一种基于MicrosoftKinect的脑卒中患者上肢运动功能训练方法与流程

技术特征：
1.一种基于microsoft kinect 2.0的脑卒中患者上肢运动功能训练方法，其特征在于，包括以下步骤：1）初始定义：建立人体空间坐标系，调用训练动作相关的关节点参数定义，并初始化各参数值、设置基本姿势的条件算法；2）动作执行：偏瘫患者在屏幕中文字、图像及声音的指导下执行训练动作；3）数据采集：利用安装在治疗室的kinect摄像头获取患者人体关节点的三维坐标信息；4）数据分析：通过动作算法将训练动作分解，对获取到的关节点坐标按流程进行计算分析，判断患者训练动作执行的充分程度；5）实时反馈：利用kinect构造虚拟人体，将患者训练动作的执行情况通过屏幕图像进行实时反馈，并对动作完成的不充分之处给予提示；6）结果评价：对康复训练过程中各项动作的完成程度进行统计分析，量化整体的训练成绩。2.根据权利要求1所述的一种基于microsoft kinect 2.0的脑卒中患者上肢运动功能训练方法，其特征在于，所述步骤1）建立人体空间坐标系：假设head、neck、spine shoulder、spine mid、spine base在一条直线上；以spine base骨骼坐标点为（0，0），左右方向为（x），上下方向为（y），前后方向为（z），向右、向上和向前为正值，向左、向下和向后为负值。3.根据权利要求1所述的一种基于microsoft kinect 2.0的脑卒中患者上肢运动功能训练方法，其特征在于，所述步骤1）评定动作相关的关节点参数定义，直接调用microsoft kinect 2.0系统自带的参数定义。4.根据权利要求1所述的一种基于microsoft kinect 2.0的脑卒中患者上肢运动功能训练方法，其特征在于，所述步骤1）初始化各参数，具体为确定人体上肢手臂长度、躯干长度值：左手臂长度：l_amlt = j_srlt_y
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j_hdlt_y右手臂长度：l_amrt = j_srrt_y
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j_hdrt_y左手手掌到肘关节长度：l_amlt_1 = j_ewlt_y
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j_hdlt_y右手手掌到肘关节长度：l_amrt_1 = j_ewrt_y
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j_hdrt_y左手肘关节到肩长度：l_amlt_2 = j_srlt_y
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j_ewlt_y右手肘关节到肩长度：l_amrt_2 = j_srrt_y
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j_ewrt_y。5.根据权利要求1所述的一种基于microsoft kinect 2.0的脑卒中患者上肢运动功能训练方法，其特征在于，所述步骤1）设置基本姿势的条件算法：设定容差为delt = 5cm；当人体处于端坐位时，各动作满足的条件：左手自然下垂，不弯曲：|j_srlt_x
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j_hdlt_x| <delt & |j_srlt_y
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j_hdlt_y
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l_amlt |<delt右手自然下垂，不弯曲：|j_srrt_x
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j_hdrt_x| <delt &|j_srrt_y
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j_hdrt_y
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l_amrt |<delt左右手臂伸直的满足条件：
|（（s_srlt_x
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s_hdlt_x）2 （s_srlt_y
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s_hdlt_y）2 s_srlt_z
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s_hdlt_z）2）^0.5
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l_amlt| < delt|（（s_srrt_x
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s_hdrt_x）2 （s_srrt_y
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s_hdrt_y）2 s_srrt_z
