健康管理设备的制作方法

专利名称：健康管理设备的制作方法
健康管理设备
本发明涉及用于神经运动紊乱(例如中风)治疗的康复和/或物 理疗法的系统和方法。中风之后，患者通常经受运动协调方面的障碍 之苦。对这些障碍的了解是最不充分的，但是这些障碍通常在脑损伤 之后的功能恢复方面是最使人虛弱的。这些协调方面的缺陷表现为异
常的肌肉协作(synergy),并且导致使人丧失机能的受限和僵化的 运动模式。这些肌肉协作方面的限制的结果是例如肩部外展和手臂肘 部弯曲之间的异常耦联，这显著降低了中风存活者在抵抗重力抬起受 损手臂的重量时他/她触及的空间。当前减轻这些异常协作的神经治 疗方法已经产生了有限的机能恢复。在腿部，异常协作的表现导致臀 部/膝部伸展与晋部内收的耦联。其结果是在站立姿势期间在受损腿 部中激励胥部外展肌的能力降低。
用于克服这些缺陷的两种康复策略是运动范围和等速锻炼 (exercise)。传统上，它们是在患者和治疗者之间的人工治疗会话 中执行的。在称为运动范围的康复策略中，患者的锻炼在于用户无力
最大的伸展;而不再可能为止。此时，治疗者进行"管并且使:患者的
运动继续到达到最大伸展的位置。
在称为等速锻炼的第二康复策略中，患者进行特定的受力运动。 患者的运动被允许仅具有预先定义的速度。如果他试图更快，那么反 作用力使他放慢速度。
当在医院或康复中心提供传统的治疗时，通常一天一次或两次对 患者进行半小时会话的观察。在门诊患者治疗中，这减少到一星期一 次或两次。
当前的研究表明，用于改善患者协调性的运动肌(motor)锻炼 可以作为远程康复解决方案的一部分而在家里进行。可用的系统使用 视频会议方法，其中患者在他方便的时候在相机前进行锻炼。例如在 US2002/0146672A1中公开了这种系统。该系统包括在用户通过与虛
4拟图像交互来进行锻炼时感测用户手的手指(digit)位置的设备。 第二设备在用户通过与虚拟图像交互来进行锻炼时提供反馈给用户 并且测量所述手的手指位置。所述虛拟图像基于针对用户的表现所确 定的目标而进行更新以便提供更难或者更容易的锻炼。因此，不管用 户的运动如何有限，如果用户的表现落入预定的参数范围，那么用户 可以通过该锻炼考验，并且可以逐渐增加难度水平。
用户表现的数据由治疗者进行存储和查看。因此，所述康复系统 包括康复站点、数据存储站点和数据访问站点，这些站点通过它们之 间的互联网连接而包括在康复系统中。数据访问站点包括通过向医生 或治疗者发送记录的视频而允许医生/治疗者使用患者手的图形图像 来实时地监视患者所进行的锻炼的软件，其中该医生或治疗者查看这 些锻炼并且给出反馈。存在若干个无源和有源设备，例如Theraband 或者Reck MotoMed，其作为远程康复解决方案的一部分而允许用户 在家里进行这样的锻炼。然而，仍然存在问题，即该锻炼如何由治疗 者从远程位置进行查看。对完整的锻炼进行视频记录以及在以后的时 间由治疗者在后台办公室(back-office)中对其进行查看是最容易 的解决方案之一，这是因为它只需要视频会议系统的标准部件。
这种方法的问题在于，治疗者仍然必须完全查看整个长度的视 频。因此，患者和治疗者之间的昂贵的1: 1比例没有被解决，它只是 时间上进行了解耦并且因而仍然是非常耗时的。在这一点上，在记录 器的"快进，，模式中查看锻炼是加速查看过程以便分析患者的病期或 进展的唯一解决方案。
因此，本发明的目的是提供允许对患者或用户的运动肌问题进行 加速分析和/或对恢复进展进行加速分析的系统和方法。
这个目的通过依照本发明的权利要求1和6的系统和方法来实现。
依照本发明的健康管理系统包括躯体或肢体运动检测装置，用 于检测用户躯体或肢体的运动；运动分析装置，用于分析所迷躯体或 肢体运动检测装置执行的测量的结果是否偏离预先规定的值；以及记 录装置，用于记录并且临时存储用户躯体或肢体的运动。为了提供有 关用户的躯体或肢体运动的概要信息，如果所述躯体运动检测装置执行的测量的结果超过预定阈值，那么就将记录装置记录的运动数据从 该记录装置转发到存储装置。通过仅显示包括例如病原运动或者任何 其他感兴趣运动(比如示出患者的灵活性的运动)的序列的数据，最 小化了治疗者分析所述运动肌疾病的受限协调或改善所需的时间。
