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CN110215188A - 用于促进康复治疗的系统和方法 - Google Patents

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CN110215188A
CN110215188A CN201910416894.5A CN201910416894A CN110215188A CN 110215188 A CN110215188 A CN 110215188A CN 201910416894 A CN201910416894 A CN 201910416894A CN 110215188 A CN110215188 A CN 110215188A
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CN
China
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patient
rehabilitation
family
equipment
data
Prior art date
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史蒂文·C·克莱默
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University of California
Original Assignee
University of California
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Publication date
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Abstract

一种康复系统包括配置用于促进家庭康复治疗的便携式患者工作站。在一些实施例中，工作站包括计算设备和一个或多个康复设备。计算设备被配置为生成与一个或多个家庭训练相关的基于计算机的任务。通信地连接到计算设备的康复设备包括传感器，该传感器在被指示执行一个或多个任务时捕获用于评估患者的运动技能的运动数据。

Description

用于促进康复治疗的系统和方法
技术领域
本公开总体涉及用于促进康复治疗的系统和方法，更具体地涉及以基于日常生活活动的家庭训练进行康复治疗的康复系统和方法。
背景技术
研究表明，患有神经损伤(例如由于中风、多发性硬化症、外伤或如肌萎缩侧索硬化的退行性脑病)的患者受益于专门从事结合家庭训练的康复治疗的临床医生(例如物理治疗师)的治疗。不幸的是，大多数人只能接受有限的治疗，并且类似地只能进行有限的家庭训练。造成这种情况的原因包括康复治疗的成本高和受限制的使用以及在家中进行训练的积极性低。无论原因如何，提供数量有限的康复治疗和进行家庭训练往往导致患者未达到最高水平的康复。
传统上，家庭职能和物理治疗任务侧重利用如可伸展带的简单装置重复训练。不幸的是，目前没有康复系统将日常生活实际活动(ADL)和独立日常生活活动(iADL)结合到患者的家庭康复治疗方案中。阻碍将基于ADL的(和/或基于iADL的)训练添加到患者的家庭康复治疗方案的一些主要原因可以包括：(1)临床医生无法接收到与针对ADL和/或iADL的家庭训练执行相关的足够数量的信息，以及(2)患者无法接收到与针对这种ADL/iADL的训练的足够的反馈。因此，除非患者正在执行ADL或iADL任务，并且临床医生在视频会议期间实际上正在观看患者，否则临床医生无法知道运动中的违规情况。但是，由于视频会议提供了患者的单一视角，不易察觉的运动违规不会被知道，并且失去了从神经损伤中获得更大改善的机会。