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s_hdrt_z）2）^0.5
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l_amrt| < delt。6.根据权利要求1所述的一种基于microsoft kinect 2.0的脑卒中患者上肢运动功能训练方法，其特征在于，所述步骤2）训练动作，基于brunnstrom上肢运动功能评定表中各期的障碍特点设计，具体包括：（1）brunnstrom上肢运动功能恢复
ⅰ‑ⅱ
期推荐训练动作：
①
健手握住患手，双上臂贴在身前，用健手带动患手，使双上肢共同向身体前方伸展；
②
健手握住患手，双上肢肘关节伸直，用健手带动患手，使双上肢共同上举过头顶；（2）brunnstrom上肢运动功能恢复ⅲ期推荐训练动作：
①
健手握住患手，双上臂贴在身前，用健手带动患手，使双上肢共同向身体前方伸展；
②
健手握住患手，双上肢肘关节伸直，用健手带动患手，使双上肢共同上举过头顶；
③
健手握住患手，双上臂贴在身前，用健手带动患手，使双上肢共同向身体前方伸展，而后以双臂间为轴，转动双上肢至健手在上，并轻压患侧上肢，使患侧肩关节外旋，前臂旋后；（3）brunnstrom上肢运动功能恢复ⅳ期推荐训练动作：
①
患侧上肢自然下垂，将患侧上肢向身体前方伸展；
②
患侧上肢自然下垂，将患侧上肢向身体前方伸展，而后尝试患侧前臂旋后至拇指朝上；
③
患侧上肢自然下垂，肘关节伸直，将患侧上肢由身体前方上举至与肩同高；
④
患侧上肢自然下垂，肘关节伸直，将患侧上肢向身体侧方与矢状轴呈30
°
方向水平外展，与肩同高（将患侧上肢抬至与肩同高、与身体矢状轴呈30
°
夹角处）；
⑤
患侧手放至身体前侧，患侧上肢尝试伸向背后，触碰腰部背面；
⑥
患侧上肢模拟打电话、浇花等动作；（4）brunnstrom上肢运动功能恢复
ⅴ
期推荐训练动作：
①
患侧上肢自然下垂，肘关节伸直，将患侧上肢由身体前方上举，尝试举到过头顶；
②
患侧上肢自然下垂，将患侧上肢向身体前方伸展，而后患侧前臂旋后至手心朝上，并保持5秒；
③
患侧上肢自然下垂，将患侧上肢向身体侧方与矢状轴呈45
°
方向水平伸展，并尝试举过头顶；
④
患侧上肢自然下垂，将患侧上肢向身体侧方与矢状轴呈60
°
方向水平伸展，并尝试举过头顶；
⑤
患者上肢模拟用钥匙开门、指路等动作；（5）brunnstrom上肢运动功能恢复
ⅵ
期推荐训练动作：
①
患侧上肢肘关节屈曲，指尖搭在肩上，用最快的速度上举并伸展患侧上肢，而后还原初始动作，反复进行10次；
②
患侧手放在同侧大腿上，用最快的速度触摸下巴，然后放回到大腿上，反复进行10次；
③
患侧上肢模拟打羽毛球、套圈等动作。7.根据权利要求1所述的一种基于microsoft kinect 2.0的脑卒中患者上肢运动功能训练方法，其特征在于，所述步骤4）通过动作算法将训练动作分解，具体过程如下：基于kinect可捕捉到的人体关节点，利用身体各部位关节点间x、y、z的坐标参照关系，设计出可以分解复杂训练动作的动作算法；将kinect捕捉到的患者动作过程中相关关节点的三维坐标带入算法，判断患者完成了多少分解动作，进而确定该项训练动作执行的充分程度。8.根据权利要求1所述的一种基于microsoft kinect 2.0的脑卒中患者上肢运动功能训练方法，其特征在于，所述步骤5）将患者动作的执行情况通过屏幕图像进行实时反馈，具体指将患者的动作完成情况以虚拟人体图像的形式即时反馈在屏幕上，并与屏幕中的标准指导动作形成对比，清楚地反映出患者训练动作完成的不充分之处。9.根据权利要求1所述的一种基于microsoft kinect 2.0的脑卒中患者上肢运动功能训练方法，其特征在于，所述步骤5）对动作完成的不充分之处给予提示，具体基于动作算法对于每项训练动作的分解动作完成情况的判断；依据每项训练动作判定时的计算分析流程，对未达标准的分解动作给予图像、文字、语音提示，并给予患者执行、调整的时间；若患者在规定时间内达成分解动作的要求，则依据判定流程对该项训练动作的下一个分解动作的完成情况进行判断，重复上述的提示流程；若患者在规定时间内仍未达成分解动作的要求，则储存、记录该项训练动作的完成度，并进行下一项训练动作。10.根据权利要求1所述的一种基于microsoft kinect 2.0的脑卒中患者上肢运动功能训练方法，其特征在于，所述步骤6）对康复训练过程中各项动作的完成程度进行统计分析，基于动作算法按照预定流程对每项训练动作的分解动作完成情况的判定；对于单项训练动作，即使不能充分地完成，依据其中达成分解动作数量的不同，可反映出患者该项训练动作完成度的差异，进而得到不同的评分；统计各项训练动作的完成程度，最终可量化整体训练的成绩。

技术总结
本发明利用Microsoft Kinect 2.0的骨骼追踪技术和深度图像数据，结合卒中患者上肢运动功能障碍特点，提供了一种即使康复医生和治疗师缺席的情况下，也能进行科学、有效、精准的康复训练方法。具体流程包括：1）初始定义：建立人体空间坐标系，调用关节点参数定义，进行初始化、设置基本姿势条件算法；2）动作执行：患者在屏幕文字、图像及声音指导下执行训练动作；3）数据采集：利用Kinect摄像头获取人体关节点的三维坐标信息；4）数据分析：通过算法将训练动作分解，对关节点坐标进行分析，判断动作执行情况；5）实时反馈：将动作执行情况通过屏幕进行实时反馈，并进行提示；6）结果评价：对康复训练中各动作完成情况进行分析，记录成绩。记录成绩。


技术研发人员：黄富表 刘静娅 方蕊
受保护的技术使用者：黄富表
技术研发日：2021.06.15
技术公布日：2021/9/17