[发明专利]一种用于手指精细运动功能评估和训练的方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于手指精细运动功能评估和训练的方法及装置。

背景技术

手指的精细运动功能是人类用手完成各种复杂操作的重要基础。目前对手的精细运动功能的测试评估多采用调查问卷或基于行为表现的量化计分。以最常使用的普渡钉板测试为例，该测试要求受试者在规定的时间内抓取细小的螺钉和螺母，并将其插在小孔中，通过规定时间内完成的个数进行评估。这些评估方法的主要缺点是测试精确度差，灵敏度低，可靠性差，过于依赖患者的临场操作和测试人员的主观评价。

而对于手的精细运动功能的训练和改善，尚缺乏相应的训练设备。目前广泛使用的力量牵引训练机等，只适合大肌群收缩下的高幅度力量训练，对手的精确运动功能的训练效果不佳。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种用于手指精细运动功能评估和训练的方法及装置，本发明能实现对手指精细运动功能的评估和训练，在测试精度、评估的可靠性、训练的有效性方面较传统技术有显著的提高。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于手指精细运动功能评估和训练的装置，包括支架、位置姿态传感器、多轴力敏传感器、控制器和手指捏片，其中，支架两侧分别设置有对称布设的多轴力敏传感器，所述多轴力敏传感器上连接有手指捏片，支架顶端设置有位置姿态传感器，多轴力敏传感器采集手指三维空间力信号，位置姿态传感器采集装置的空间位置数据，控制器根据多轴力敏传感器和位置姿态传感器采集的信息，生成姿态视觉反馈，进行实时显示。

所述支架设置于底座上，支架保持竖直。

所述两个多轴力敏传感器的轴心线对齐，坐标系不同，坐标原点在同一水平线上。

进一步的，左侧的多轴力敏传感器坐标系三轴方向分别为：x轴正方向为竖直向上，y轴正方向为水平向外，z轴正方向为水平向右；右侧多轴力敏传感器的坐标系三轴方向分别为：x轴正方向为竖直向上，y轴正方向为水平向内，z轴正方向为水平向左。

所述控制器包括显示模块和反馈模块，其中，显示模块显示指力的目标幅度值和多个目标位置，反馈模块接收位置姿态传感器和多轴力敏传感器采集的数据，将其在显示模块上进行显示。

所述手指捏片外侧设有保护层，且保护层可拆卸。

基于上述装置的工作方法，包括以下步骤：

(1)控制器初始化，设置工作模式、重复次数、设定时间或/和总测试时间；

(2)控制器通过显示模块随机给出目标姿态、位置和目标力量幅度值，并使其在设定时间内保持不变；

(3)控制器抓取位置姿态传感器和多轴力敏传感器采集的数据，判断其是否与目标姿态、位置和目标力量幅度值一致；

(4)如果到达设定时间，目标消失，并返回步骤(2)，如果没有到达设定时间，则重复步骤(3)；

(5)不断重复步骤(2)-(4)，直到满足重复次数或者总测试时间，计算指力控制分数和位置及姿态控制分数，进行指力控制能力和位置和姿态控制能力评估。

所述步骤(2)中的目标幅度值的获取方法通过结合装置在不同的空中姿态下的受力分析获得，保证指力与装置的重力的合力和合力矩为零，求解合力和合力矩方程得到各手指指力的目标幅度值。

所述步骤(1)中，控制器设置为训练模式还是测试模式，根据不同模式设定不同的测试时间和重复次数。

所述步骤(5)中，评估指力控制分数的计算方法为对测试时间内指力的目标幅度值与目标力量幅度值差值绝对值的累加。

所述步骤(5)中，评估位置及姿态控制分数的计算方法为装置实际位置与目标位置的差值与装置实际角度矩阵和目标角度矩阵差值乘积的累加。

本发明的有益效果为：

(1)本发明能够对各参与手指的力量控制能力和姿态位置控制能力进行有效的测试，测试精确度高，灵敏度高，重复测试ICC>90％，能够客观准确地反映出受试者的手指精确力量和姿态位置的控制能力，不再依赖测试者的主观经验和判断；

(2)将手的精细运动功能的测试评估和训练改善结合起来，对改善手的操控能力有重要的应用价值，可广泛用于手功能测试评估和脑卒中后手指功能的改善训练中。

附图说明

图1为本发明的装置结构示意图；

图2为本发明的生物反馈指导界面示意图；

图3为本发明的测试和训练方法流程图；