一种运动功能障碍评估与训练装置及评估与训练方法
【专利摘要】本发明公开了一种运动功能障碍评估与训练装置及评估与评估与训练方法，装置包括数据采集器和数据输出处理器，所述数据采集器包括加速度传感器、控制电路、计时器、电源和蓝牙模块，所述计数器、电源、加速度传感器、蓝牙模块分别与控制电路连接；所述数据输出处理器设有蓝牙模块、与云端服务器通讯的接口模块，所述数据采集器和数据输出处理器之间通过各自蓝牙模块通讯连接；还包括云端服务器，其接收并存储数据输出处理装置处理所述触发信号后的数据。通过本发明可以节省线材，减少连接线的操作难度，令本装置不再局限在某一个地方使用，大大提高了便携性，还可以通过云端服务器获得专家指导。
【专利说明】一种运动功能障碍评估与训练装置及评估与训练方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及人体神经运动功能恢复训练装置，尤其是一种运动功能障碍评估与训练装置及评估与训练方法。
【背景技术】
[0002]神经运动协同是人类中枢神经系统、外周神经系统、植物性神经、与运动系统的自主协同功能。研究表明，由于疾病、发育障碍、创伤、神经外科手术等原因造成的不同程度神经中枢功能损害，如认知功能障碍，将影响患者的神经运动协同功能。而神经运动协同功能有会对对象的认知能力、学习能力，如注意力集中，思维速度，阅读和写作之类的能力产生影响。
[0003]近10年来，神经协同理论和神经可塑理论已经得到广泛的认同，寻找一种有效的办法对中枢系统进行合适的干预，我们就可以了解对象的神经运动功能和对象的学习技能和其他行为、心理和精神问题、障碍之类的联系，通过恰当的训练，我们也可以改善对象的神经运动功能和对象的学习技能。
[0004]而经过研究表 明，通过完成一些简单而准确，并且需要中枢轻易就可以执行的任务，就能反映或说明对象的认知、学习或行为上的能力，从而评估神经运动功能，而通过针对性的训练，我们认为完成这些任务的能力的提升也就意味神经运动功能的提升。
[0005]目前用于评估与训练神经运动功能的装置，其训练的基本原理是，装置发出听觉或者视觉的指导信号，被测对象按照该指导信号的要求完成相应的动作，用户在每次完成动作的瞬间均会触发一个传感器，该传感器通过该触发确定用户完成动作的瞬间，通过比较该动作完成的瞬间是否是指导信号要求完成的瞬间而判定当前被测对象的神经运动功能情况，即现有技术的装置属于通过鉴相而判定被测对象的运动神经协调性。
[0006]在申请号为201310028085.X的在先申请中，由于系统复杂，对于新鲜事物人们的接受速度也不快。起初，该系统都是在医院、疗养机构等专业或专门机构中使用，人们需要到这些地方配合医生使用该系统。随着该系统的普及，人们慢慢能接受并且能操作该系统，人们已经不愿意来回去医院、疗养康复机构进行恢复锻炼，大家更希望在家里也能方便使用该系统，但是复杂的连线设置对于普通人来说难以操作，同时没有远程的专家指导也不利于训练正确地执行。
【发明内容】
[0007]本发明的目的，就是克服现有技术的不足，提供一种数据采集器与数据输出处理器无线通讯的运动功能障碍评估与训练装置及方法，本装置和方法可以连接至云端服务器，将训练的数据存储到云端服务器供专家查看和参考，令受测者获得更好的指导。
[0008]为了达到上述目的，采用如下技术方案:
[0009]一种运动功能障碍评估与训练装置，包括数据采集器，其实时获取用户根据所述基准信号的频率进行动作而触发的触发信号；数据输出处理器，其用于生成并输出一预定频率的基准信号，并处理所述触发信号，所述数据采集器包括加速度传感器、控制电路、计时器、电源和蓝牙模块，所述计数器、电源、加速度传感器、蓝牙模块分别与控制电路连接；所述数据输出处理器设有蓝牙模块、与云端服务器通讯的接口模块，所述数据采集器和数据输出处理器之间通过各自蓝牙模块通讯连接；还包括云端服务器，其接收并存储数据输出处理装置处理所述触发信号后的数据。
[0010]进一步地，所述接口模块为网卡。
[0011]优选地，所述接口模块为无线网卡。
[0012]进一步地，所述数据输出处理器还包括显示屏或扬声器中的一种或两种。
[0013]进一步地，所述基准信号为弓丨导音。
