一种主动手功能康复训练系统及方法与流程

本技术涉及康复医疗领域，特别是涉及一种主动手功能康复训练系统及方法。

背景技术：

1、手功能康复训练器广泛应用于脑卒中、手部损伤及其他导致手部运动功能障碍患者的康复过程中。患者通常需要通过反复执行手指按压、力量保持及协调控制等主动训练动作，以逐步恢复手部肌力及运动控制能力。

2、现有手功能康复训练主要依赖治疗师观察患者动作并结合量表进行评估，部分电子化训练设备则通过压力传感器或按键记录患者的按压次数、完成时间或是否达到预设力度。

3、上述方式虽然能够反映患者是否完成训练动作，但难以连续获取患者主动发力过程中的力度变化、力度稳定性、目标力度保持情况及压力分布状态，因而不能准确评价患者完成动作的质量。同时，现有设备通常在动作完成后给出简单的成功或失败提示，难以根据患者当前发力状态在动作过程中提供及时且具有方向性的反馈。

4、此外，现有训练设备多采用固定的目标力度、保持时间及允许误差，不能根据患者训练表现、能力提升或疲劳状态动态调整后续训练参数，容易导致训练难度与患者实际能力不匹配。

5、因此，提供一种能够采集患者主动操作过程中的多维力学信息，对动作质量进行客观量化评估，并根据实时操作状态提供引导反馈以及自适应调整后续训练参数主动康复训练方法，是本领域人员亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本技术的目的是提供一种主动手功能康复训练系统及方法，以解决现有手功能康复训练设备评价维度单一、反馈滞后及训练参数固定的问题。

2、为解决上述技术问题，本技术提供一种主动手功能康复训练系统，包括：至少一个交互操作模块和主控设备；所述交互操作模块包括力学信息采集单元、处理单元和反馈单元，所述处理单元分别与所述力学信息采集单元和所述反馈单元连接，所述主控设备与所述交互操作模块通信连接；

3、所述主控设备用于获取当前训练目标参数，并将所述当前训练目标参数发送至所述交互操作模块；所述当前训练目标参数包括操作目标参数以及与多个动作评价特征分别对应的目标评价特征；

4、所述力学信息采集单元用于采集用户主动操作所述交互操作模块时形成的力学数据；

5、所述处理单元用于根据当前采集的所述力学数据与所述操作目标参数之间的关系得到当前操作状态，并根据所述当前操作状态控制所述反馈单元输出对应的引导反馈；

6、所述主控设备用于获取所述力学数据，根据所述力学数据得到所述多个动作评价特征，根据所述多个动作评价特征与分别对应的所述目标评价特征之间的关系得到训练评价结果，根据所述训练评价结果更新所述当前训练目标参数，得到下一训练回合对应的训练目标参数，并将所述下一训练回合对应的训练目标参数发送至所述交互操作模块；其中，所述多个动作评价特征至少包括表征主动发力能力的第一动作评价特征、表征力度控制稳定性的第二动作评价特征和表征持续控制能力的第三动作评价特征。

7、进一步的，所述力学信息采集单元包括压力传感阵列，所述压力传感阵列包括多个压力采集区域；

8、所述主控设备还用于根据各所述压力采集区域对应的压力数据得到压力分布中心、压力作用面积和压力分布中心轨迹中的至少一种空间动作评价特征，将所述空间动作评价特征作为所述多个动作评价特征之一。

9、进一步的，操作目标参数包括目标力度和力度允许范围，力度允许范围包括力度下限值和力度上限值。处理单元根据当前力度与力度下限值及力度上限值之间的关系，分别得到力度不足状态、力度达标状态和力度过大状态，并控制反馈单元输出相互区别的引导反馈。

10、进一步的，所述操作目标参数包括目标力度、力度允许范围和目标保持时长；

11、所述主控设备用于根据一次主动操作过程中的峰值力度与所述目标力度之间的关系得到所述第一动作评价特征；

12、所述主控设备还用于确定所述力学数据首次进入所述力度允许范围的第一时刻以及所述力学数据在所述第一时刻后首次离开所述力度允许范围的第二时刻，将所述第一时刻至所述第二时刻之间的时段作为连续保持时段；并根据所述连续保持时段内的所述力学数据的力度均值和力度标准差之间的关系得到所述第二动作评价特征，所述第二动作评价特征随所述力度标准差相对于所述力度均值的减小而增大；

13、所述主控设备还用于根据所述第一时刻和所述第二时刻得到连续保持时长，并根据所述连续保持时长与所述目标保持时长之间的关系得到所述第三动作评价特征。

14、进一步的，所述主控设备用于分别对所述第一动作评价特征、所述第二动作评价特征和所述第三动作评价特征进行归一化处理，并根据预设权重对归一化处理后的所述第一动作评价特征、所述第二动作评价特征和所述第三动作评价特征进行加权处理，得到所述训练评价结果；

15、所述主控设备还用于根据归一化处理后的所述第一动作评价特征、所述第二动作评价特征和所述第三动作评价特征与分别对应的评价阈值之间的关系，得到待改善动作评价特征。

