行5次評價，分別為Sit-1、Sit-2、Sit-3、Sit-4及Sit-5，由此5次評價可以看見復健成效指標(四個部位的幾何平均值)由Sit-1的0.29(上半身：0.47、右小臂：0.43、右大腿：0.48、右小腿：0.07)進步到Sit-2的0.69(上半身：0.77、右小臂：0.58、右大腿：0.67、右小腿：0.75)、Sit-3的0.8(上半身：0.79、右小臂：0.8、右大腿：0.95、右小腿：0.92)、Sit-4的0.87(上半身：0.83、右小臂：0.78、右大腿：0.94、右小腿： 0.78)以及Sit-5的0.95(上半身：0.97、右小臂：0.85、右大腿：0.98、右小腿：0.98)。由此姿態復健成效進展可以看出中風病患在坐立姿態的維持能力漸漸回復到復健成效指標1的完全復原狀態。於此復原狀態下，軀幹及個肢體的顫動、抖動、晃動或偏斜皆恢復成正常健康的狀態。
類似的，圖11B則是關於某非特定中風病患或其他病患，或非特定操作者於無扶持站立姿態復健過程中，對站立姿態時的軀幹上半身、右手臂之前臂手腕、右大腿及右小腿復健成效進行5次評價，分別為Stand-1,Stand-2,Stand-3,Stand-4及Stand-5，由此5次評價可以看見復健成效指標由Stand-1的0(上半身：0.28、右小臂：0.41、右大腿：0、右小腿：0)進步到Stand-2的0.53(上半身：0.62、右小臂：0.54、右大腿：0.55、右小腿：0.42)、Stand-3的0.71(上半身：0.71、右小臂：0.62、右大腿：0.76、右小腿：0.78)、Stand-4的0.82(上半身：0.76、右小臂：0.87、右大腿：0.85、右小腿：0.82)以及Stand-5的0.95(上半身：0.95、右小臂：0.90、右大腿：0.96、右小腿：0.95)。由此姿態復健成效進展可以看出中風病患在站立姿態的維持能力，從復健成效指標0，即抖動、晃動或偏斜幅度超過一預定值或無能力站立時，漸漸回復到復健成效指標1的完全復原狀態。於此復原狀態下，軀幹及個肢體的顫動、抖動、晃動或偏斜皆恢復成正常健康的狀態。
復健過程中，由於身體姿態維持能力還在恢復中，所以可以採用圖11A的Sit-4或是圖11B的Stand-4之客觀的復健成效指標當作姿態維持參考值，即其所對應的顫動、抖動、晃動或是偏斜值當作表一A-1維持姿勢項目下的2.「沒有扶持下可以坐立超過10秒鐘」之評估條件，用來比對於復健成效評估中所量測到的顫動、抖動、晃動、或偏斜等參考數據，或 說姿態維持參數；或是採用圖11A的Sit-5或是圖11B的Stand-5復健成效指標當作姿態維持參考值，即其所對應的顫動、抖動、晃動或是偏斜值當作表一A-1維持姿勢項目下的3.「沒有扶持下可以坐立超過5分鐘」之評估條件，用來比對於復健成效評估中所量測到的顫動、抖動、晃動、或偏斜等參考數據，或說姿態維持參數。當然也可以將圖11A的Sit-5或是圖11B的Stand-5復健成效指標所對應的顫動、抖動、晃動或是偏斜值當作表一A-1維持姿勢項目下的2.「沒有扶持下可以坐立超過10秒鐘」之評估條件的顫動、抖動、晃動、或偏斜比對參考數據。
繼續參閱圖3，本發明的姿態控制評量方法100在輸出評估結果之後，可再進行到具有更高評估條件的再一評估S150，並在S160中選擇另一評估姿態或另一評估條件，進一步確定受試者的姿態控制能力。此步驟可藉由例如圖1中的處理器30及資料庫20而實現。例如，當受試者通過表一評估項目A3的評估條件1.「沒有扶持下無法站立，沒有扶持下可站立超過10秒鐘或是身體明顯的偏向一側」之後，本案的姿態控制評量裝置1可以提示受試者或是操作者，是否要再繼續進行A3的評估條件2.「沒有扶持下可站立超過1分鐘或是身體些微不對稱」的評估。或者，資料庫20可以用於儲存包含多個評估項目及多個評估條件的評估內容，處理器30根據資料庫20中儲存的評估項目及評估條件，自動地進行A3的評估條件2的評估。在另一實施例中，本發明的姿態控制評量裝置1可以提示受試者或操作者，是否要變換姿勢，進行另一個評估項目B11的評估條件1.「需要很多協助」的評估。
