一種兒童精細(xì)運(yùn)動量化評估方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種兒童精細(xì)運(yùn)動量化評估方法，其特征是按如下步驟進(jìn)行：1）簡筆畫的五維繪畫數(shù)據(jù)采集；2）簡筆畫分割；3）幾何筆畫濾波；4）幾何筆畫識別；5）全局特征指標(biāo)提取；6）圓特征指標(biāo)提??；7）直線特征指標(biāo)提取。本發(fā)明能將趣味性的繪畫運(yùn)動與精細(xì)運(yùn)動量化評估融為一體，并捕捉兒童執(zhí)行過程中施力的動態(tài)變化和調(diào)整過程，從而實(shí)現(xiàn)對繪畫這類精細(xì)運(yùn)動執(zhí)行過程運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)特點(diǎn)的量化評估。
【專利說明】一種兒童精細(xì)運(yùn)動量化評估方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種精細(xì)運(yùn)動量化評估方法，用于兒童精細(xì)運(yùn)動控制能力的定量評估及訓(xùn)練，以輔助書寫困難等精細(xì)運(yùn)動疾病的臨床診斷和康復(fù)訓(xùn)練。
【背景技術(shù)】
[0002]精細(xì)運(yùn)動能力(fine motor skills)指個(gè)體主要憑借手以及手指等部位的小肌或小肌群的運(yùn)動，在感知覺、注意等心理活動的配合下完成特定任務(wù)的能力。精細(xì)運(yùn)動是兒童早期發(fā)展的重要方面，它的發(fā)展依靠兩個(gè)方面，一是生理成熟，也就是肌肉、骨骼和神經(jīng)的成熟；另一是教育訓(xùn)練，也就是家長和老師的指導(dǎo)以及反復(fù)練習(xí)。精細(xì)運(yùn)動能力關(guān)系著兒童的心智發(fā)展和生活能力，兒童精細(xì)運(yùn)動障礙的早期發(fā)現(xiàn)、及時(shí)有效的指導(dǎo)和訓(xùn)練，對兒童的健康成長具有重要意義。
[0003]目前，對精細(xì)運(yùn)動的評估主要通過量表進(jìn)行，Peabody運(yùn)動發(fā)育量表(PeabodyDevelopmental Motor, PDMS)被國內(nèi)外廣泛采用，兒童發(fā)育協(xié)調(diào)障礙評估工具(MovementAssessment Battery for Children, M-ABC)是使用最廣泛的運(yùn)動障礙篩查工具。這種基于評價(jià)量表的評估方式依賴于醫(yī)師的臨床觀察，不可避免的帶來了主觀和模糊的因素，此外，評價(jià)過程繁瑣耗時(shí)，因此，簡便易操作的量化評估手段的提出成為迫切需要。
[0004]書寫、繪畫作為兒童學(xué)習(xí)生活中必不可少的精細(xì)運(yùn)動，具備便捷、易操作、易于接受的特點(diǎn)，已被現(xiàn)有的評價(jià)量表作為檢測項(xiàng)。隨著數(shù)字手寫設(shè)備和交互設(shè)備的出現(xiàn)，基于書寫、繪畫的運(yùn)動功能分析技術(shù)被引入到兒童精細(xì)運(yùn)動的評估中，為兒童精細(xì)運(yùn)動的定量、客觀度量提供了方便快捷的方式。
[0005]在現(xiàn)有技術(shù)中，專利號為CN202387167U的“精細(xì)動作訓(xùn)練系統(tǒng)”實(shí)用新型專利和申請?zhí)枮?01110399319.2的“精細(xì)動作訓(xùn)練系統(tǒng)及其訓(xùn)練方法”發(fā)明專利申請公開了一種精細(xì)動作訓(xùn)練系統(tǒng)，采用觸摸屏和壓力檢測裝置實(shí)現(xiàn)對用戶精細(xì)動作信息的獲取，通過比較用戶精細(xì)動作軌跡與標(biāo)準(zhǔn)動作軌跡得到測評結(jié)果，從而實(shí)現(xiàn)對兒童精細(xì)動作的客觀評估。
[0006]但上述現(xiàn)有技術(shù)仍存在如下問題:
[0007]1、標(biāo)準(zhǔn)動作軌跡的設(shè)計(jì)對兒童而言缺乏趣味性。標(biāo)準(zhǔn)動作軌跡預(yù)先設(shè)定，兒童需根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)動作軌跡的內(nèi)容執(zhí)行精細(xì)動作，模式較為固定，兒童的主動參與度較低。
[0008]2、基于動作軌跡偏差值的測評方法并未評估精細(xì)動作的執(zhí)行過程。書寫、繪畫這類精細(xì)運(yùn)動并不僅僅是最后的手寫軌跡，而是一個(gè)通過施力于筆尖并帶動筆相對于書寫平面接觸運(yùn)動留下手寫軌跡的動態(tài)過程，這個(gè)過程包括運(yùn)動學(xué)特征和動力學(xué)特征。僅對軌跡信息進(jìn)行評估，并不能反映兒童執(zhí)行精細(xì)動作過程的運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)特點(diǎn)。
