一种上肢假肢功能的综合性评估系统

本发明涉及假肢，具体涉及一种上肢假肢功能的综合性评估系统。

背景技术：

1、上肢假肢在帮助上肢截肢用户恢复肢体功能方面发挥着关键作用。但是，用户经常会在一段时间后放弃使用，主要是因为假肢在功能和重量方面未达到他们的期望。这凸显出目前的问题：过多关注技术细节，而忽视了假肢用户的感受。对于使用上肢假肢的用户而言，除了基本功能的实现外，假肢的舒适性、适应性以及运动协调性等因素也至关重要。假肢的评估是假肢改进的基础，任何一项假肢的改进应该源于假肢的评估结果，并且最终经得起假肢评估的验证。

2、对假肢进行个性化评估是提高假肢使用率的迫切需求，因为假肢适配、评估、训练的本质属性都是个性化。而个性化训练则必须建立在个性化评估的基础上，需要多维度的评估方法，既包括客观和主观的评估，也包括结果和过程的评估，同时涵盖运动学和心理学方面的考量。目前已存在许多评估方法和技术用于评估上肢假肢功能。主观评估方法主要依赖于调查问卷，如36-项目短形式健康人调查(short form-36，sf-36)、trinity截肢和假体经验量表(the trinity amputation and prosthesis experience scales，tapes)、quickdash等。客观评估方法则涵盖了基于运动学分析和任务表现的指标，例如南安普顿手评估程序(southampton hand assessment procedure，shap)、箱子与木块测试(box andblocks test，bbt)、日常生活活动的评估(activity of daily living，adl)等。还有一些综合性评估方法，如上臂截肢活动测量(activities measure for upper limb amputees，am-ula)和肌电控制能力的评估(assessment of the competency of myoelectriccontrol，acmc)。然而，这些方法不仅耗时耗力，而且成本较高，因此在临床上并未广泛推广使用。

3、现有的上肢假肢功能评估方法还存在以下问题：

4、1、评估维度比较局限：目前常用的上肢假肢功能评估方法主要依赖于传统的临床评估，如问卷调查和医生观察。这种方法虽然简单易行，但评估结果受主观因素影响较大。传统评估方法主要关注假肢的基本功能，如使用便捷性和适配性，而缺乏对假肢的综合评估，包括adl的精细评估与用户的适应性和心理社会等评估。

5、2、评估指标缺乏客观和量化分析，传统评估主要依赖于康复师的经验：目前缺乏针对上肢假肢功能的客观评价指标和量化分析方法，难以进行客观比较和科学分析。

6、因此，有必要提供一种上肢假肢功能的综合评估方法，才能为用户提供个性化的康复服务，并且可以由工程人员利用传感器采集分析运动任务的过程信息，为康复师评估做一种初筛，节约康复临床资源，并为假肢的改进和优化提供指导。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种上肢假肢功能的综合性评估系统，包括：表面肌电图评估模块、传统临床评估模块、灵活性评估模块、协调性与平滑性评估模块、心理社会评估模块。