若受試者選擇進行再一評估，本發明的姿態控制評量方法100重新進行S110~S140的程序，以獲得再一評估的評估結果。或者，在不 改變評估條件的情況下，本發明的姿態控制評量方法100也可以重新進行S110~S140的程序，以驗證前一次的評估結果。
根據本發明的另一實施例，本發明的姿態控制評量方法100可在指定特定靜態身體姿態的情況下，直接執行姿態控制能力評估程序S130，並在S140輸出評估結果。在此範例中，可省略S120，在S110中利用運動感測器感測各身體部位的動態感測數據，依據前文所述的姿態控制能力評估程序進行S130及S140。
本發明的姿態控制評量裝置1及姿態控制評量方法100除了產生姿態控制能力評估結果之外，也能根據評估結果提供受試者合適的行動練習規劃。例如，依據評估結果，從資料庫20儲存的評估條件選出行動練習內容以及與行動練習內容對應的時間配置。行動練習規劃的一個實施例可包括：從表一評估項目A3「無扶持下站立」進階至評估項目A4「健側腳站立」、再進階至評估項目A5「患側腳站立」。行動練習規劃的另一個實施例可包括：從表一評估項目B12「站立時，撿起地上的鉛筆」變換至評估項目B11「由站到坐」、再變換至評估項目B10「由坐到站」。
以下將藉由具體實施例說明本發明姿態控制評量方法100的姿態確定程序及姿態控制能力評估程序。
實施例1. 無扶持下坐立姿態
若運動感測器感測到無扶持下坐立姿態組態特徵值，如圖4A及圖4B所示，則姿態確定運算單元便會選定表一評估項目A1「無扶持下坐立」姿態、或評估項目B9「從坐到平躺」姿態、或評估項目B10「由坐到站」姿態，以進行後續的姿態控制能力評估，包括評估條件如下：
A1.無法坐立、需些微扶持下始能坐立、沒有扶持下可以坐立超過10秒鐘、或沒有扶持下可以坐立超過5分鐘；
B9.無法從事、很多協助、一點協助、或不需協助；
B10.無法從事、很多協助、一點協助、或不需協助。
實施例2. 扶持下站立姿態
若運動感測器感測到扶持下站立姿態組態特徵值，如圖5A及圖5B所示，則姿態確定運算單元便會選定表一評估項目A2「扶持下站立」姿態、或評估項目B11「由站到坐」姿態、或評估項目B12「站立時，撿起地上的鉛筆」，以進行後續的姿態控制能力評估，包括評估條件如下：
A2.扶持下仍無法站立、兩人用力扶持下可站立、一人中度扶持下可站 立、或單手扶持下可站立；
B11.無法從事、很多協助、一點協助、或不需協助；
B12.無法從事、很多協助、一點協助、或不需協助。
實施例3. 無扶持下站立姿態
若運動感測器感測到無扶持下站立姿態組態特徵值，如圖6A及圖6B所示，則姿態確定運算單元便會選定表一評估項目A3「無扶持下站立」姿態，以進行後續的姿態控制能力評估，包括評估條件如下：
A3.沒有扶持下無法站立、沒有扶持下可站立超過10秒鐘或是身體明顯的偏向一側、沒有扶持下可站立超過1分鐘或是身體些微不對稱、或沒有扶持下可站立超過1分鐘同時手臂可以在超過肩膀的高度活動。
進行A3評估時，運動感測器將會量測軀幹及各肢體的傾斜、抖動及擺動等動態感測數據，藉此分析受試者在此站立姿態下的姿態控制能力。若量測到的動態感測數據無法與所定義的站立姿態組態特徵值對應，則可客觀的反映受試者在無扶持下無法站立的事實。
實施例4. 健側腳(或左腳)站立姿態
若運動感測器感測到健側腳站立(或左腳)姿態組態特徵值，如圖7A或圖7B所示，則姿態確定運算單元便會選定表一評估項目A4「健側腳站立(或左腳)」姿態，以進行後續的姿態控制能力評估，包括評估條件如下：
A4.無法站立、站立數秒鐘、站立超過5秒鐘、或站立超過10秒鐘。
進行A4評估時，運動感測器將會量測軀幹及各肢體的傾斜、抖動及擺動等動態感測數據，藉此分析受試者在此身體姿態下，即健側腳站立(或左腳)姿態下的姿態控制能力。若量測到的動態感測數據無法與所定義的身體姿態組態特徵值對應，則可客觀的反映受試者無法達成或維持健側腳(或左腳)站立姿態的事實。