因此，1:1的患者治疗者比例不仅在时间上解耦了 ，而且还集 中于与分析有关的序列以及如何继续进行治疗的决定。
换言之，所提出的系统向所记录的锻炼序列度量提供了有关所执 行的锻炼的质量以及患者顺应性(compliance)的标注 这样的数据 可以例如通过在贯穿预定锻炼的过程中跟踪必要的躯体部分(例如手 臂、手、脸部、腿部)来产生。通过将躯体部分的轨迹与存储在模板 上并且从数据库中获取的参考运动相比较，所述系统能够陈述锻炼被 执行得有多好、用户患了什么种类的疾病以及在此时刻用户处于什么 康复期。可替换地，可以根据测量的运动来计算诸如运动范围、速度 或反射(jerk)之类的值并且将其与从所述数据库中获得的参考值进
行比较。
依照本发明的测量装置可以是具有标记的基于相机的计算机视 觉装置、使用计算机视觉的无标记运动跟踪装置、惯性传感器、传感 器服装(garment)和/或任何其他运动或位置传感器。在一个实施例 中，所述躯体或肢体运动测量装置为至少一个计算机视觉装置、至少 一个视觉标记和/或至少一个惯性传感器。这些标记或惯性传感器置 于用户的对应肢体或躯体上以便产生有关空间位置相对变化的信息 并且可以用来将正进行锻炼的用户的运动与参考模板进行比较。偏差 的计算可以通过基于如质量、顺应性或同步性那样的判据、将所述躯 体或肢体运动测量装置所测量的运动与个性化锻炼模板进行比较来 执行。
超过阈值的运动可能意味着用户的运动肌问题或者可能意味着 用户运动肌问题的改善或者恢复的进展，这对于在未来的康复过程中 评估另外的步骤是非常重要的。
因此，通常可以产生有关完整的锻炼会话以及有关特定锻炼的信 息并且将其呈现给治疗者以便提供概要信息。治疗者可以立即访问这 些质量水平高于所述预定阈值的序列。
锻炼中的令人感兴趣的序列可以通过显示整个视频序列、设置规定的阈值并且选择和标记那些标注的质量数据超过所述阈值的序列 来进行标记。还可以在将所述概要数据转发给治疗者之前，在所述被
标记序列的数据(例如每个9-10秒)之前和/或之后添加序列的数据， 以便指示所述运动的构成并且显示用户的整个病原运动及其发展。还 可以针对整个被记录的锻炼序列和/或针对特定锻炼给出有关质量度 量的统计量。
在本发明的一个实施例中，所述系统还可以从视觉上或者从听觉 上指示用户开始以及停止锻炼以便促进所述标注和分析过程。
为了支持对用户运动的跟踪并且最小化记录所述运动的错误率， 在依照本发明的健康管理系统中提供了诸如IR标记或惯性传感器之 类的附加装置，其置于用户的对应肢体或躯体上。这些传感器提供有 关运动过程的另外的信息并且可以用来将用户的锻炼与存储在所述 数据库中的参考模板进行比较。本领域技术人员应当认识到，无标记 跟踪也可以获得有关用户运动的必要信息。
将所述视频以及所述质量标注一起传送给位于远程站点或者位 于与用户相同的位置处的治疗者，其中在所述远程站点处，数据传送 可以通过互联网来实现。治疗者可以立即访问那些质量度量高于预定 阈值的序列。作为一个特例，将该阈值设置到它的最小值导致治疗者 访问其中发生用户或患者的运动的所有部分或序列。依照本发明的提 供有关用户健康期的概要信息的方法包括以下步骤
-例如借助于由至少一个视觉标记和/或由至少一个惯性传感器 所支持的计算机视觉来记录用户的运动肌锻炼；
-获取存储在数据库中的个性化锻炼模板或有关运动参数的参 考值；
-借助于无标记跟踪或者借助于利用视觉标记和/或惯性传感器 的计算机视觉来识别和分析患者的运动；
-计算给出有关执行的运动和参考运动之间的偏差信息的偏差 度量；
-利用该信息标注所述视频序列；
-通过设置阈值并且选择那些标注的质量数据超过所述阈值的 剪辑来查看所述视频序列；
-针对整个被记录的锻炼序列和/或特定锻炼给出有关所述质量
7度量的统计量；
