基于视觉目标跟踪检测的脑与肢体运动功能测量系统 【技术领域】
本发明涉及一种脑与肢体运动功能测量系统，尤其涉及一种基于视觉目标跟踪检测的脑与肢体运动功能测量系统。
背景技术
运动障碍疾病(movement disorders)又称锥体外系疾病(extrapyramidaldiseases)，源于基底核功能紊乱，主要表现随意运动调节功能障碍，通常分为肌张力增高(运动减少)和肌张力降低(运动过多)两大类，前者称为张力强直综合症，以运动贫乏为特征，如帕金森氏病。后者称为张力不全综合症，主要表现异常不自主运动，如舞蹈症、手足徐动症和扭转痉挛等。
有运动障碍疾病的患者，其自主及不自主运动都受到影响，当进行某一指定任务时，主要特征表现为震颤、运动迟缓和肌张力改变(僵化和松弛)。
此类疾病主要有四种治疗方法：1)药物；2)外科手术；3)细胞移植及基因治疗；4)康复治疗。治疗原理都基于对递质异常和环路活动紊乱的纠正。
目前这几类治疗手段的有效性都是由医生主观确定的，缺乏客观的定量评估。例如，改良Webster评分法是对帕金森病病情评分的常用方法，评分表包含十大症状，每一症状分为4级，即正常(0分)，轻度不正常(1分)，中度不正常(2分)和重度不正常(3分)。最后把十大症状的分数相加，在10分以下者为轻症病人，在10-20分者属中等程度病人，在21-30者则属重症病人。此方法容易导致医生评分的主观性，因此在疗效的评估方面缺乏客观性。
【发明内容】
本发明提供的一种基于视觉目标跟踪检测的脑与肢体运动功能测量系统，通过测试眼和手的协调性，客观的评估被测试者的运动控制功能。
为了达到上述目的，本发明提供一种基于视觉目标跟踪检测的脑与肢体运动功能测量系统，包括输入模块，输出模块，主机；所述的输入模块的输出端电路连接主机的输入端，向主机发送数据；所述的输出模块的输入端电路连接主机的输出端，接收主机发来的数据；所述的主机包括控制模块，位置跟踪测试模块和轨迹跟踪测试模块；所述的位置跟踪测试模块和轨迹跟踪测试模块分别通过串口或USB接口电路连接所述的控制模块，双向传输数据；所述的位置跟踪测试模块能够测量出位置偏差均值和速度偏差均值，所述的轨迹跟踪测试模块能够测量出轨迹长度均值、移动时间均值和反应时间均值。
本发明由于设置了位置跟踪测试模块，能够测量出位置偏差均值和速度偏差均值，分别用来描述被测试者的肢体运动迟缓程度和肌张力改变程度。由于设置了轨迹跟踪测试模块，能够测量出轨迹长度均值、移动时间均值和反应时间均值，这些指标可以分别用来描述被测试者的肢体震颤程度和运动迟缓程度。综合利用上述的指标，能够客观的评估被测试者的运动控制功能。
【附图说明】
图1为本发明基于视觉目标跟踪检测的脑与肢体运动功能测量系统的模块示意图；
图2为本发明基于视觉目标跟踪检测的脑与肢体运动功能测量系统的轨迹跟踪测试模块的工作流程图；
图3为本发明基于视觉目标跟踪检测的脑与肢体运动功能测量系统的轨迹跟踪测试模块的结果示意图；
图4为本发明基于视觉目标跟踪检测的脑与肢体运动功能测量系统的位置跟踪测试模块的工作流程图；
图5为本发明基于视觉目标跟踪检测的脑与肢体运动功能测量系统的位置跟踪测试模块的结果示意图；
图6为本发明基于视觉目标跟踪检测的脑与肢体运动功能测量系统的评估报告。
【具体实施方式】
以下根据图1～图6，具体说明本发明的较佳实施例：
如图1所示，为本发明的一个优选实施例的模块示意图，基于视觉目标跟踪检测的脑与肢体运动功能测量系统包括输入模块10，主机20，和输出模块30；输入模块10为磁性笔，输出模块30为CRT或LCD显示器；
