摇拔戳手法操作的评估系统

1.本发明涉及医学信息技术领域，特别涉及一种摇拔戳手法操作的评估系统。


背景技术：

2.踝关节扭伤（anklesprain）常指累及踝关节和后足的创伤性软组织损伤，是体育活动中最常见的损伤，占所有损伤的45%以上。在普通人群中，每年约有2-7
‰
的人踝关节扭伤。在各个国家报道的人体各部位的损伤中，踝关节损伤仅次于膝关节，为第二易于损伤的部位。
3.传统中医中，踝关节扭伤属于“筋伤戳脚”范畴，在治疗筋伤的主要手法中，摇拔戳手法具有一定的代表性。经过随机对照的临床研究，已证明本手法具有简、便、廉、验的优点，易于被患者接受，具有极大的推广价值。摇拔戳手法是全国名老中医孙树椿教授所创，孙老在长期的临床实践中，根据中医骨伤学中筋骨损伤则脉络破损，血离经而成瘀，血瘀则气滞及“欲合先离”的正骨理论，创造出了该套专门针对急性外踝关节扭伤的手法。该手法缓解疼痛、消除肿胀迅速，后期残留症状少，反复扭伤及慢性踝关节不稳的发生率低。
4.然而，摇拔戳手法讲究“轻巧柔和”，是一项技巧性强的医疗操作技术，需要对脚部进行摇晃、拔伸、戳按的操作，具有稳、准、轻、巧的操作特点，要求动作－幅度高度协调，对操作者技术要求相对较高。现有的手法作用过程中，操作手法的质量受人为因素影响较大，掌握困难，难以实现大范围推广。因此，为了保证摇拔戳手法质量的一致性，需要对摇拔戳手法操作进行自动化评估。


技术实现要素：

5.为了实现摇拔戳手法操作的自动化评估，本发明实施例提供了一种摇拔戳手法操作的评估系统。
6.本发明实施例提供了一种摇拔戳手法操作的评估系统，包括：模拟操作装置，用于采集待评估摇拔戳手法操作，所述模拟操作装置包括用于采集摇手法操作的至少三个位移传感器和至少三个第一力传感器以及用于采集拔戳手法操作的一个第二力传感器，所述待评估摇拔戳手法操作包括用于表征待评估摇手法操作的至少三个待评估位移-时间曲线数据和至少三个待评估第一力-时间曲线数据以及用于表征待评估拔戳手法操作的一个待评估第二力-时间曲线数据；上位机，分别与所述位移传感器、所述第一力传感器和所述第二力传感器电连接，所述上位机用于执行如下操作：获取由所述模拟操作装置采集的待评估摇拔戳手法操作；获取预先设置好的目标摇拔戳手法操作；其中，所述目标摇拔戳手法操作包括用于表征目标摇手法操作的至少三个目标位移-时间曲线数据和至少三个目标第一力-时间曲线数据以及用于表征目标拔戳手法操作的一个目标第二力-时间曲线数据；利用所述目标摇拔戳手法操作对所述待评估摇拔戳手法操作进行评估，以得到所述待评估摇手法操作和所述待评估拔戳手法操作的评估结果。
7.本发明实施例提供了一种摇拔戳手法操作的评估系统，通过借助模拟操作装置可以获取待评估摇拔戳手法操作，再通过上位机利用预先设置好的目标摇拔戳手法操作对待评估摇拔戳手法操作进行评估，以得到待评估摇手法操作和待评估拔戳手法操作的评估结果。因此，上述方案可以实现对摇拔戳手法操作的自动化评估，从而可以保证摇拔戳手法质量的一致性。
附图说明
8.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
9.图1是本发明一实施例提供的一种摇拔戳手法操作的评估系统架构图；图2是本发明一实施例提供的模拟操作装置的结构示意图；图3是图2所示模拟操作装置的局部放大图。
10.附图标记：10-模拟操作装置；20-上位机；1-底座；2-第一连接板；21-位移传感器；22-第一直线伺服电机；23-第一输出轴；24-第一力传感器；25-连接工装；251-贯穿孔；26-条形槽；3-支撑板；31-定滑轮组；32-通孔；4-仿脚踝组件；41-第二力传感器；42-第一安装板；421-弧形孔；43-支撑轴；44-第二安装板；441-第一钢丝绳；45-安装座；46-第二直线伺服电机；47-弹簧；
5-鞋模。
具体实施方式
11.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