-基于如质量或顺应性那样的判据、通过使用任何可能的数据传 输装置对来自远程站点的锻炼剪辑进行排序。
从属权利要求、附图、实例以及以下对于对应附图和实例的描述 中公开了本发明目的的附加细节、特征、特性和优点，所述附图和实 例以示例性的方式示出了依照本发明的健康管理设备的若干优选实 施例和实例。


图1示出了被记录锻炼的传统手工查看；
图2示意性地示出了依照本发明的系统的部件；
图3示出了说明本发明的方法的流程图4示出了附加的标记或者惯性传感器的样例放置；以及
图5示出了用于观看和分析所传送数据的治疗者的可能桌面。
图1示出了记录锻炼的传统手工查看，其中尽管只有短的序列是 与分析相关的，但是治疗者必须查看完整的视频，这是非常耗时的。
图2示出了依照本发明的健康管理系统，图3示出了说明依照本 发明的方法的一个实施例的流程图。依照该实施例的健康管理系统包 括记录用户的锻炼的相机系统以及指示用户开始和停止锻炼的交互 系统。可以利用这些事件来标记视频数据以便在以后的处理步骤中确 定锻炼的开始或结束。还可以利用所请求的锻炼的标识符来标记所述 视频数据。
为了便于记录用户运动并且最小化记录的错误率，通过使用包括 传感器的附加的运动跟踪系统来支持评估过程，所述传感器可以在原 始视频序列中被标识出并且例如如图4中示意性地示出的那样置于 用户的躯体或肢体上。这些标记可以是有色标记或者IR标记，其要 求使用相应的IR相机。之后，IR视频序列必须例如借助于时间戳与 原始视频序列匹配。
如果使用了惯性传感器(例如磁力计、陀螺仪或者加速计)，则 产生有关用户肢体的空间位置相对变化的信息。该数据也必须例如借 助于时间戳映射到原始视频序列。
使用视频序列不是绝对必要的。可替换地，例如利用惯性传感器或者无标记测量的用户躯体或肢体的空间位置可以用来动画绘制化 身，之后该化身的运动由治疗者进行查看。
之后，准备传感器数据，以便通过将某个时间处的IR标记或有 色标记的位置与对应的视频帧关联或者通过将来自惯性传感器的信 息与对应的视频帧关联来确定锻炼质量。
为了确定必须从所述数据库中获取哪个锻炼或运动模板，存在两 种可能性。如果所述交互系统已经从视觉上或者从听觉上指示了用户 进行特定的锻炼，那么该信息同时用来从所述数据库中获取相应的锻 炼或运动模板。如果没有存储这样的信息并且如果可以假设锻炼不是 不合理的，那么可以通过将视频序列与所述数据库中的相关锻炼模板 进行比较来识别该视频序列。
之后，所述传感器和视频数据用来确定锻炼质量。因此，与视频 帧关联的传感器数据用来确定在相应帧中的患者姿势和运动(用于定 位(spotting)运动模式的适当策略例如由Junker等人所描述的那 样)。为此目的，必须确定何时恰好出现锻炼的不同阶段。可以通过 监视用户脸部相对于用户接口的指示屏的位置来确定顺应性，或者可 以监视用户谈话。如果用户集中注意力到所述屏幕上，那么实现高顺 应性，如果用户环顾或者交谈，则出现低顺应性。此外，可以监视锻 炼的早期结束。
如果发现了视频材料的用户片段，其中用户已经执行了锻炼，那 么计算质量度量。该质量度量标记从用户区域中的运动到从数据库中 下栽的模板的距离。
可以例如使用例如AFU等人的，Proceedings of the 31st VLDB conference 2005, Trondheim 2005中公开的动态时间弯曲来计算距 离，该文献通过引用合并于此。可替换地，可以根据诸如反射或速度 之类的运动参数的目标值与用户或患者的运动的值的比较来产生所 述锻炼质量。在评估和标注所述数据之后，将锻炼质量附加到所述原 始视频序列上。
最后，将所标注的视频传输到后端并且存储在数据库中。在如图 4所示的浏览器中查看所述视频序列。通过设置阈值并且选择和标记 那些被标注的质量数据超过预定阈值的剪辑来查看所述视频序列。当 浏览时，所述系统可以显示以下内容
91. 有关总体质量和顺应性的统计量
2. 有关锻炼组(例如腿部锻炼或手臂锻炼)和对应顺应性的统 计量。
