健康管理設備的製作方法

2023-06-07 17:03:11

專利名稱：健康管理設備的製作方法
健康管理設備
本發明涉及用於神經運動紊亂(例如中風)治療的康復和/或物 理療法的系統和方法。中風之後，患者通常經受運動協調方面的障礙 之苦。對這些障礙的了解是最不充分的，但是這些障礙通常在腦損傷 之後的功能恢復方面是最使人虛弱的。這些協調方面的缺陷表現為異
常的肌肉協作(synergy),並且導致使人喪失機能的受限和僵化的 運動模式。這些肌肉協作方面的限制的結果是例如肩部外展和手臂肘 部彎曲之間的異常耦聯，這顯著降低了中風存活者在抵抗重力抬起受 損手臂的重量時他/她觸及的空間。當前減輕這些異常協作的神經治 療方法已經產生了有限的機能恢復。在腿部，異常協作的表現導致臀 部/膝部伸展與晉部內收的耦聯。其結果是在站立姿勢期間在受損腿 部中激勵胥部外展肌的能力降低。
用於克服這些缺陷的兩種康復策略是運動範圍和等速鍛鍊 (exercise)。傳統上，它們是在患者和治療者之間的人工治療會話 中執行的。在稱為運動範圍的康復策略中，患者的鍛鍊在於用戶無力
最大的伸展;而不再可能為止。此時，治療者進行"管並且使:患者的
運動繼續到達到最大伸展的位置。
在稱為等速鍛鍊的第二康復策略中，患者進行特定的受力運動。 患者的運動被允許僅具有預先定義的速度。如果他試圖更快，那麼反 作用力使他放慢速度。
當在醫院或康復中心提供傳統的治療時，通常一天一次或兩次對 患者進行半小時會話的觀察。在門診患者治療中，這減少到一星期一 次或兩次。
當前的研究表明，用於改善患者協調性的運動肌(motor)鍛鍊 可以作為遠程康復解決方案的一部分而在家裡進行。可用的系統使用 視頻會議方法，其中患者在他方便的時候在相機前進行鍛鍊。例如在 US2002/0146672A1中公開了這種系統。該系統包括在用戶通過與虛
4擬圖像交互來進行鍛鍊時感測用戶手的手指(digit)位置的設備。 第二設備在用戶通過與虛擬圖像交互來進行鍛鍊時提供反饋給用戶 並且測量所述手的手指位置。所述虛擬圖像基於針對用戶的表現所確 定的目標而進行更新以便提供更難或者更容易的鍛鍊。因此，不管用 戶的運動如何有限，如果用戶的表現落入預定的參數範圍，那麼用戶 可以通過該鍛鍊考驗，並且可以逐漸增加難度水平。
用戶表現的數據由治療者進行存儲和查看。因此，所述康復系統 包括康復站點、數據存儲站點和數據訪問站點，這些站點通過它們之 間的網際網路連接而包括在康復系統中。數據訪問站點包括通過向醫生 或治療者發送記錄的視頻而允許醫生/治療者使用患者手的圖形圖像 來實時地監視患者所進行的鍛鍊的軟體，其中該醫生或治療者查看這 些鍛鍊並且給出反饋。存在若干個無源和有源設備，例如Theraband 或者Reck MotoMed，其作為遠程康復解決方案的一部分而允許用戶 在家裡進行這樣的鍛鍊。然而，仍然存在問題，即該鍛鍊如何由治療 者從遠程位置進行查看。對完整的鍛鍊進行視頻記錄以及在以後的時 間由治療者在後臺辦公室(back-office)中對其進行查看是最容易 的解決方案之一，這是因為它只需要視頻會議系統的標準部件。
這種方法的問題在於，治療者仍然必須完全查看整個長度的視 頻。因此，患者和治療者之間的昂貴的1: 1比例沒有被解決，它只是 時間上進行了解耦並且因而仍然是非常耗時的。在這一點上，在記錄 器的"快進，，模式中查看鍛鍊是加速查看過程以便分析患者的病期或 進展的唯一解決方案。
因此，本發明的目的是提供允許對患者或用戶的運動肌問題進行 加速分析和/或對恢復進展進行加速分析的系統和方法。
這個目的通過依照本發明的權利要求1和6的系統和方法來實現。
依照本發明的健康管理系統包括軀體或肢體運動檢測裝置，用 於檢測用戶軀體或肢體的運動；運動分析裝置，用於分析所迷軀體或 肢體運動檢測裝置執行的測量的結果是否偏離預先規定的值；以及記 錄裝置，用於記錄並且臨時存儲用戶軀體或肢體的運動。為了提供有 關用戶的軀體或肢體運動的概要信息，如果所述軀體運動檢測裝置執行的測量的結果超過預定閾值，那麼就將記錄裝置記錄的運動數據從 該記錄裝置轉發到存儲裝置。通過僅顯示包括例如病原運動或者任何 其他感興趣運動(比如示出患者的靈活性的運動)的序列的數據，最 小化了治療者分析所述運動肌疾病的受限協調或改善所需的時間。