12.请参考图1至图3，本发明实施例提供了一种摇拔戳手法操作的评估系统，该系统包括：模拟操作装置10，用于采集待评估摇拔戳手法操作，模拟操作装置10包括用于采集摇手法操作的至少三个位移传感器21和至少三个第一力传感器24以及用于采集拔戳手法操作的一个第二力传感器41，待评估摇拔戳手法操作包括用于表征待评估摇手法操作的至少三个待评估位移-时间曲线数据和至少三个待评估第一力-时间曲线数据以及用于表征待评估拔戳手法操作的一个待评估第二力-时间曲线数据；上位机20，分别与位移传感器21、第一力传感器24和第二力传感器41电连接，上位机20用于执行如下操作：获取由模拟操作装置10采集的待评估摇拔戳手法操作；获取预先设置好的目标摇拔戳手法操作；其中，目标摇拔戳手法操作包括用于表征目标摇手法操作的至少三个目标位移-时间曲线数据和至少三个目标第一力-时间曲线数据以及用于表征目标拔戳手法操作的一个目标第二力-时间曲线数据；利用目标摇拔戳手法操作对待评估摇拔戳手法操作进行评估，以得到待评估摇手法操作和待评估拔戳手法操作的评估结果。
13.在本实施例中，通过借助模拟操作装置10可以获取待评估摇拔戳手法操作，再通过上位机20利用预先设置好的目标摇拔戳手法操作对待评估摇拔戳手法操作进行评估，以得到待评估摇手法操作和待评估拔戳手法操作的评估结果。因此，上述方案可以实现对摇拔戳手法操作的自动化评估，从而可以保证摇拔戳手法质量的一致性。
14.在本发明一个实施例中，模拟操作装置10包括底座1、与底座1固定的至少三个第一连接板2、与至少三个第一连接板2固定的支撑板3、与支撑板3连接的仿脚踝组件4以及与仿脚踝组件4连接的鞋模5，每个第一连接板2的一侧设置有一个位移传感器21，另一侧设置有一个第一直线伺服电机22，每个第一直线伺服电机22均设置有沿竖直方向可伸缩的第一输出轴23，第一输出轴23的末端与第一力传感器24的一端连接，仿脚踝组件4分别与位移传感器21和第一力传感器24的另一端连接，仿脚踝组件4设置有第二力传感器41。
15.在本发明一个实施例中，待评估摇拔戳手法操作是通过如下方式采集的：通过手持鞋模5来带动仿脚踝组件4做沿仿脚踝组件4周向的往复运动，以产生待评估摇手法操作；其中，在做沿仿脚踝组件4周向的往复运动时，基于位移传感器21和第一力传感器24分别产生待评估位移-时间曲线数据和待评估第一力-时间曲线数据；通过手持鞋模5来带动仿脚踝组件4做沿仿脚踝组件4轴向的伸缩运动，以产生待评估拔戳手法操作；其中，在做沿仿脚踝组件4轴向的伸缩运动时，基于第二力传感器41产生待评估第二力-时间曲线数据。
16.在本实施例中，至少三个第一直线伺服电机22可以促使仿脚踝组件4产生周向的往复运动，即手持鞋模5来带动仿脚踝组件4做沿仿脚踝组件4周向的往复运动时，每个第一
力传感器24检测到的力由相等变为不相等，此时第一直线伺服电机22的控制芯片（图中未示出）可以驱动第一输出轴23进行力跟踪控制（或称基于位置的阻抗控制，在此不进行赘述），从而实现第一力传感器24检测到的数值始终为当前状态的真实数值。
17.例如，在初始状态时，三个第一力传感器24检测到的数值为10n，然后手持鞋模5来带动仿脚踝组件4进行“摇”操作（即做沿仿脚踝组件4周向的往复运动），三个第一力传感器24检测到的数值实时变化，只要不回复到初始状态，三个第一力传感器24检测到的数值就不会完全相等，即始终有一个或两个第一力传感器24检测到的数值大于10n，有两个或一个第一力传感器24检测到的数值小于10n。
18.需要说明的是，第一直线伺服电机22可以看做是理想的弹簧模型，即f=kx，其中，f为弹力（即本实施例中的当前状态的真实数值），k为弹性系数，x为形变量（即本实施例中的第一输出轴23的位置）。
19.因此，第一直线伺服电机22也可以由弹簧进行代替，但是一组弹簧其弹性系数不变，如果当需要更改理想弹簧模型的弹性系数时（即通过控制芯片调节第一直线伺服电机22的k值），则需要更换新的弹簧，而且随着使用时间的增加，普通弹簧的弹性系数会发生变化，因此不利于准确地采集摇拔戳手法操作。相反地，采用至少三个第一直线伺服电机22可以准确地采集摇手法操作。
20.请继续参阅图3，在本发明一个实施例中，仿脚踝组件4包括与支撑板3固定的第一安装板42、与第一安装板42连接的支撑轴43、与支撑轴43连接的第二安装板44以及与第二安装板44连接的安装座45，第二安装板44和第一力传感器24之间连接有第一钢丝绳441，第二安装板44位于第一安装板42的上方，第一钢丝绳441位于支撑轴43的外部，支撑轴43可压缩和可弯曲，支撑轴43的轴向上设置有第二力传感器41，安装座45用于安装鞋模5。