16、进一步的，所述主控设备用于获取连续多个训练回合对应的所述训练评价结果，基于连续多个训练回合对应的所述训练评价结果的平均值得到阶段训练评价结果；在所述阶段训练评价结果大于或等于上限评价阈值时，所述主控设备提高所述目标力度、缩小所述力度允许范围或延长所述目标保持时长；在所述阶段训练评价结果大于或等于所述下限评价阈值且小于所述上限评价阈值时，所述主控设备保持所述目标力度、所述力度允许范围和所述目标保持时长不变。

17、进一步的，所述主控设备存储有动作评价特征、交互任务和任务控制参数之间的对应关系；

18、所述主控设备用于根据所述待改善动作评价特征和所述对应关系确定目标交互任务以及所述目标交互任务的任务控制参数，根据所述力学数据更新所述目标交互任务的任务控制参数，并按照更新后的所述任务控制参数控制所述目标交互任务运行；

19、所述主控设备还用于根据所述训练评价结果调整下一训练回合的所述任务控制参数或更换所述目标交互任务。

20、本技术还提供一种主动手功能康复训练方法，应用于上述的主动手功能康复训练系统，所述方法包括：

21、获取当前训练目标参数，并将所述当前训练目标参数发送至交互操作模块；所述当前训练目标参数包括操作目标参数以及与多个动作评价特征分别对应的目标评价特征；

22、获取用户主动操作所述交互操作模块时形成的力学数据；

23、由所述交互操作模块根据当前采集的所述力学数据与所述操作目标参数之间的关系得到当前操作状态，并根据所述当前操作状态输出对应的引导反馈；

24、根据所述力学数据得到所述多个动作评价特征，所述多个动作评价特征至少包括表征主动发力能力的第一动作评价特征、表征力度控制稳定性的第二动作评价特征和表征持续控制能力的第三动作评价特征；

25、根据所述多个动作评价特征与分别对应的所述目标评价特征之间的关系得到训练评价结果；

26、根据所述训练评价结果更新所述当前训练目标参数，得到下一训练回合对应的训练目标参数，并将所述下一训练回合对应的训练目标参数发送至所述交互操作模块。

27、进一步的，所述当前训练目标参数包括目标力度、力度允许范围和目标保持时长；

28、所述根据所述力学数据得到所述多个动作评价特征，包括：

29、根据一次主动操作过程中的峰值力度与所述目标力度之间的关系得到所述第一动作评价特征；

30、确定所述力学数据首次进入所述力度允许范围的第一时刻以及所述力学数据在所述第一时刻后首次离开所述力度允许范围的第二时刻，将所述第一时刻至所述第二时刻之间的时段作为连续保持时段；

31、根据所述连续保持时段内的所述力学数据的力度均值和力度标准差之间的关系得到所述第二动作评价特征，所述第二动作评价特征随所述力度标准差相对于所述力度均值的减小而增大；

32、根据所述第一时刻和所述第二时刻得到连续保持时长，并根据所述连续保持时长与所述目标保持时长之间的关系得到所述第三动作评价特征；

33、分别对所述第一动作评价特征、所述第二动作评价特征和所述第三动作评价特征进行归一化处理，并根据预设权重对归一化处理后的所述第一动作评价特征、所述第二动作评价特征和所述第三动作评价特征进行加权处理，得到所述训练评价结果。

34、进一步的，所述根据所述训练评价结果更新所述当前训练目标参数，包括：

35、获取连续多个训练回合对应的所述训练评价结果，并根据连续多个训练回合对应的所述训练评价结果得到阶段训练评价结果；

36、在所述阶段训练评价结果大于或等于上限评价阈值时，提高所述目标力度、缩小所述力度允许范围或延长所述目标保持时长；

37、在所述阶段训练评价结果小于下限评价阈值时，降低所述目标力度、扩大所述力度允许范围或缩短所述目标保持时长；

38、基于调整后的所述目标力度、所述力度允许范围或所述目标保持时长更新所述当前训练目标参数，得到所述下一训练回合对应的训练目标参数。

39、本技术所提供的主动手功能康复训练系统，通过力学信息采集单元采集用户主动操作交互操作模块时形成的力学数据，并根据所述力学数据得到表征主动发力能力、力度控制稳定性和持续控制能力的多个动作评价特征，使训练评价不再局限于动作次数、完成时间或单一力度，而能够从多个方面反映用户主动操作过程的动作质量。通过将多个动作评价特征分别与对应的目标评价特征进行比较，能够基于统一的评价基准得到训练评价结果，以实现对主动康复训练的客观评价。交互操作模块中的处理单元根据当前采集的力学数据与操作目标参数之间的关系得到当前操作状态，并直接控制反馈单元输出相应的引导反馈，使用户能够在主动操作过程中及时获知当前操作状态并调整发力过程。主控设备进一步根据训练评价结果更新当前训练目标参数，得到下一训练回合对应的训练目标参数，使后续训练目标能够随用户的训练表现进行调整。由此，形成了在当前动作过程中的引导反馈以及不同训练回合之间的目标参数更新，解决了现有手功能康复训练设备评价维度单一、反馈滞后以及训练参数固定的问题。

40、另外，本技术还提供一种主动手功能康复训练方法，方法与上述主动手功能康复训练系统对应，效果同上。