因此，1:1的患者治療者比例不僅在時間上解耦了 ，而且還集 中於與分析有關的序列以及如何繼續進行治療的決定。
換言之，所提出的系統向所記錄的鍛鍊序列度量提供了有關所執 行的鍛鍊的質量以及患者順應性(compliance)的標註 這樣的數據 可以例如通過在貫穿預定鍛鍊的過程中跟蹤必要的軀體部分(例如手 臂、手、臉部、腿部)來產生。通過將軀體部分的軌跡與存儲在模板 上並且從資料庫中獲取的參考運動相比較，所述系統能夠陳述鍛鍊被 執行得有多好、用戶患了什麼種類的疾病以及在此時刻用戶處於什麼 康復期。可替換地，可以根據測量的運動來計算諸如運動範圍、速度 或反射(jerk)之類的值並且將其與從所述資料庫中獲得的參考值進
行比較。
依照本發明的測量裝置可以是具有標記的基於相機的計算機視 覺裝置、使用計算機視覺的無標記運動跟蹤裝置、慣性傳感器、傳感 器服裝(garment)和/或任何其他運動或位置傳感器。在一個實施例 中，所述軀體或肢體運動測量裝置為至少一個計算機視覺裝置、至少 一個視覺標記和/或至少一個慣性傳感器。這些標記或慣性傳感器置 於用戶的對應肢體或軀體上以便產生有關空間位置相對變化的信息 並且可以用來將正進行鍛鍊的用戶的運動與參考模板進行比較。偏差 的計算可以通過基於如質量、順應性或同步性那樣的判據、將所述軀 體或肢體運動測量裝置所測量的運動與個性化鍛鍊模板進行比較來 執行。
超過閾值的運動可能意味著用戶的運動肌問題或者可能意味著 用戶運動肌問題的改善或者恢復的進展，這對於在未來的康復過程中 評估另外的步驟是非常重要的。
因此，通常可以產生有關完整的鍛鍊會話以及有關特定鍛鍊的信 息並且將其呈現給治療者以便提供概要信息。治療者可以立即訪問這 些質量水平高於所述預定閾值的序列。
鍛鍊中的令人感興趣的序列可以通過顯示整個視頻序列、設置規定的閾值並且選擇和標記那些標註的質量數據超過所述閾值的序列 來進行標記。還可以在將所述概要數據轉發給治療者之前，在所述被
標記序列的數據(例如每個9-10秒)之前和/或之後添加序列的數據， 以便指示所述運動的構成並且顯示用戶的整個病原運動及其發展。還 可以針對整個被記錄的鍛鍊序列和/或針對特定鍛鍊給出有關質量度 量的統計量。
在本發明的一個實施例中，所述系統還可以從視覺上或者從聽覺 上指示用戶開始以及停止鍛鍊以便促進所述標註和分析過程。
為了支持對用戶運動的跟蹤並且最小化記錄所述運動的錯誤率， 在依照本發明的健康管理系統中提供了諸如IR標記或慣性傳感器之 類的附加裝置，其置於用戶的對應肢體或軀體上。這些傳感器提供有 關運動過程的另外的信息並且可以用來將用戶的鍛鍊與存儲在所述 資料庫中的參考模板進行比較。本領域技術人員應當認識到，無標記 跟蹤也可以獲得有關用戶運動的必要信息。
將所述視頻以及所述質量標註一起傳送給位於遠程站點或者位 於與用戶相同的位置處的治療者，其中在所述遠程站點處，數據傳送 可以通過網際網路來實現。治療者可以立即訪問那些質量度量高於預定 閾值的序列。作為一個特例，將該閾值設置到它的最小值導致治療者 訪問其中發生用戶或患者的運動的所有部分或序列。依照本發明的提 供有關用戶健康期的概要信息的方法包括以下步驟
-例如藉助於由至少一個視覺標記和/或由至少一個慣性傳感器 所支持的計算機視覺來記錄用戶的運動肌鍛鍊；
-獲取存儲在資料庫中的個性化鍛鍊模板或有關運動參數的參 考值；
-藉助於無標記跟蹤或者藉助於利用視覺標記和/或慣性傳感器 的計算機視覺來識別和分析患者的運動；
-計算給出有關執行的運動和參考運動之間的偏差信息的偏差 度量；
-利用該信息標註所述視頻序列；
-通過設置閾值並且選擇那些標註的質量數據超過所述閾值的 剪輯來查看所述視頻序列；
-針對整個被記錄的鍛鍊序列和/或特定鍛鍊給出有關所述質量