[0014]进一步地，所述数据输出处理器为手机或平板电脑。
[0015]进一步地，所述云端服务器设有用于存储受测者个人信息的个人信息数据库、用于存储专家信息的专家信息数据库、用于存储专家下发的训练教程的训练教程数据库、用于搜索专家信息的搜索模块、用于绑定受测者与专家的绑定模块和用于记录受测者和专家对应关系的对应列表，所述个人信息包括受测者与专家的在线聊天信息，以及受测者的训练数据。
[0016]一种运动功能障碍评估与训练方法，其特征在于，包括以下步骤:
[0017]数据采集器每隔第一时间间隔发出一时间标志信号；
[0018]数据输出处理器每隔第二时间间隔发出基准信号，所述第二时间间隔为第一时间间隔的偶数倍；
[0019]数据采集器实时采集设置在受测者身上的加速度传感器的反馈信号及该反馈信号对应的发生时间，并发送所述反馈信号对应的发生时间至数据输出处理器；
[0020]数据输出处理器根据所述反馈信号对应的发生时间、第一时间间隔和第二时间间隔计计算受测者动作的反馈信号的发生时间与相邻基准信号发生时刻的时间差值；
[0021]获取最小时间差值；
[0022]数据输出处理器根据最小时间差值的大小发出不同的提示。
[0023]进一步地，所述第一时间间隔为125ms，所述第二时间间隔为Is。
[0024]进一步地，所述数据输出处理器根据最小时间差值的大小发出不同的提示包括以下步骤:
[0025]以基准信号发生时刻为第二时间间隔的中间时刻点；
[0026]设定早于基准信号发生时刻的时间为快速反应时间，设定晚于基准信号发生时刻的时间为慢速反应时间；
[0027] 判断最小时间差值与最近邻的基准信号发生时刻的关系，根据最小时间差值位于的快速反应时间或慢速反应时间的位置提示较快或较慢。
[0028]与现有技术相比，本发明的有益效果在于:
[0029]数据采集器采集到的所有数据都是通过蓝牙模块传输至数据输出处理器进行处理的，数据采集器充当一个数据采集和数据传输中介的作用，这样就可以节省线材，减少连接线的操作难度。令用户在运动训练过程中的数据也能传输到数据输出处理器。数据输出处理器对数据进行算法处理，最后会得到一些统计数据，这些统计数据和原始的信号数据全部都会通过接口模块上传到云端服务器。[0030]另外，本装置还可以连接至云端服务器，将训练的数据存储至云端服务器中，供专家查看和参考，方便专家指导用户更好的、更科学地锻炼。
【专利附图】
【附图说明】
[0031]图1是本发明所述运动功能障碍评估与训练装置的结构框图；
[0032]图2是本发明所述运动功能障碍评估与训练方法的步骤流程图；
[0033]图3是图2步骤S60的具体步骤流程图； [0034]图4是反馈信号发生时间和引导声音发生时间的位置关系图。
[0035]图示:1 一数据输出处理器；11 一接口模块；12—蓝牙模块；
[0036]2一数据米集器；21—电源；22—计时器；23—加速度传感器；
[0037]24 一监牙I旲块；25—控制电路。
[0038]3—云端服务器；31—个人信息数据库；32—专家信息数据库；
[0039]33一对应列表；34—训练教程数据库；35—搜索模块。
【具体实施方式】
[0040]下面将结合附图以及具体实施方法来详细说明本发明，在本发明的示意性实施及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
[0041]如图1所示，根据现有技术可以得到运动功能障碍评估与训练装置包括数据采集器2和数据输出处理器I。数据输出处理器I生成并输出一预定频率的基准信号，数据采集器2用于实时获取用户根据所述基准信号的频率进行动作而触发的触发信号，数据输出处理器I还用于处理所述触发信号。处理方式包括分别比较各所述触发信号与预设基准信号的频率，获取各所述触发信号与基准信号的频率比较结果，根据各所述触发信号与基准信号的频率比较结果，确定所述用户的运动反应情况。
[0042]本实施例的数据采集器2包括加速度传感器23、控制电路25、计时器22、电源21和蓝牙模块24。计数器22、电源21、加速度传感器23、蓝牙模块24分别与控制电路25连接。数据输出处理器3设有蓝牙模块32、与云端服务器通讯的接口模块31。所述数据采集器2和数据输出处理器I之间通过各自的蓝牙模块通讯连接，节省了连接线，用户可以在无线的状态下运动，不用担心连接线对其的困扰。