21.在本实施例中，通过在第二安装板44和第一力传感器24之间连接第一钢丝绳441以及使支撑轴43可压缩和可弯曲，因此可以实现摇拔戳手法操作的采集。
22.请继续参阅图3，在本发明一个实施例中，支撑轴43为中空结构，仿脚踝组件4还包括设置于支撑板3的第二直线伺服电机46，第二直线伺服电机46设置有沿支撑轴43内部可伸缩的第二输出轴，第二输出轴的末端与第二力传感器41的一端连接，第二力传感器41的另一端和安装座45之间连接有第二钢丝绳，第二钢丝绳设置于支撑轴43内部。
23.在本实施例中，如前所述，第二直线伺服电机46也可以看做是理想弹簧模型，因此可以实现第二力传感器41检测到的数值始终为当前状态的真实数值，从而可以准确地采集拔戳手法操作。
24.请继续参阅图3，在本发明一个实施例中，第一安装板42设置有弧形孔421，第一钢丝绳441竖直地穿设于弧形孔421，支撑板3上设置有定滑轮组31，支撑板3开设有通孔32，穿过弧形孔421的第一钢丝绳441通过定滑轮组31进行换向，以使第一钢丝绳441能竖直地穿设于通孔32，并在穿过通孔32后竖直地与第一力传感器24连接。
25.在本实施例中，通过在第一安装板42设置弧形孔421，可以保证第一钢丝绳441在进行摇手法操作时仍然能够竖直地穿设于弧形孔421，即保证第一钢丝绳441的垂直度，从而可以保证位移和力采集的准确度（即摇手法操作采集的准确度）；而又由于仿脚踝组件4整体的径向长度要小于至少三个第一力传感器24所围成圆形的径向长度，因此为了保证第一钢丝绳441的垂直度，发明人创造性地考虑到设置定滑轮组31（即图3中的两个定滑轮），
如此可以使得穿过弧形孔421的第一钢丝绳441通过定滑轮组31进行换向，以使第一钢丝绳441能竖直地穿设于通孔32，并在穿过通孔32后竖直地与第一力传感器24连接，从而来保证位移和力采集的准确度。
26.请继续参阅图3，在本发明一个实施例中，第一安装板42和第二安装板44之间设置有弹簧47，弹簧47套设于支撑轴43和第一钢丝绳441之间。
27.在本实施例中，通过设置弹簧47，可以更好地提供拔戳的支撑力，从而可以更好地对人体脚踝进行仿生。
28.请继续参阅图2，在本发明一个实施例中，每个第一连接板2均设置有沿竖直方向延伸的条形槽26，第一力传感器24和位移传感器21均与连接工装25连接，连接工装25可沿条形槽26上下移动，连接工装25位于第一力传感器24上方的部分设置有贯穿孔251，以使第一钢丝绳441通过贯穿孔251后与第一力传感器24连接。
29.在本实施例中，通过在第一连接板2上设置条形槽26，可以使得连接工装25能够随着摇操作而上下移动（而拔戳操作时，基本上只可以考虑仿脚踝组件4的形变，具体是第二输出轴的位置稍微变化，而不会影响到第一连接板2的上下移动的变化），从而使得第一力传感器24和位移传感器21能够采集实时的数据，即可以更好地采集摇手法操作。
30.可以理解的是，目标摇拔戳手法操作也是由上述模拟操作装置10采集的，只不过目标摇拔戳手法操作是由有经验的医师操作该模拟操作装置10产生的，而待评估摇拔戳手法操作则是由初学者操作该模拟操作装置10产生的。因此，在此对目标摇拔戳手法操作的具体采集过程不进行赘述。
31.在本发明一个实施例中，上位机20在执行利用目标摇拔戳手法操作对待评估摇拔戳手法操作进行评估时，用于执行如下操作：基于待评估位移-时间曲线数据和目标位移-时间曲线数据，确定第一曲线重合度；基于待评估第一力-时间曲线数据和目标第一力-时间曲线数据，确定第二曲线重合度；基于待评估第二力-时间曲线数据和目标第二力-时间曲线数据，确定第三曲线重合度；基于第一曲线重合度、第二曲线重合度和第三曲线重合度，对待评估摇拔戳手法操作进行评估。
32.在本实施例中，通过确定第一曲线重合度、第二曲线重合度和第三曲线重合度，以对待评估摇拔戳手法操作进行评估，如此可以更加高效便捷。