2、所述表面肌电图评估模块用于评估用户的肌肉对假肢的适应与控制能力。

3、所述传统临床评估模块用于评估假肢的适应性和可操作性。

4、所述灵活性评估模块用于评估用户佩戴假肢进行快速和准确运动的能力。

5、所述协调性与平滑性评估模块用于评估用户佩戴假肢运动时的协调性与平滑性。

6、所述心理社会评估模块用于评估用户对评估任务和假肢的舒适度和满意度。

7、所述评估任务为引导用户进行假肢运动的任务。

8、进一步，所述表面肌电图评估模块是通过采集用户在不同运动动作下残肢的肌电信号，并提取肌电信号中的肌电特征值来进行评估的。

9、进一步，所述肌电特征值包括均方根值、积分肌电值。

10、所述均方根值用于评估残肢肌肉对双通道肌电假肢的适配能力。

11、若主动肌与拮抗肌的肌电均方根值的差值与主动肌的肌电均方根值之比大于a时，则残肢肌肉对双通道肌电假肢的适配能力好。

12、所述积分肌电值用于评估基于模式识别的肌电假肢的适配能力。

13、确定不同动作之间的肌肉激活程度之差是否大于预设值，若是，则残肢肌肉对基于模式识别的肌电假肢的适配能力好。

14、进一步，所述均方根值的计算公式如下所示：

15、

16、式中，rms为均方根值。i为采样点索引，i＝1,2,...,n，n为肌电信号的采样点数。xi是第i个采样点的信号值。

17、进一步，所述积分肌电值的计算公式如下所示：

18、

19、式中，iemg为积分肌电值。i为采样点索引，i＝1,2,...,n，n为肌电信号的采样点数。xi是第i个采样点的信号值。

20、将积分肌电值进行归一化处理后转化为百分比形式，即为激活程度，如下所示：

21、

22、式中，xn为激活程度。x是原始的积分肌电值，xmin、xmax分别表示不同肌肉的积分肌电值中的最小值、最大值。

23、进一步，所述传统临床评估模块包括假肢评估模块、稳定性评估模块。

24、所述假肢评估模块用于进行前臂假肢的长度测量和重量测量，并与健侧手进行对比，评估假肢的性能。

25、若前臂假肢比健侧手长度差异小于b，重量差异小于c，则假肢适应性好。

26、所述稳定性评估模块通过在假肢上施加垂直牵引力，再使用外力向内或向外拉前臂，以评估假肢的抗下垂、下拉力、扭转力。

27、若接受腔位移量小于d，残肢皮肤没有变色，再使用外力向内或向外拉前臂，假肢也没有角度变化，则假肢稳定性好。

28、进一步，所述评估任务包括腕伸任务、腕屈任务、放置任务、翻转任务、递交任务、adl任务、bbt任务。

29、所述adl任务包括捡硬币、摁按钮、翻卡片、倒水任务、移动不同重量的物体、移动板子、拉拉链、拧门把手。

30、所述bbt任务包括一次性搬移多个木块。

31、进一步，所述灵活性评估模块是通过对用户完成放置任务、翻转任务和递交任务的完成程度进行分析，进而评估用户佩戴假肢进行快速和准确运动的能力。

32、进一步，所述协调性与平滑性评估模块评估用户佩戴假肢运动时的协调性与平滑性的步骤包括：

33、1)获取截肢用户在执行评估任务期间肩部关节、肘部关节和腕部关节分别在x、y、z三个方向上的加速度和角度。

34、2)计算加速度的变化率和曲率，并根据加速度的变化率和曲率的稳定性来评估截肢用户佩戴假肢运动时的平滑性。

35、若加速度的变化率和曲率稳定，表明整体轨迹平稳，运动平滑性好。若加速度的变化率和曲率不稳定，表明运动平滑性差。

36、3)计算截肢用户肩部关节、肘部关节和腕部关节在三个方向的加速度曲线之间的相关系数以及截肢用户运动的角度范围，进而评估截肢用户佩戴假肢运动时的协调性。

37、所述加速度曲线的相关系数如下所示：

38、

39、

40、

41、式中，ccx、ccy、ccz分别为在x、y、z方向的加速度曲线的相关系数。xs、xe、xw分别表示肩部关节、肘部关节、腕部关节在x方向上的加速度数据。分别表示肩部关节、肘部关节、腕部关节在x方向上的加速度平均值。σsx、σex、σwx分别是肩部关节、肘部关节、腕部关节在x方向上的加速度标准差。ys、ye、yw分别表示肩部关节、肘部关节、腕部关节在y方向上的加速度数据。分别表示肩部关节、肘部关节、腕部关节在y方向上的加速度平均值。σsy、σey、σwy分别是肩部关节、肘部关节、腕部关节在y方向上的加速度标准差。zs、ze、zw分别表示肩部关节、肘部关节、腕部关节在z方向上的加速度数据。分别表示肩部关节、肘部关节、腕部关节在z方向上的加速度平均值。σsz、σez、σwz分别是肩部关节、肘部关节、腕部关节在z方向上的加速度标准差。n是加速度数据的数量。