7度量的統計量；
-基於如質量或順應性那樣的判據、通過使用任何可能的數據傳 輸裝置對來自遠程站點的鍛鍊剪輯進行排序。
從屬權利要求、附圖、實例以及以下對於對應附圖和實例的描述 中公開了本發明目的的附加細節、特徵、特性和優點，所述附圖和實 例以示例性的方式示出了依照本發明的健康管理設備的若干優選實 施例和實例。


圖1示出了被記錄鍛鍊的傳統手工查看；
圖2示意性地示出了依照本發明的系統的部件；
圖3示出了說明本發明的方法的流程圖4示出了附加的標記或者慣性傳感器的樣例放置；以及
圖5示出了用於觀看和分析所傳送數據的治療者的可能桌面。
圖1示出了記錄鍛鍊的傳統手工查看，其中儘管只有短的序列是 與分析相關的，但是治療者必須查看完整的視頻，這是非常耗時的。
圖2示出了依照本發明的健康管理系統，圖3示出了說明依照本 發明的方法的一個實施例的流程圖。依照該實施例的健康管理系統包 括記錄用戶的鍛鍊的相機系統以及指示用戶開始和停止鍛鍊的交互 系統。可以利用這些事件來標記視頻數據以便在以後的處理步驟中確 定鍛鍊的開始或結束。還可以利用所請求的鍛鍊的標識符來標記所述 視頻數據。
為了便於記錄用戶運動並且最小化記錄的錯誤率，通過使用包括 傳感器的附加的運動跟蹤系統來支持評估過程，所述傳感器可以在原 始視頻序列中被標識出並且例如如圖4中示意性地示出的那樣置於 用戶的軀體或肢體上。這些標記可以是有色標記或者IR標記，其要 求使用相應的IR相機。之後，IR視頻序列必須例如藉助於時間戳與 原始視頻序列匹配。
如果使用了慣性傳感器(例如磁力計、陀螺儀或者加速計)，則 產生有關用戶肢體的空間位置相對變化的信息。該數據也必須例如借 助於時間戳映射到原始視頻序列。
使用視頻序列不是絕對必要的。可替換地，例如利用慣性傳感器或者無標記測量的用戶軀體或肢體的空間位置可以用來動畫繪製化 身，之後該化身的運動由治療者進行查看。
之後，準備傳感器數據，以便通過將某個時間處的IR標記或有 色標記的位置與對應的視頻幀關聯或者通過將來自慣性傳感器的信 息與對應的視頻幀關聯來確定鍛鍊質量。
為了確定必須從所述資料庫中獲取哪個鍛鍊或運動模板，存在兩 種可能性。如果所述交互系統已經從視覺上或者從聽覺上指示了用戶 進行特定的鍛鍊，那麼該信息同時用來從所述資料庫中獲取相應的鍛 煉或運動模板。如果沒有存儲這樣的信息並且如果可以假設鍛鍊不是 不合理的，那麼可以通過將視頻序列與所述資料庫中的相關鍛鍊模板 進行比較來識別該視頻序列。
之後，所述傳感器和視頻數據用來確定鍛鍊質量。因此，與視頻 幀關聯的傳感器數據用來確定在相應幀中的患者姿勢和運動(用於定 位(spotting)運動模式的適當策略例如由Junker等人所描述的那 樣)。為此目的，必須確定何時恰好出現鍛鍊的不同階段。可以通過 監視用戶臉部相對於用戶接口的指示屏的位置來確定順應性，或者可 以監視用戶談話。如果用戶集中注意力到所述屏幕上，那麼實現高順 應性，如果用戶環顧或者交談，則出現低順應性。此外，可以監視鍛 煉的早期結束。
如果發現了視頻材料的用戶片段，其中用戶已經執行了鍛鍊，那 麼計算質量度量。該質量度量標記從用戶區域中的運動到從資料庫中 下栽的模板的距離。
可以例如使用例如AFU等人的，Proceedings of the 31st VLDB conference 2005, Trondheim 2005中公開的動態時間彎曲來計算距 離，該文獻通過引用合併於此。可替換地，可以根據諸如反射或速度 之類的運動參數的目標值與用戶或患者的運動的值的比較來產生所 述鍛鍊質量。在評估和標註所述數據之後，將鍛鍊質量附加到所述原 始視頻序列上。
最後，將所標註的視頻傳輸到後端並且存儲在資料庫中。在如圖 4所示的瀏覽器中查看所述視頻序列。通過設置閾值並且選擇和標記 那些被標註的質量數據超過預定閾值的剪輯來查看所述視頻序列。當 瀏覽時，所述系統可以顯示以下內容
91. 有關總體質量和順應性的統計量
2. 有關鍛鍊組(例如腿部鍛鍊或手臂鍛鍊)和對應順應性的統 計量。