實施例5. 患側腳(或右腳)站立姿態
若運動感測器感測到患側腳(或右腳)站立姿態組態特徵值，如圖8A或圖8B所示，則姿態確定運算單元便會選定表一評估項目A5「患側腳站立(或右腳)」姿態，以進行後續的姿態控制能力評估，包括評估條件如下：
A5.無法站立、站立數秒鐘、站立超過5秒鐘、或站立超過10秒鐘。
進行A5評估時，運動感測器將會量測軀幹及各肢體的傾 斜、抖動及擺動等動態感測數據，藉此分析受試者在此身體姿態下，即患側腳(或右腳)站立姿態下的姿態控制能力。若量測到的動態感測數據無法與所定義的身體姿態組態特徵值對應，則可客觀的反映受試者無法達成或維持患側腳(或右腳)站立姿態的事實。
實施例6.平躺姿態
若運動感測器感測到平躺姿態組態特徵值，如圖9A及圖9B所示，則姿態確定運算單元便會選定表一評估項目B6「從平躺翻身到患側(或左側)」姿態、或評估項目B7「從平躺翻身到健側(或右側)」姿態、或評估項目B8「從平躺到坐」姿態，以進行後續的姿態控制能力評估，包括評估條件如下：
B6.無法從事、很多協助、一點協助、或不需協助；
B7.無法從事、很多協助、一點協助、或不需協助；
B8.無法從事、很多協助、一點協助、或不需協助。
本案的運動感測器可以感測受試者初始的身體姿態(即平躺姿態)以及最後的身體姿態(即左側躺、右側躺或坐立姿態)之軀幹及各肢體的運動感測數據，藉此與定義的平躺姿態組態特徵值以及最後的身體姿態組態特徵值對應，以獲得此等身體姿態變換的姿態控制能力。
雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。另外，本發明的任一實施例或申請專利範圍不須達成本發明所揭露之全部目的或優點或特點。此外，摘要部分和標題僅是用來輔助專利文件 搜尋之用，並非用來限制本發明之權利範圍。
100:方法
S110:姿態感測
S120:姿態確定程序
S130:姿態控制能力評估程序
S140:輸出評估結果
S150:再一評估
S160:選擇另一評估姿態或另一評估條件

Claims (20)

  1. 一種用於評估一受試者的姿態控制能力的裝置，包括：一感測單元，包含對應地配置在該受試者的多個身體部位上的多個運動感測器，用以產生多個感測數據，其中各該感測數據包括一靜態感測數據及一動態感測數據；一資料庫，用於儲存多個參考身體姿態下各該身體部位的一姿態維持參考值；以及一處理器，被配置為接收來自該感測單元的該多個感測數據以及來自該資料庫的該姿態維持參考值，且包含：一姿態確定運算單元，被配置為將該多個感測數據中的該多個靜態感測數據形成一矩陣模型來對應一身體姿態組態，並利用該身體姿態組態的一姿態組態特徵值來確定該受試者處於何一特定靜態身體姿態；以及一姿態控制能力評估運算單元，被配置為處理該特定靜態身體姿態之隨時間發生的一抖動、一晃動或一傾斜運動而產生的各該動態感測數據以獲得該多個身體部位的各該身體部位的一姿態維持參數，並將各該姿態維持參數與該特定靜態身體姿態下對應的各該身體部位的該姿態維持參考值進行比較，以產生一姿態控制能力評估結果。
  2. 如請求項1所述的裝置，更包含：與該處理器耦接的一顯示器，用於顯示該姿態控制能力評估結果。
  3. 如請求項1所述的裝置，其中該處理器有線地或無線地被連接至具有一介面的一輸入裝置，該輸入裝置用於接收一操作者的一輸入，並藉由該介面控制該處理器。
  4. 如請求項1所述的裝置，其中該受試者為一健康受試者、一病患、一傷患或是一行動障礙者。
  5. 如請求項1所述的裝置，其中該多個身體部位包含軀幹、上臂、手腕、大腿及小腿，且該感測單元更包含一扶持感測器，用以感測來自一扶持者的一接觸。
  6. 如請求項1所述的裝置，其中該靜態感測數據包括各身體部位相對於一參考方向的一角度或一方位角，而該動態感測數據包括一加速度、一角加速度、一位移及一頻率中的至少兩個。