42、若肩部关节、肘部关节和腕部关节的加速度曲线之间的相关系数不小于e，截肢用户关节间的协调性好。若相关系数小于e，截肢用户关节间的协调性差。

43、若截肢用户运动的角度范围在预设范围内，则截肢用户在任务执行期间没有发生肌肉代偿，运动协调能力好。若不在预设范围内，则截肢用户在任务执行期间发生肌肉代偿，运动协调能力不好。

44、进一步，所述心理社会评估模块通过让用户填写与评估任务和假肢相关的调查问卷，并对问卷结果进行汇总分析，得到用户对评估任务和假肢的舒适度和满意度评价。

45、所述与评估任务相关的调查问卷包括用户对所有评估任务的满意度、舒适度以及合理性的看法。

46、所述与假肢相关的调查问卷包括用户对假肢的重量、功能、舒适性的看法。

47、所述调查问卷的评分越高，用户的舒适度和满意度越高。

48、本发明的技术效果是毋庸置疑的，本发明提供了一种通过多维测量对假肢功能进行综合评价的系统。本发明综合利用表面肌电图评估、传统临床评估、灵活性评估、协调性与平滑性评估以及心理社会评估等多种技术手段，从运动、控制和适应性三方面评估假肢的性能，有助于实现假肢的个性化评估。

49、本发明提供的评估系统可以更全面地评估上肢假肢的性能和适用性，为患者提供更好的康复效果和生活质量。

50、本发明提供的评估系统利用信息技术为康复专业人员提供了一种方便实用的辅助评估系统，同时保留了个性化的评估结果。

51、本发明提供假肢性能和用户活动性相关的量化结果和指标，能指导假肢的选择和调整，也为康复计划提供了参考依据。

52、本发明提出了一种上肢假肢功能的综合性评估系统，本发明基于国际功能、残疾和健康分类(international classification of functioning、disability and health，icf)框架设计了一种前臂假肢功能综合评估方案，全面评价假肢使用者在身体功能、活动与参与度、环境因素及身体结构等方面的整体表现。研究方法包括一系列评估程序：表面肌电图评估、传统临床评估、灵活性评估、协调性与平滑性评估以及心理社会评估等多种技术手段，从运动、控制和适应性三方面评估假肢的性能，有助于实现假肢的个性化评估。

53、本发明提供的评估系统可以更全面地评估上肢假肢的性能和适用性，为患者提供更好的康复效果和生活质量。

54、本发明提供的评估系统利用信息技术为康复专业人员提供了一种方便实用的辅助评估系统，同时保留了个性化的评估结果。

55、本发明提供假肢性能和用户活动性相关的量化结果和指标，能指导假肢的选择和调整，也为康复计划提供了参考依据。

56、本发明提出了一种上肢假肢功能的综合性评估系统，旨在全面评估上肢截肢用户对假肢的适应能力和假肢功能的效能，以解决现有评估方法的局限性和不足。该综合评估系统包括五个方面：表面肌电图评估、传统临床评估、灵活性评估、协调性与平滑性评估以及心理社会评估。本发明可以全面了解用户的肌肉适应与控制能力、假肢的适应性和可操作性、用户进行快速和准确运动的能力、运动时的协调性与平滑性，以及用户对评估任务和假肢的舒适度和满意度。本发明提供多维且客观的数据，以准确反映假肢装置的功能。本发明为上肢截肢用户提供更准确、全面的假肢功能评估，从而为个性化康复服务提供支持。本发明综合考虑了生理、功能和心理等多方面因素，为假肢设计和评估提供了全面的参考依据，有望提高假肢的适用性和效能，从而改善用户生活质量。