33.在本发明一个实施例中，上位机20在执行基于待评估位移-时间曲线数据和目标位移-时间曲线数据，确定第一曲线重合度时，用于执行如下操作：针对每个位移传感器21，执行如下操作：确定当前位移传感器21对应的待评估位移-时间曲线数据和目标位移-时间曲线数据在各采样点的位移差；计算每个采样点的位移差与目标位移-时间曲线数据在当前采样点的位移的第一比值；将第一比值小于第一预设值的采样点记作第一目标采样点；将第一目标采样点的个数与所有采样点的个数的比值作为当前位移传感器21对应的第一曲线重合度；将所有位移传感器21分别对应的第一曲线重合度的平均值作为最终的第一曲线
重合度。
34.在本实施例中，通过计算每个采样点的位移差与目标位移-时间曲线数据在当前采样点的位移的第一比值，并将第一比值小于第一预设值的采样点记作第一目标采样点，以及将第一目标采样点的个数与所有采样点的个数的比值作为当前位移传感器对应的第一曲线重合度，最后将所有位移传感器分别对应的第一曲线重合度的平均值作为最终的第一曲线重合度，这样可以保证最终得到的第一曲线重合度更加准确。
35.在本发明一个实施例中，上位机20在执行基于待评估第一力-时间曲线数据和目标第一力-时间曲线数据，确定第二曲线重合度时，用于执行如下操作：针对每个第一力传感器24，执行如下操作：确定当前第一力传感器24对应的待评估第一力-时间曲线数据和目标第一力-时间曲线数据在各采样点的力差；计算每个采样点的力差与目标第一力-时间曲线数据在当前采样点的力的第二比值；将第二比值小于第二预设值的采样点记作第二目标采样点；将第二目标采样点的个数与所有采样点的个数的比值作为当前第一力传感器24对应的第二曲线重合度；将所有第一力传感器24分别对应的第二曲线重合度的平均值作为最终的第二曲线重合度。
36.在本实施例中，通过计算每个采样点的力差与目标第一力-时间曲线数据在当前采样点的力的第二比值，并将第二比值小于第二预设值的采样点记作第二目标采样点，以及将第二目标采样点的个数与所有采样点的个数的比值作为当前第一力传感器对应的第二曲线重合度，最后将所有第一力传感器分别对应的第二曲线重合度的平均值作为最终的第二曲线重合度，这样可以保证最终得到的第二曲线重合度更加准确。
37.在本发明一个实施例中，上位机20在执行基于待评估第二力-时间曲线数据和目标第二力-时间曲线数据，确定第三曲线重合度时，用于执行如下操作：确定待评估第二力-时间曲线数据和目标第二力-时间曲线数据在各采样点的力差；计算每个采样点的力差与目标第二力-时间曲线数据在当前采样点的力的第三比值；将第三比值小于第三预设值的采样点记作第三目标采样点；将第三目标采样点的个数与所有采样点的个数的比值作为第三曲线重合度。
38.在本实施例中，通过计算每个采样点的力差与目标第二力-时间曲线数据在当前采样点的力的第三比值，并将第三比值小于第三预设值的采样点记作第三目标采样点，以及将第三目标采样点的个数与所有采样点的个数的比值作为第三曲线重合度，这样可以保证得到的第三曲线重合度更加准确。
39.当然，也可以确定各曲线的相似度，相似度公式可以采用欧氏距离，在此不进行限定。
40.在本发明一个实施例中，上位机20在执行基于第一曲线重合度、第二曲线重合度和第三曲线重合度，对待评估摇拔戳手法操作进行评估时，用于执行如下操作：在第一曲线重合度大于第一预设重合度且第二曲线重合度大于第二预设重合度时，待评估摇手法操作合格；否则，待评估摇手法操作不合格；在第三曲线重合度大于第三预设重合度时，待评估拔戳手法操作合格；否则，待评
估拔戳手法操作不合格。
41.在本实施例中，通过将得到的第一曲线重合度、第二曲线重合度和第三曲线重合度与预设的重合度进行比较，从而可以确定待评估摇拔戳手法操作是否合格。
42.需要说明的是，本发明实施例对第一预设值、第二预设值、第三预设值、第一预设重合度、第二预设重合度和第三预设重合度不进行限定。
43.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
44.本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储在计算机可读取的存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：rom、ram、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质中。
45.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。