输入模块10的输出端电路连接主机20的输入端；向主机10发送数据；输出模块30的输入端电路连接主机20的输出端，接收主机10发来的数据；
主机20包括控制模块21，位置跟踪测试模块22和轨迹跟踪测试模块23；控制模块21采用英特尔Core 2 Duo E7200处理器，分别与位置跟踪测试模块22和轨迹跟踪测试模块23电路连接，双向传输数据。
位置跟踪测试模块22为单片机电路，通过串口或USB接口电路连接控制模块21。轨迹跟踪测试模块23为单片机电路，通过串口或USB接口电路连接控制模块21。
如图2所示，为轨迹跟踪测试模块23的工作流程图，测试者通过移动其手中的磁性笔来跟踪显示器中随机移动的小球。试验要求被试控制光标尽可能接近小球中心。磁性笔的位置信息通过控制模块21传输给轨迹跟踪测试模块23。如图3所示，一条曲线为小球移动轨迹，另一条曲线是被试的跟踪轨迹，有十字的空心圆表示小球。
轨迹跟踪测试模块23通过计算，可以得到位置偏差均值和速度偏差均值，这两个参数可分别用于描述运动迟缓和肌张力改变(僵化和松弛)。位置偏差均值越大，运动迟缓程度越高；速度偏差均值越大，肌张力改变越大。
如图4所示，为位置跟踪测试模块22地工作流程图，位置跟踪模块启动后，在以显示器中心为圆心，半径为R的圆周上绘制一个小球，小球的位置是随机的，被试要尽可能快的移动光标接触小球。如图5所示，其中的曲线为移动轨迹。控制模块21将位置信息发送给位置跟踪测试模块22，位置跟踪测试模块22通过计算，可以得到轨迹长度均值、移动时间均值和反应时间均值，前两个参数用于描述震颤，第三个参数用于描述运动迟缓。轨迹长度均值越大，移动时间均值越大，震颤程度越高；反应时间均值越大，运动迟缓程度越高。
参数值的定义如下：
1、位置偏差均值(描述运动迟缓)：先计算每次采样时刻小球位置和光标位置的偏差绝对值，再求和取平均；
2、速度偏差均值(描述肌张力改变)：先计算每次采样时刻小球速度和光标移动速度的偏差绝对值，再求和取平均；
3、轨迹长度均值(描述震颤)：计算每次试验光标移动轨迹长度，再计算平均值；
4、移动时间均值(描述震颤)：计算每次试验的移动时间，再计算平均值；
5、反应时间均值(描述运动迟缓)：计算每次试验的反应时间，再计算平均值；
结合上述两个模块得到的测试指标，通过与正常人群试验得到的各运动参数平均值对比，得出其所属等级。有运动障碍疾病的患者在完成某一任务后，其运动相关参数大小均大于等于正常人群的平均值。因此等级可分为十级，最小值为正常人群各项参数的最大值，最大值为症状最严重患者各项参数的最大值，然后在最大值和最小值之间平均地分成十个等级，如果测得的参数小于最小值，则认为是正常，如果测得的参数大于最大值，则认为是第十级；如图6所示，为一个患者的综合测试报告，其中斜线方块表示手术前的等级，竖线方块表示手术后的等级，可以清楚地看到手术的效果。向下的箭头表示降低的百分比，向上的箭头表示升高的百分比。
在其他实施例中，输入模块10也可以为操纵杆或鼠标。
本发明能够测量出位置偏差均值、速度偏差均值、轨迹长度均值、移动时间均值和反应时间均值，这些指标可以用来描述被测试者的肢体运动迟缓程度、肌张力改变程度和肢体震颤程度，能够客观的评估被测试者的运动控制功能。可以广泛的应用在医疗领域，通过手术前后试验得到参数值得比较，对手术效果进行定量评估。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。