发明内容
根据本发明的一方面，提供一种便携式患者工作站，其被配置用于促进家庭康复治疗，工作站包括：
计算设备，其被配置用于生成与一个或多个家庭训练相关的基于计算机的任务，其中家庭训练是基于实际日常生活活动的训练；以及
一个或多个康复设备，一个或多个康复设备通信地连接到计算设备，一个或多个康复设备包括第一康复设备，至少第一康复设备包括传感器，传感器在被指示执行一个或多个家庭训练任务时捕获用于评估患者的运动技能的执行数据，
其中执行数据包括与实际日常生活活动的多个规定度量的子集相关的度量信息，多个规定度量包括以下中的至少两个：(i)运动方向的测量，(ii)运动距离的测量，(iii)转动量的测量，(iv)包括线速度和角速度中的至少一个的速度的测量，以及(v)包括传感器的线性加速度和角加速度中的至少一个的加速度的测量。
根据本发明的一个实施例，其中传感器被集成在第一康复设备内。
根据本发明的一个实施例，其中传感器适于插入腔内，腔的尺寸被设置成用于将传感器容纳并保持在第一康复设备内。
根据本发明的一个实施例，患者工作站进一步包括：
一个或多个显示器，一个或多个显示器电连接到计算设备；
桌面控制台，桌面控制台包括多个整体用户接口设备，多个整体用户接口设备通信地连接到计算设备并且适于在患者参与一个或多个家庭训练时接收患者的输入；以及
网络接口设备，网络接口设备通信地连接到计算设备，网络接口设备经由网络从患者工作站发送信息并且接收针对患者工作站的信息。
根据本发明的一个实施例，患者工作站通信地连接到定位为邻近计算设备的多个摄像机。
根据本发明的一个实施例，其中网络接口设备通信地连接到云服务，云服务分析由多个摄像机捕获的视频内容。
根据本发明的一个实施例，患者工作站进一步包括电连接到计算设备的一个或多个显示器，一个或多个显示器中的第一显示器支持增强现实操作，增强现实操作与第一康复设备配合操作以提供要在增强现实操作期间创建的物体上执行的一个或多个任务中的一个。
根据本发明的一个实施例，其中传感器包括通信收发器、加速度计以及陀螺仪和罗盘组件组。
根据本发明的一个实施例，其中加速度计以及陀螺仪和罗盘组件组适于测量至少第一康复设备的运动变化。
根据本发明的一个实施例，其中传感器可移除地连接到第一康复设备。
根据本发明的一个实施例，其中计算设备被配置用于接收所捕获的执行数据并将执行数据发送到云服务，云服务包括在没有人干预的情况下自动分析执行数据以评估患者运动技能的机器学习逻辑或人工神经网络逻辑。
根据本发明的一个实施例，其中云服务是私有云服务。
根据本发明的一个实施例，其中计算设备被配置用于接收云服务的评估结果并基于结果调整一个或多个家庭训练相关的基于计算机的任务。
根据本发明的一个实施例，其中实际日常生活活动包括基础性日常生活活动和独立日常生活活动中的典型动作，基础性日常生活活动包括吃饭、洗澡、穿衣、坐、站、行走，独立日常生活活动包括管理金钱、驾驶、家务、准备膳食、购物和适当的药物摄入。
根据本发明的一个实施例，其中家庭康复治疗针对包括上肢运动障碍和下肢运动障碍的运动功能障碍，运动功能障碍因下列因素引起：中风、多发性硬化症、外伤或退行性脑病。
根据本发明，提供一种患者康复分析系统，分析系统包括：
云服务，云服务接收来自根据如上所述的患者工作站的关于家庭训练的执行数据，分析执行数据以评估患者运动技能，并且基于评估向患者工作站提供家庭康复治疗方案。
根据本发明的另一方面，提供一种便携式患者工作站，其被配置用于促进患者的家庭康复治疗，该工作站包括：
网络连接装置；
处理装置，处理装置可通信地连接到网络连接装置；