此外，可以提供依照不同的判據對剪輯進行分類的功能。判據可 以例如為最差鍛鍊第一、第一非順應鍛鍊、第一或最差鍛鍊第一等等。 最後，可以通過設置閾值參數來查看和瀏覽所述視頻序列。顯示超過 該閾值的剪輯。可以通過改變或者調節所述閾值來改變或者調節概要 數據(參見例如圖5中程序的可能桌面草圖，其中提供了閾值的調節 功能)。
權利要求
1. 一種健康管理系統，包括-軀體或肢體運動檢測裝置，用於檢測用戶軀體或肢體的運動，-運動分析裝置，用於分析所述軀體或肢體運動檢測裝置執行的測量的結果是否偏離預先規定的值，-記錄裝置，用於記錄並且臨時存儲所述用戶軀體或肢體的運動，其中，如果所述軀體運動檢測裝置執行的測量的結果超過預定閾值，那麼就將所述記錄裝置記錄的運動從該記錄裝置轉發到存儲裝置，以便提供有關超過所述預定閾值的用戶的軀體或肢體運動的概要信息。
2. 依照權利要求1的健康管理系統，其中所述軀體或肢體運動測量裝置為至少一個具有標記的基於 相機的計算機視覺裝置或者使用計算機視覺的無標記運動跟蹤裝置 和/或至少一個慣性傳感器、至少一個傳感器衣服和/或任何其他運動 或位置傳感器。
3. 依照權利要求1或2的健康管理系統，其中所述偏差的計算通過基於像質量和/或順應性和/或同步性 那樣的判據、將所述軀體或肢體運動測量裝置測量的運動與個性化鍛 煉模板進行比較來實現。
4. 依照權利要求l-3中任何一項的健康管理系統， 其中超過所述閾值的運動意味著用戶的運動肌問題。
5. 依照權利要求1-3中任何一項的健康管理系統， 其中超過所述閾值的運動意味著用戶運動肌問題的改善。
6. 依照前面的權利要求中任何一項的健康管理系統， 其中所述閾值可以由治療者來調節，以便改進對於用戶的運動的分析。
7. —種特別是在中風或者其他神經疾病之後分析用戶的軀體或 肢體運動的方法，包括步驟-在用戶進行預定的運動肌鍛鍊的同時記錄用戶的軀體或肢體運動，-將所述運動與個性化鍛鍊模板進行比較， -通過使用分析裝置識別和分析用戶的運動，-標記其中用戶的運動偏離所述模板的量超過預定閾值的序列， -將所述序列轉發到存儲裝置以便提供有關用戶的軀體或肢體運動的概要信息，其中所述轉發的序列可以由治療者獲取以便評估用戶的狀況和/或用戶的恢復進展。
8. —種特別是在中風或者其他神經疾病之後分析用戶的軀體或 肢體運動的方法，包括步驟-在用戶進行預定的運動肌鍛鍊的同時記錄用戶的軀體或肢體 運動，-將所述運動與個性化鍛鍊模板進行比較， -通過使用分析裝置識別和分析所述用戶的運動， -標記其中用戶的運動偏離所述模板的量超過預定閾值的序列， -將用戶的完整運動數據轉發到存儲裝置，其中利用所測量的、 相對於由所述鍛鍊模板限定的目標值的偏差來標註每個運動序列， -由治療者獲取超過該偏差度量的預先定義的閾值的運動序列。
9. 依照權利要求7或8的分析用戶的軀體或肢體運動的方法， 其中治療者位於可以通過網際網路實現數據傳輸的遠程站點。
10. 依照權利要求7-9中任何一項的分析用戶的軀體或肢體運動 的方法，其中在將所述概要數據轉發給治療者之前，添加在所述標記 序列之前和/或之後的序列的數據，以便指示所述運動的構成。
全文摘要
一種分析用戶的軀體或肢體運動的方法以及健康管理系統，該系統包括軀體或肢體運動檢測裝置，用於檢測用戶軀體或肢體的運動；運動分析裝置，用於分析所述軀體或肢體運動檢測裝置執行的測量的結果是否偏離預先規定的值；記錄裝置，用於記錄並且臨時存儲用戶軀體或肢體的運動，其中，如果所述軀體運動檢測裝置執行的測量的結果超過預定閾值，那麼就將所述記錄裝置記錄的運動從該記錄裝置轉發到存儲裝置，以便提供有關超過所述預定閾值的用戶的軀體或肢體運動的概要信息。
文檔編號A61B5/11GK101489481SQ200780026237
公開日2009年7月22日 申請日期2007年7月2日 優先權日2006年7月12日
發明者G·蘭弗曼, R·D·威爾曼 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司