[0009]3、對兒童指壓發(fā)展的評估判斷不全面且不細(xì)致。在書寫、繪畫這類精細(xì)運(yùn)動的執(zhí)行過程中，筆與書寫平面相互接觸產(chǎn)生的三維力信息，垂直于書寫平面的正向壓力使得書寫或繪畫留下清晰的手寫軌跡，平行于書寫平面X軸和I軸方向上用于克服接觸摩擦力的分力決定筆尖運(yùn)動方向，僅根據(jù)壓力閾值對兒童指壓發(fā)展進(jìn)行判斷，不能綜合分析兒童執(zhí)行過程中施力的動態(tài)變化和調(diào)整過程。
[0010]4、對不同類型的精細(xì)動作軌跡評估均采用相同指標(biāo)，不能有效的反映受試者在精細(xì)動作的哪些方面表現(xiàn)出缺陷。不同類型的精細(xì)動作對受試者的精細(xì)運(yùn)動控制能力要求不同，統(tǒng)一的指標(biāo)不能有效地反映受試者在執(zhí)行不同類型精細(xì)動作時(shí)的特點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上提出的訓(xùn)練建議缺乏針對性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明是為避免上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的問題，提供一種兒童精細(xì)運(yùn)動量化評估方法，能將趣味性的繪畫運(yùn)動與精細(xì)運(yùn)動量化評估融為一體，并捕捉兒童執(zhí)行過程中施力的動態(tài)變化和調(diào)整過程，從而實(shí)現(xiàn)對繪畫這類精細(xì)運(yùn)動執(zhí)行過程運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)特點(diǎn)的量化評估。
[0012]本發(fā)明為解決技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案:
[0013]本發(fā)明一種兒童精細(xì)運(yùn)動量化評估方法的特點(diǎn)是按如下步驟進(jìn)行:
[0014]步驟一、簡筆畫的五維繪畫數(shù)據(jù)采集:
[0015]所述簡筆畫是由直線和圓這兩種幾何形狀構(gòu)成的圖形，并通過觸摸屏專用筆和觸摸屏完成簡筆畫的繪畫過程；
[0016]1.1、以采樣時(shí)間間隔Ts為周期，在采樣時(shí)間點(diǎn)\采集得到五維繪畫數(shù)據(jù)(x(ti)，
I(ti)，F(xiàn)x (ti)，F(xiàn)y (ti)，F(xiàn)z (t^)，所述五維繪畫數(shù)據(jù)(x Ui)，y (t^，F(xiàn)x (t^，F(xiàn)y (t^，F(xiàn)z (t^)包括通過觸摸屏獲取的二維位置繪畫數(shù)據(jù)(Xai)^ai))和通過多維力傳感器獲取的三維力繪畫數(shù)據(jù)(Fx(ti), Fy(ti), Fz (ti)), t^to+iXTs, i=0, I, 2，...，η, n 表示采樣周期的個(gè)數(shù)且 η為自然數(shù)，h為初始采樣時(shí)刻；
tool?] 所述二維位置繪畫數(shù)據(jù)(Xai)^ai))是指在二維笛卡爾坐標(biāo)系下所獲取的位置數(shù)據(jù)；
[0018]所述三維力繪畫數(shù)據(jù)(Fxai) ,FyaiFzai))是由垂直于觸摸屏方向上的正向壓力Fzai)、沿觸摸屏的笛卡爾坐標(biāo)系X軸方向上的分力Fxai)和沿觸摸屏的笛卡爾坐標(biāo)系y軸方向上的分力Fy (ti)組成；
[0019]1.2、從所述初始采樣時(shí)刻h開始，依次獲取采樣時(shí)間點(diǎn)\所對應(yīng)的五維繪畫數(shù)
據(jù)，并將所述五維繪畫數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為五維時(shí)間序列
【權(quán)利要求】
1.一種兒童精細(xì)運(yùn)動量化評估方法，其特征是按如下步驟進(jìn)行: 步驟一、簡筆畫的五維繪畫數(shù)據(jù)采集: 所述簡筆畫是由直線和圓這兩種幾何形狀構(gòu)成的圖形，并通過觸摸屏專用筆和觸摸屏完成簡筆畫的繪畫過程； 1.1、以采樣時(shí)間間隔Ts為周期，在采樣時(shí)間點(diǎn)ti采集得到五維繪畫數(shù)據(jù)(X(^yai),Fx (ti)，F(xiàn)y (ti)，F(xiàn)z (ti))，所述五維繪畫數(shù)據(jù)(X Ui)，y Ui)，F(xiàn)x (t)，F(xiàn)y Ui)，F(xiàn)z (t))包括通過觸摸屏獲取的二維位置繪畫數(shù)據(jù)(Xai)^ai))和通過多維力傳感器獲取的三維力繪畫數(shù)據(jù)(Fx(ti), Fy(ti), Fz (ti))，t^to+iXTs, i=0, I, 2，...