桌面控制台，桌面控制台可通信地连接到处理装置，桌面控制台包括垫和安装到垫的一个或多个用户接口装置，其中一个或多个用户接口装置可通信地连接到处理装置并且配置用于接收来自患者的输入，其中一个或多个用户界面装置包括第一组多个按钮和第二组多个按钮，该第一组多个按钮位于垫上并且隔开以便在垫的表面上限定矩形空间的四个角，并且第二组多个按钮彼此相邻并且布置在位于矩形空间内的两个横向行中，其中横向行朝向矩形空间的一个边缘偏置，其中横向行是弯曲的，以符合人体工程学地接收患者的指尖，其中第一组多个按钮的尺寸大于第二组多个按钮的尺寸，其中第一组多个按钮适于照亮；以及
可通信地连接到处理装置的存储器，存储器包括下列模块：
一个或多个交互式模块，其在运行时执行一个或多个康复活动，该活动基于识别的患者健康状况的评估数据并在监视器上回放，一个或多个康复活动按照为患者量身定制的康复方案进行；其中，当患者进行康复活动时，桌面控制台通过一个或多个用户界面装置接收来自患者的输入；和
一个或多个收集存储模块，其在运行时收集并存储与响应于一个或多个康复活动的回放而由患者进行的活动相关的数据，所述一个或多个收集存储模块还配置用于经由网络连接装置发送存储数据的至少一部分。
根据本发明的一个实施例，其中一个或多个交互式模块配置为响应于来自患者的输入实时调整一个或多个康复活动的度量，该度量包括一个或多个康复活动的难度水平。
根据本发明的一个实施例，其中评估数据包括与患者的运动功能(Fugl-Meyer)评估相关的分数。
根据本发明的一个实施例，其中与患者进行的活动相关的数据包括(i)患者使用工作站的时间，(ii)患者使用工作站的持续时间，以及(iii)患者使用工作站进行的活动。
根据本发明的一个实施例，其中一个或多个用户界面装置还包括可旋转的刻度盘。
根据本发明的一个实施例，还包括辅助用户界面装置，该辅助用户界面装置与控制台分离并在患者参与活动时接收患者输入。
根据本发明的一个实施例，其中辅助用户界面装置包括包含力传感器的构件，力传感器配置用于测量构件被患者挤压或捏紧的力。
根据本发明的一个实施例，还包括相机和扬声器，其可通信地连接到处理装置和网络连接装置，以在患者参与活动时建立与可由物理治疗师访问的网络服务器的视频会议会话。
根据本发明的又一方面，提供一种促进家庭康复治疗的方法，该方法包括：
将表明患者的身体或精神损伤的参数输入到计算机中，该参数包括Fugl-Meyer分数；
响应于接收输入参数，执行算法，该算法推荐基于计算机的活动，可以根据分配给每个输入参数的Fugl-Meyer分数向患者规定活动以解决患者的特定身体或精神损害，基于计算机的活动自动生成和显示以供治疗师接受或用治疗师选择的活动替代至少一种康复活动以产生康复行程，从而形成为患者定制的多个康复活动的康复方案；
提供一种具有桌面控制台的患者工作站，桌面控制台包括垫和安装到垫上的一个或多个用户界面装置，其中一个或多个用户界面装置包括第一组多个按钮和第二组多个按钮，第一组多个按钮位于垫上并且隔开以限定在垫的表面上的矩形空间的四个角，并且第二组多个按钮彼此相邻并且布置在位于矩形空间内的两个横向行中，其中横向行朝向矩形空间的一个边缘偏置，其中横向行是弯曲的以符合人体工程学的方式接收患者的指尖，其中第一组多个按钮的尺寸大于第二组多个按钮的尺寸，其中第一组多个按钮适于照亮；以及
将患者工作站编程用于主管为患者选定的多个基于计算机的活动，其中桌面控制台配置为在患者执行活动时通过一个或多个用户界面装置接收来自患者的输入。
根据本发明的一个实施例，其中形成康复方案还包括选择多个康复活动中的每一个将被执行的持续时间以及多个康复活动中的每一个期间的休息的数量和持续时间。
根据本发明的一个实施例，其中基于计算机的活动包括患者可以使用患者工作站的用户界面装置进行的交互式计算机游戏。
根据本发明的一个实施例，还包括收集和存储与患者参与基于计算机的活动相关的数据，并使用该数据来评估患者康复进展并基于患者康复进展修改多个基于计算机的活动。
根据本发明的又一方面，提供一种用于促进患者的家庭康复治疗的康复系统，该系统包括：