  7. 如請求項1所述的裝置，其中該資料庫更被配置以用於儲存包含多個評估項目及多個評估條件的一評估內容，該評估內容為一評估量表，該多個評估項目包括多個坐姿評估項目及多個站姿評估項目，且該多個評估條件包括該多個評估項目的一維持能力及一協助程度。
  8. 如請求項1所述的裝置，其中該多個參考身體姿態包括一站姿、一坐姿、一蹲姿、一臥姿及一躺姿。
  9. 如請求項1所述的裝置，其中該姿態維持參考值包括一參考維持時間、一參考偏斜角度、一參考抖動時間、一參考抖動振幅及一參考抖動頻率。
  10. 如請求項6所述的裝置，其中該姿態確定運算單元被配置為將該多個身體部位之該多個角度或該多個方位角形成多個向量，該多個向量組成該矩陣模型或一向量模型，以對應地表示該身體姿態。
  11. 如請求項1所述的裝置，其中該姿態維持參數包括一維持時間、一偏斜角度、一抖動時間、一抖動振幅及一抖動頻率。
  12. 一種用於評估一受試者的姿態控制能力的方法，包括以下步驟： 將多個運動感測器對應地配置在該受試者的多個身體部位上，以產生多個感測數據，其中各該感測數據包括一靜態感測數據及一動態感測數據；根據該多個靜態感測數據執行一姿態確定程序，該姿態確定程序包含利用該等靜態感測數據來對應一身體姿態組態，並以該身體姿態組態的一姿態組態特徵值來確定該受試者處於何一特定靜態身體姿態；以及執行一姿態控制能力評估程序，包括：處理該特定靜態身體姿態之隨時間所發生的一抖動、一晃動或一傾斜運動而產生的該動態感測數據以獲得相應的該特定靜態身體姿態下，各該身體部位的一姿態維持參數；以及將該姿態維持參數與該特定靜態身體姿態下各該身體部位的一姿態維持參考值進行比較，以產生一姿態控制能力評估結果。
  13. 如請求項12所述的方法，其中該相應身體姿態係該特定靜態身體姿態或一動態身體姿態，該動態身體姿態係在該特定靜態身體姿態下產生動作的狀態。
  14. 如請求項12所述的方法，其中該姿態確定程序包括將該多個感測數據中的該多個靜態感測數據形成一身體姿態組態，並將該身體姿態組態與包含多個評估項目及多個評估條件的一評估內容進行比對，以確定該身體姿態組態的一對應評估項目。
  15. 如請求項14所述的方法，更包含將該姿態控制能力評估結果與該評估內容進行比對，確定該姿態控制能力評估結果的一對應評估條件，依據該姿態控制能力評估結果來選取一另一評估條件，並產生另一姿態控制能力評估結果。
  16. 如請求項12所述的方法，更包含重新執行該姿態確定程序以及該姿態控制能力評估程序以產生另一姿態控制能力評估結果。
  17. 如請求項12所述的方法，更包含依據該姿態控制能力評估結果建議一行動練習規劃，該行動練習規劃包括多個相異的行動練習內容及與各該行動練習內容對應的一時間配置。
  18. 一種用於評估一受試者的姿態控制能力的方法，包括以下步驟：將多個運動感測器對應地配置在該受試者的多個身體部位上，以產生多個靜態感測數據及多個動態感測數據，並藉一扶持感測器，來感測該受試者的一接觸並產生一接觸感應訊號；以及利用該等靜態感測數據來形成一身體姿態組態，並以該身體姿態組態的一姿態組態特徵值及該接觸感應訊號來對應一扶持的特定靜態身體姿態下，執行一姿態控制能力評估程序，包括：處理該扶持的特定靜態身體姿態之隨時間所發生的一抖動、一晃動或一傾斜運動而產生的該動態感測數據以獲得相應的該扶持的特定靜態身體姿態下，各該身體部位的一姿態維持參數；以及將該姿態維持參數與該扶持的特定靜態身體姿態下各該身體部位的一姿態維持參考值進行比較，以產生一姿態控制能力評估結果。
  19. 如請求項18所述的方法，其中該多個運動感測器更產生多個靜態感測數據。
  20. 如請求項19所述的方法，更包括根據該多個靜態感測數據執行一姿態確定程序，以確定該受試者處於該特定靜態身體姿態。
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