，η, η 表示采樣周期的個(gè)數(shù)且 η 為自然數(shù)，t0為初始采樣時(shí)刻； 所述二維位置繪畫數(shù)據(jù)(X(Wyai))是指在二維笛卡爾坐標(biāo)系下所獲取的位置數(shù)據(jù)；所述三維力繪畫數(shù)據(jù)(Fxai),FyaiFzai))是由垂直于觸摸屏方向上的正向壓力Fz (\)、沿觸摸屏的笛卡爾坐標(biāo)系X軸方向上的分力Fxai)和沿觸摸屏的笛卡爾坐標(biāo)系y軸方向上的分力Fy Ui)組成； 1.2、從所述初始采樣時(shí)刻h開始，依次獲取采樣時(shí)間點(diǎn)&所對應(yīng)的五維繪畫數(shù)據(jù)，并 將所述五維繪畫數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為五維時(shí)間序列
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的兒童精細(xì)運(yùn)動量化評估方法，其特征是:所述步驟二中簡筆畫分割按如下步驟進(jìn)行: 2.1、初始化所述采樣時(shí)刻^:將初始時(shí)刻h賦值給所述采樣時(shí)刻& ； 2.2、根據(jù)所述簡筆畫的Fz正向壓力時(shí)間序列，獲取采樣時(shí)刻\所對應(yīng)的正向壓力值Fz Ui)，并判斷所述正向壓力值Fz Ui)是否大于預(yù)先設(shè)定的正向壓力閾值，如果是，直接執(zhí)行步驟2.3，否則，轉(zhuǎn)到步驟2.4執(zhí)行； 2.3、判斷采樣時(shí)刻t是否為初始采樣時(shí)刻h或者所述正向壓力值Fz Ui)的前一時(shí)刻的正向壓力值FzaiJ是否小于等于預(yù)先設(shè)定的正向壓力閾值，如果是，則表明開始當(dāng)前幾何筆畫繪畫，令采樣時(shí)刻\為所述當(dāng)前幾何筆畫的起始采樣時(shí)刻并跳轉(zhuǎn)到步驟2.5執(zhí)行；否則，直接執(zhí)行步驟2.5; 2.4、判斷所述正向壓力值FHti)的前一時(shí)刻的正向壓力值Fz (tH)是否大于預(yù)先設(shè)定的正向壓力閾值，如果是，則表明結(jié)束當(dāng)前幾何筆畫繪畫，令采樣時(shí)刻\為所述當(dāng)前幾何筆畫的結(jié)束采樣時(shí)刻；根據(jù)所述當(dāng)前幾何筆畫的起始采樣時(shí)刻和結(jié)束采樣時(shí)刻，獲得所述當(dāng)前幾何筆畫所對應(yīng)的五維時(shí)間序列并跳轉(zhuǎn)到步驟2.5執(zhí)行；否則，直接跳轉(zhuǎn)到步驟2.5執(zhí)行； 2.5、判斷是否滿足tetfnXTs，若滿足則直接執(zhí)行步驟2.6 ;否則將tfTs賦值給ti;并執(zhí)行步驟2.2 ； 2.6、根據(jù)步驟2.1-2.5獲得Nd個(gè)幾何筆畫所對應(yīng)的五維時(shí)間序列，并判斷每個(gè)幾何筆畫所對應(yīng)的五維時(shí)間序列長度在小于等于預(yù)先設(shè)定的筆畫長度閾值時(shí)，刪除該幾何筆畫所對應(yīng)的五維時(shí)間序列，從而獲得Ns個(gè)幾何筆畫所對應(yīng)的五維時(shí)間序列，O ^ Ns ^ Nd。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的兒童精細(xì)運(yùn)動量化評估方法，其特征是:所述步驟四中幾何筆畫識別按如下步驟進(jìn)行: 3.1、對濾波后的任一幾何筆畫所對應(yīng)的二維位置時(shí)間序列中的X位置時(shí)間序列，通過差分獲得所述X位置時(shí)間序列的一階差分時(shí)間序列； 3.2、判斷所述X位置時(shí)間序列的一階差分時(shí)間序列的數(shù)值是否恒為負(fù)數(shù)或者恒為正數(shù)，如果是，則表明所述任一幾何筆畫的類型是直線，否則，根據(jù)所述任一幾何筆畫所對應(yīng)的二維位置時(shí)間序列中的y位置時(shí)間序列，通過差分獲得所述I位置時(shí)間序列的一階差分時(shí)間序列； 3.3、判斷所述y位置時(shí)間序列的一階差分時(shí)間序列的數(shù)值是否恒為負(fù)數(shù)或者恒為正數(shù)，如果是，則表明所述任一幾何筆畫的類型是直線，否則，表明所述任一幾何筆畫的類型是圓； 3.4、根據(jù)所述Ns個(gè)幾何筆畫的二維位置時(shí)間序列，重復(fù)步驟4.1至步驟4.3對所述Ns個(gè)幾何筆畫進(jìn)行識別，從而獲得N1個(gè)直線和N。個(gè)圓。
【文檔編號】G06F19/00GK103823989SQ201410084548
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2014年3月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月7日
【發(fā)明者】吳仲城, 林秋詩, 羅健飛, 申飛, 李芳
申請人:中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院