a.治疗师控制系统，其用于跟踪和分析数据以评估患者康复训练的表现，包括：
治疗师网络连接装置；
治疗师处理装置，其可通信地连接到治疗师网络连接装置；以及
治疗师存储器，其可通信地连接到治疗师处理装置，该治疗师存储器包括下列模块：
第一治疗师模块，其在由治疗师处理装置执行时接收识别患者的健康状况的评估数据，并基于评估数据自动生成一个或多个潜在的康复活动，潜在的康复活动被显示以供治疗师接受或使用治疗师选择的活动代替至少一个康复活动以形成康复行程以形成为患者量身定制的多种康复活动的康复方案；以及
第二治疗师模块，其在由治疗师处理装置执行时，分析与执行多个康复活动时由患者进行的活动相关的数据，并基于所分析的数据生成修改的康复活动，以便传输到患者工作站；以及
b.患者工作站包括：
患者网络连接装置；
患者处理装置，其可通信地连接到患者网络连接装置；
桌面控制台，其可通信地连接到患者处理装置，桌面控制台包括垫和安装到垫的一个或多个用户接口装置，其中一个或多个用户接口装置可通信地连接到患者处理装置并且被配置为接收来自患者的输入，其中一个或多个用户界面装置包括第一组多个按钮和第二组多个按钮，第一组多个按钮位于垫上并且隔开以便限定垫的表面上的矩形空间的四个角，并且第二组多个按钮彼此邻近并且布置在位于矩形空间内的两个横向行中，其中横向行朝向矩形空间的一个边缘偏置，其中横向行是弯曲的，以便符合人体工程学地接收患者的指尖，其中第一组多个按钮尺寸大于第二组多个按钮，其中第一组多个按钮适于照亮；以及
患者存储器，其可通信地连接到患者处理装置，患者存储器包括下列模块：
一个或多个患者交互模块，其在由患者处理装置执行时，执行为患者定制的一个或多个康复活动并在监视器上回放一个或多个康复活动，一个或多个康复活动按照康复方案进行，其中当患者进行康复活动时，桌面控制台通过一个或多个用户界面装置接收来自患者的输入；以及
一个或多个患者模块，其在由患者处理装置执行时，收集并存储响应于一个或多个康复活动的回放而由患者进行的活动相关的数据，一个或多个模块还被配置为通过患者网络连接装置向治疗师控制系统发送至少一部分存储数据。
根据本发明的一个实施例，其中评估数据包括与患者的Fugl-Meyer评估相关的分数。
根据本发明的一个实施例，其中产生康复行程以形成包括多个康复活动的康复方案包括选择要进行的多个康复活动中的每一个的持续时间和在多个康复活动中的每一个期间的休息的数量和持续时间。
根据本发明的一个实施例，其中该得分至少由第一模块处理以产生治疗推荐。
根据本发明的一个实施例，其中一个或多个患者交互模块被配置为响应于来自患者的输入而实时调整一个或多个康复活动的度量，该度量包括一个或多个康复活动的难度水平。
根据本发明的一个实施例，其中与患者进行的活动相关的数据包括(i)患者使用工作站的时间，(ii)患者使用工作站的持续时间，以及(iii)患者使用工作站进行的活动。
根据本发明的一个实施例，其中患者工作站还包括与控制台分开的辅助用户界面装置，并在患者参与活动时接收患者输入。
根据本发明的一个实施例，其中辅助用户界面装置包括包含力传感器的构件，该力传感器配置用于测量患者挤压或捏紧该构件的力。
附图说明
参考以下附图可以更好地理解本公开。一致的附图标记在全部附图中表示相应的部分，其不一定按比例绘制。
图1是用于促进康复治疗的系统的实施例的框图；
图2是图1的康复系统的第一实施例的示意图，该系统具有用于采集图像和/或视频的一个或多个摄像机，图像和/或视频用于基于云的分析(基于云的康复系统)；
图3是图1的康复系统的第二实施例的示意图，该系统作为患者工作站运行；
图4是与图3的康复系统一起运行的计算设备的体系结构的实施例的示意性框图；
图5A是图1的康复系统的第三实施例的示意性框图，该系统作为收集运动数据并将其提供给康复设备的传感器运行(传感器康复系统)；