[0043]电源21为整个数据采集器2提供电能。计时器22负责进行以毫秒为单位的时间计时，计时器22每隔125毫秒就会给控制电路25 —个时间信号S，控制电路25把该信号通过蓝牙模块24发送给数据输出处理器I。加速度传感器23用于实时检测获取用户在动作过程中的加速度信号。当加速度传感器23检测到用户动作时，就会给控制电路25中断信号，控制电路25此时让计时器22输出该时刻的时间T(范围是O到125毫秒之间)。控制电路25把该时间信号通过蓝牙模块24发送到数据输出处理器I。数据输出处理器I处理完数据后通过显示屏或扬声器显示出来，并通过接口模块11上传至云端服务器，由云端服务器存储这些处理好的数据。接口模块11可以是一般的网卡，直接通过互联网连接至云端服务器。优选为无线网卡，通过包括WIF1、2G/3G/4G等无线网络就可以连接至云端服务器，就可以实现便携和小型化，整个装置都可以随身携带，而不必限定于某个场所使用。
[0044]优选地，所述数据输出处理器为手机或平板电脑。手机或平板电脑都是日常人们经常使用的电器，便于携带，且在人群中分布密集，整个运动功能障碍评估与训练装置不需要额外添置专用的硬件就可以实现推广，节省了成本。
[0045]数据输出处理器指导用户进行训练的原理是:数据输出处理器每秒钟发出引导音，用来给用户作为训练引导。用户要熟悉引导音的时间间隔，对下一个引导音发出时间做出一个预判，争取在下一个引导音响起的同时能够同时触发加速度传感器。如果用户触发加速度传感器的瞬间在引导音之前或者之后，数据输出处理器都会有对应不同的声音或图像提示(分别有很快、略快、完美、略慢、很慢这五种不同提示)。提示可以通过显示屏用文字或图片的形式显示出来，也可以是通过扬声器以声音的形式显示出来。用户接收到声音或者图像的提示后，就能知道自己触发加速度传感器的瞬间是比引导音快了、慢了还是符合允许的时间误差范围，从而对下一个触发动作进行调整，争取做到完美这个提示。
[0046]如图1所示，所述云端服务器3设有用于存储受测者个人信息的个人信息数据库
31、用于存储专家信息的专家信息数据库32、用于存储专家下发的训练教程的34训练教程数据库、用于搜索专家信息的搜索模块35、用于绑定受测者与专家的绑定模块和用于记录受测者和专家对应关系的对应列表33。用户在云端服务器注册激活账号后，用户可以将其个人信息存储在个人信息数据库中，用户可以自行选择指导专家。云端服务器上有专家信息数据库，用户能够通过医生的名字在专家信息数据库中通过搜索模块搜索出该专家，然后选定该专家并发出绑定邀请。专家收到用户的绑定请求后，有权通过用户的请求，也有权拒绝用户的请求。如果用户请求被拒绝后，就要选择另一个专家对其进行指导。用户请求得到通过后，就能得到该专家的专门康复训练指导，专家可以通过个人信息数据库中查看到用户的个人信息，这些个人信息包括姓名、性别、年龄、受测者的训练数据、受测者与专家的在线聊天信息等等。专家 的训练教程放置在训练教程数据库中，与相应专家匹配后的用户可以有权限进入相应的训练教程数据库调取训练教程，并下载至数据采集器和数据输出处理装置中，通过数据采集器和数据输出处理装置执行相应的训练教程。专家与用户的关系是，一个专家对应多个用户。通过云端服务器，用户可以将其数据远程交给专家查看，并由专家根据不同用户下发不同的训练教程，免除了用户到医院或专门的康复场所进行康复训练的麻烦。
[0047]如图2所示，本发明的运动功能障碍评估与训练方法包括以下步骤:
[0048]SlO:数据采集器每隔第一时间间隔发出一时间标志信号。
[0049]数据采集器发出的时间标志信号设为有S，第一时间间隔为125ms，则数据采集器每隔125ms就会发出时间标志信号S。
[0050]S20:数据输出处理器每隔第二时间间隔发出基准信号，所述第二时间间隔为第一时间间隔的偶数倍。
[0051]设定第二时间间隔为1000ms，即第二时间间隔为第一时间间隔的8倍。数据采集器每隔125ms就会发出一个时间标志信号S，作为基准信号的声音引导信号发送周期是I秒(即8个时间标识S)，当数据采集器产生并发送的4个时间标识信号S(即半个周期)后，数据输出处理器发出一个声音引导信号，在再接收4个时间标识S后该周期结束。然后开始第二个周期，同样是等待半个周期后发出声音引导信号，如此循环。