此外，可以提供依照不同的判据对剪辑进行分类的功能。判据可 以例如为最差锻炼第一、第一非顺应锻炼、第一或最差锻炼第一等等。 最后，可以通过设置阈值参数来查看和浏览所述视频序列。显示超过 该阈值的剪辑。可以通过改变或者调节所述阈值来改变或者调节概要 数据(参见例如图5中程序的可能桌面草图，其中提供了阈值的调节 功能)。
权利要求
1. 一种健康管理系统，包括-躯体或肢体运动检测装置，用于检测用户躯体或肢体的运动，-运动分析装置，用于分析所述躯体或肢体运动检测装置执行的测量的结果是否偏离预先规定的值，-记录装置，用于记录并且临时存储所述用户躯体或肢体的运动，其中，如果所述躯体运动检测装置执行的测量的结果超过预定阈值，那么就将所述记录装置记录的运动从该记录装置转发到存储装置，以便提供有关超过所述预定阈值的用户的躯体或肢体运动的概要信息。
2. 依照权利要求1的健康管理系统，其中所述躯体或肢体运动测量装置为至少一个具有标记的基于 相机的计算机视觉装置或者使用计算机视觉的无标记运动跟踪装置 和/或至少一个惯性传感器、至少一个传感器衣服和/或任何其他运动 或位置传感器。
3. 依照权利要求1或2的健康管理系统，其中所述偏差的计算通过基于像质量和/或顺应性和/或同步性 那样的判据、将所述躯体或肢体运动测量装置测量的运动与个性化锻 炼模板进行比较来实现。
4. 依照权利要求l-3中任何一项的健康管理系统， 其中超过所述阈值的运动意味着用户的运动肌问题。
5. 依照权利要求1-3中任何一项的健康管理系统， 其中超过所述阈值的运动意味着用户运动肌问题的改善。
6. 依照前面的权利要求中任何一项的健康管理系统， 其中所述阈值可以由治疗者来调节，以便改进对于用户的运动的分析。
7. —种特别是在中风或者其他神经疾病之后分析用户的躯体或 肢体运动的方法，包括步骤-在用户进行预定的运动肌锻炼的同时记录用户的躯体或肢体运动，-将所述运动与个性化锻炼模板进行比较， -通过使用分析装置识别和分析用户的运动，-标记其中用户的运动偏离所述模板的量超过预定阈值的序列， -将所述序列转发到存储装置以便提供有关用户的躯体或肢体运动的概要信息，其中所述转发的序列可以由治疗者获取以便评估用户的状况和/或用户的恢复进展。
8. —种特别是在中风或者其他神经疾病之后分析用户的躯体或 肢体运动的方法，包括步骤-在用户进行预定的运动肌锻炼的同时记录用户的躯体或肢体 运动，-将所述运动与个性化锻炼模板进行比较， -通过使用分析装置识别和分析所述用户的运动， -标记其中用户的运动偏离所述模板的量超过预定阈值的序列， -将用户的完整运动数据转发到存储装置，其中利用所测量的、 相对于由所述锻炼模板限定的目标值的偏差来标注每个运动序列， -由治疗者获取超过该偏差度量的预先定义的阈值的运动序列。
9. 依照权利要求7或8的分析用户的躯体或肢体运动的方法， 其中治疗者位于可以通过互联网实现数据传输的远程站点。
10. 依照权利要求7-9中任何一项的分析用户的躯体或肢体运动 的方法，其中在将所述概要数据转发给治疗者之前，添加在所述标记 序列之前和/或之后的序列的数据，以便指示所述运动的构成。
全文摘要
一种分析用户的躯体或肢体运动的方法以及健康管理系统，该系统包括躯体或肢体运动检测装置，用于检测用户躯体或肢体的运动；运动分析装置，用于分析所述躯体或肢体运动检测装置执行的测量的结果是否偏离预先规定的值；记录装置，用于记录并且临时存储用户躯体或肢体的运动，其中，如果所述躯体运动检测装置执行的测量的结果超过预定阈值，那么就将所述记录装置记录的运动从该记录装置转发到存储装置，以便提供有关超过所述预定阈值的用户的躯体或肢体运动的概要信息。
文档编号A61B5/11GK101489481SQ200780026237
公开日2009年7月22日 申请日期2007年7月2日 优先权日2006年7月12日
发明者G·兰弗曼, R·D·威尔曼 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司