[发明专利]人体运动能力评价方法、装置及系统

说明书

技术领域

本发明实施例涉及人体运动检测技术领域，尤其涉及一种人体运动能力评价方法、装置及系统。

背景技术

目前，我国老龄化问题日益严重，中风偏瘫是老年人群中的高发病，因此针对老年人偏瘫后的康复治疗显得尤为重要。由于神经系统的损伤，偏瘫患者缺乏肌肉运动控制能力，尤其是运动协调能力，因此，偏瘫患者的康复需要一个长期而且综合的训练。

传统康复训练大多依靠治疗师手工操作，且患者康复状态及训练参数调整需依靠康复治疗师的主观判断，缺乏统一的量化标准，从而影响诊断的准确性。针对这一问题，国内外研究者提出，针对康复训练建立定量化评价系统。运动检测系统是建立运动能力评价系统的关键组成部分。目前常用的人体运动检测技术主要包含：机械跟踪、光学感应、声波追踪、电磁跟踪和惯性传感等。

机械跟踪系统是最原始的运动跟踪技术，可用于人体运动跟踪、远程操作、康复医学和虚拟现实仿真。然而由于人之间的差异，机械跟踪系统必须为每个患者重新校准，校准复杂且耗时长。使用者难以以自然的方式与物理对象进行良好交互，且由于机械系统的蓬松性，很难准确采集患者的运动信息。

光学感应是目前主要流行的运动检测方式，尤其是基于摄像机的运动跟踪系统。该系统通过摄像机追踪人体或固定于人体上的标记点，进而运算获得人体运动轨迹。通常情况下，大多数基于光学传感技术的运动跟踪都存在如下缺陷：所需光路被阻断会出现图像阻塞，其他光源的干扰。因此这些系统仅可用于在校准室，并不适用于室外。由于运动跟踪的标记应始终由多台摄像机观测到，在利用康复机器人对患者进行康复时使用光学感应系统，会受到机器人或康复治疗师的干扰，且需要对象始终在摄像机视线内。这些缺点限制了光学感应系统在康复训练中的应用。

惯性传感是相对较新的运动跟踪系统，如Xsens公司的MVN BIOMECH运动捕捉系统通过莱卡西服将惯性传感器连接到身体，提供六自由度跟踪，但该传感器体积过大，穿戴过程中传感器易发生连线松动，影响信息采集。

目前针对康复训练的众多运动检测与评价系统，无法满足复杂康复环境条件下的运动检测需求，例如，光学检测易受到康复机器人或治疗师的干扰，检测的运动信息不够全面也不够准确，导致运动检测和评价结果无法满足临床康复需求。针对上述问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明实施例提供一种人体运动能力评价方法、装置及系统，临床运动信息检测全面，能够满足临床诊断需求，且不受人体行走方向的限制。

第一方面，本发明实施例提供了一种人体运动能力评价方法，包括：通过多个惯性传感器获取患者待测部位的运动姿态数据，其中，所述待测部位包括至少一个关节，所述多个惯性传感器按照预设的人体运动模型固定于与所述关节相连的肢体上；根据所述运动姿态数据分别计算所述至少一个关节的运动角度；根据所述至少一个关节的运动角度确定所述待测部位的运动能力。

进一步，根据所述运动姿态数据分别计算所述至少一个关节的运动角度，包括：针对每个关节，根据与该关节相连的两肢体的运动姿态数据的相对变化计算该关节在相应自由度的运动角度。

进一步，采用以下公式计算关节的运动角度：

其中，TM表示x、y、z轴；表示关节J绕TM轴的旋转角度；atan2_x(A，B)返回三维坐标A(x_A，y_A，z_A)、B(x_B，y_B，z_B)关于(y_B+z_Ai)的幅角；atan2_y(A，B)返回三维坐标A(x_A，y_A，z_A)，B(x_B，y_B，z_B)关于(z_B+x_Ai)的幅角；atan2_z(A，B)返回三维坐标A(x_A，y_A，z_A)，B(x_B，y_B，z_B)关于(x_B+y_Ai)的幅角；表示在平面YOZ上的投影坐标，表示在平面XOZ上的投影坐标，表示在平面XOY上的投影坐标；表示经过所述运动姿态数据转换后的单位向量坐标；用于对V_JCU′进行列变换。