[0052]S30:数据采集器实时采集设置在受测者身上的加速度传感器的反馈信号及该反馈信号对应的发生时间，并发送所述反馈信号对应的发生时间至数据输出处理器。[0053]数据采集器的加速度传感器设置在受测者身上，其可以采集到加速度传感器反馈的加速度信号。同时记录该加速度信号的发生时间，并将该时间无线发送至数据输出处理器。
[0054]S40:数据输出处理器根据所述反馈信号对应的发生时间、第一时间间隔和第二时间间隔计计算受测者动作的反馈信号的发生时间与相邻基准信号发生时刻的时间差值。
[0055]数据输出处理器根据所述反馈信号对应的发生时间、第一时间间隔和第二时间间隔计算反馈信号的发生时间位于第一时间间隔和第二时间间隔的位置关系。反馈信号的发生时间会在两个声音引导信号之间，距离哪个声音引导信号最近会获得不同提示。由于声音引导信号的发生时间已经是固定并且是可测，根据反馈信号的对应的发生时间则可计算该反馈信号的对应发生时间相邻的两个声音引导信号的时间差值。
[0056]设定在数据输出处理器发送声音引导信号后的第I个时间标识信号S后面，数据输出处理器收到反馈信号的发生时间为t (O≤t〈125ms)，那么可以计算到受试者动作反馈信号的发生时间与前一个声音引导信号的时间差值为t+125ms,与后一个声音引导信号的时间差值为1000ms-t-125ms。
[0057]S50:获取最小时间差值。
[0058]由于O < t〈125ms,由此可见,数据输出处理器发送声音引导信号后的第I个时间标识信号S后收到反馈信号对应的发生时间与前一个声音引导信号的时间差值比后一个声音引导信号的时间差值小。设定t为100ms，则受试者动作反馈信号的发生时间与前一个声音引导信号的时间差值为100ms+125ms = 225ms,与后一个声音引导信号的时间差值为1000ms-100ms-125ms = 775ms，获取最小的时间差值。
[0059]S60:数据输出处理器根据最小时间差值的大小发出不同的提示。
[0060]如图3所示，步骤S60包括以下步骤:
[0061]S601:以基准信号发生时刻为第二时间间隔的中间时刻点。
[0062]上述已经将第二时间间隔分为8个第一时间间隔。将基准信号发生时刻为第二时间间隔的中间时刻点，基准信号发生时刻的前4个第一时间间隔125ms共500ms和后4个第一时间间隔125ms共500ms共同组成了第二时间间隔Is。如图4所示，位于第一个引导声音信号的前方的4个第一时间标志信号分别为S、2S、3S和4S,位于第一个引导声音信号的后方的4个第一时间标志信号分别为5S、6S、7S和8S。第二引导声音信号的分割与第一引导声音信号同理。
[0063]S602:设定早于基准信号发生时刻的时间为快速反应时间，设定晚于基准信号发生时刻的时间为慢速反应时间。
[0064]将基准信号发生时刻的前4个第一时间间隔125ms共500ms设为快速反应时间，将基准信号发生时刻的后4个第一时间间隔125ms共500ms设为慢速反应时间。如图4所示，S、2S、3S和4S代表快反应时间区域，5S、6S、7S和8S代表慢反应时间区域。
[0065]S603:判断最小时间差值与最近邻的基准信号发生时刻的关系，根据最小时间差值位于的快速反应时间间隔或慢速反应时间间隔的位置提示较快或较慢。
[0066]在步骤S50中，已经计算出最小时间差值，同时可以得知与该反馈信号对应的发生时间最近邻的声音引导信号发生时刻，从而可以得知该反馈信号对应的发生时间最近邻的声音引导信号发生时刻的位置关系。如图4所示，如果反馈信号对应的发生时间落入在第一引导声音响起和第二引导声音响起之间，则根据最小时间差值可以判断落入第一引导声音之后还是第二引导声音之前的时间区域，以及更接近第一引导声音或第二引导声音两者中的哪一个。
[0067]反馈信号的判断范围是引导声音响起瞬间的前后4个第一时间标志信号S。如果反馈动作在0S-4S之间触发，就是所谓的提前动作。具体地，可以划分为很快和略快的提/5?而很快和略快的提不判定是，如果在0S-2S之间触发就是很快，在2S-4S之间触发就是略快。如果反馈动作在4S-8S之间触发，就是所谓的滞后动作，分别有很慢和略慢的提示，而很慢和略慢的提示判定是，如果在4S-6S之间触发就是略慢，在6S-8S之间触发就是很慢。限定提示的种类可以根据时间情况而定，可以划分为更多等级，本发明并不限制于略快、很快、略慢、很慢四个等级，通过不同等级的设定可以满足不同用户的需求，令不同程度的用户可以获得精准的训练教程和科学的指导。
[0068] 以上对本发明实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本发明实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例，在【具体实施方式】以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
【权利要求】
1.一种运动功能障碍评估与训练装置，包括数据采集器，其实时获取用户根据所述基准信号的频率进行动作而触发的触发信号；数据输出处理器，其用于生成并输出一预定频率的基准信号，并处理所述触发信号，其特征在于: 所述数据采集器包括加速度传感器、控制电路、计时器、电源和蓝牙模块，所述计数器、电源、加速度传感器、蓝牙模块分别与控制电路连接；所述数据输出处理器设有蓝牙模块、与云端服务器通讯的接口模块，所述数据采集器和数据输出处理器之间通过各自蓝牙模块通讯连接； 还包括云端服务器，其接收并存储数据输出处理装置处理所述触发信号后的数据。
2.根据权利要求1所述运动功能障碍评估与训练装置，其特征在于: 所述接口模块为网卡。
3.根据权利要求2所述运动功能障碍评估与训练装置，其特征在于: 所述接口模块为无线网卡。
4.根据权利要求1所述运动功能障碍评估与训练装置，其特征在于: 所述数据输出处理器还包括显示屏或扬声器中的一种或两种。
5.根据权利要求1所述运动功能障碍评估与训练装置，其特征在于: 所述基准信号为引导音。
6.根据权利要求1所述运动功能障碍评估与训练装置，其特征在于: 所述数据输出处理器为手机或平板电脑。
7.根据权利要求1所述运动功能障碍评估与训练装置，其特征在于: 所述云端服务器设有用于存储受测者个人信息的个人信息数据库、用于存储专家信息的专家信息数据库、用于存储专家下发的训练教程的训练教程数据库、用于搜索专家信息的搜索模块、用于绑定受测者与专家的绑定模块和用于记录受测者和专家对应关系的对应列表，所述个人信息包括受测者与专家的在线聊天信息，以及受测者的训练数据。
8.—种运动功能障碍评估与训练方法，其特征在于，包括以下步骤: 数据采集器每隔第一时间间隔发出一时间标志信号； 数据输出处理器每隔第二时间间隔发出基准信号，所述第二时间间隔为第一时间间隔的偶数倍； 数据采集器实时采集设置在受测者身上的加速度传感器的反馈信号及该反馈信号对应的发生时间，并发送所述反馈信号对应的发生时间至数据输出处理器； 数据输出处理器根据所述反馈信号对应的发生时间、第一时间间隔和第二时间间隔计计算受测者动作的反馈信号的发生时间与相邻基准信号发生时刻的时间差值； 获取最小时间差值； 数据输出处理器根据最小时间差值的大小发出不同的提示。
9.根据权利要求8所述的运动功能障碍评估与训练方法，其特征在于: 所述第一时间间隔为125ms，所述第二时间间隔为Is。
10.根据权利要求8或9所述的运动功能障碍评估与训练方法，其特征在于，所述数据输出处理器根据最小时间差值的大小发出不同的提示包括以下步骤: 以基准信号发生时刻为第二时间间隔的中间时刻点； 设定早于基准信号发生时刻的时间为快速反应时间，设定晚于基准信号发生时刻的时间为慢速反应时间； 判断最小时间差值与最近邻的基准信号发生时刻的关系，根据最小时间差值位于的快速反应时间或慢速反应时间的位置提示较快或较慢。
【文档编号】A61B5/00GK104013386SQ201410250986
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2014年6月6日 优先权日:2014年6月6日
【发明者】冯晓明, 邹芬, 巢杏桃 申请人:广州乾华生物科技有限公司