图5B是作为家庭物品的康复设备的一部分结合的第一示例性传感器的框图；
图5C是设置在家庭物品的康复设备上的第二示例性传感器的框图；
图6是图1系统的网络服务器的架构的实施例的框图；
图7A是康复系统的示意图，该康复系统进行针对任务康复的家庭训练并且收集家庭训练的结果用于分析；
图7B是康复系统的示意图，该康复系统包括进行针对任务康复的家庭训练的患者工作站，并且收集家庭训练的结果用于分析；
图8A是康复系统的示意图，该康复系统进行针对腿部康复的家庭训练并且收集家庭训练的结果用于分析；
图8B是康复系统的示意图，该康复系统包括进行针对腿部康复的家庭训练的患者工作站并且收集家庭训练的结果用于分析；
图9是康复系统的示意图，该康复系统进行针对认知康复的家庭训练并且收集家庭训练的结果用于分析；
图10A是进行针对药物依从性验证的家庭训练的康复系统的示意图；
图10B是包括进行针对药物依从性验证的家庭训练的患者工作站的康复系统的示意图。
具体实施方式
本公开的实施例总体涉及一种向患者提供整体康复治疗的康复系统和方法，其中康复治疗的特征在于家庭训练，该家庭训练针对实际日常生活活动(ADL)。ADL包括基础性日常生活活动(BADL)和独立日常生活活动(iADL，也称为工具性日常生活活动)。BADL是人进行的基本日常活动，例如吃饭、洗澡、穿衣、坐、站、行走，而iADL是通常在正常的一天当中由人进行的更复杂的活动，如管理金钱、驾驶、家务、准备膳食、购物和适当的药物摄入。如本文所述，BADL和/或iADL集中训练(以下称为“家庭训练”)可以分为任务康复、手臂/腿运动康复、认知康复或药物依从性。家庭康复治疗针对包括上肢运动障碍和下肢运动障碍的运动功能障碍。运动功能障碍包括因中风、多发性硬化症、外伤或如肌萎缩侧索硬化的退行性脑病等所引起的运动功能障碍。
在这里，康复系统被配置用于实时监测患者在这些家庭训练期间的活动，特别是他或她的动作。另外或者可选地，康复系统可以配置为在一次或多次家庭训练期间收集与被监测患者的活动相关的信息(以下称为“执行数据”)，该信息随后被存储以供临床医生之后评估。使用执行数据，临床医生可以调整患者的康复治疗并确认药物依从性，以尽力提高患者的康复水平。
根据本公开的一个实施例，康复系统的特征在于多个摄像机，这些摄像机定位在患者住所的一个或多个房间(例如厨房、卧室、浴室、车库等)内或紧邻患者住所外(例如院子的一部分等)的不同位置处。在家庭训练期间，这些摄像机中的一个或多个被配置用于捕获视频以及将视频下载到计算设备(例如，服务器)。摄像机可以不断收集视频，或者可以在家庭训练的特定时间间隔期间激活。此后，计算设备被配置为以安全的方式将捕获的视频发送到云服务。
云服务可以以私有云服务来运行，其包括机器学习逻辑(MLL)或人工神经网络逻辑，其在没有人为干预的情况下自动地分析执行数据，尤其是在家庭训练期间患者的运动。在对执行数据进行分析时，云服务识别患者与执行数据相关的家庭训练。云服务根据家庭训练所针对的一项或多项活动解析执行数据。之后，云服务将执行数据的解析部分(其针对由家庭训练针对的至少一个活动)与和活动相关的标记数据进行比较。根据本公开的一个实施例，标记数据可以包括但不限于或限定为在进行特定活动时的运动模式，其中(i)表示健康的大脑功能和/或(ii)是存在神经损伤的症状或潜在神经损伤的前兆。
根据本公开的另一(第二)实施例，康复系统特征在于包括控制台和多个康复设备的患者工作站。康复系统进一步包括桌子、计算机、多个摄像机、支持视频会议和基于视频的治疗游戏的第一显示器、支持增强现实的第二显示器和/或网络连接设备，它们的一些或全部可以被送到患者家中。如下所述，传感器可以被结合到一个或多个康复设备中以捕获与康复设备相关的运动数据，或者这样的传感器可以被实现为附接到康复设备或与康复设备分离的适配器。
一经工作站被递送，患者就可以使用康复设备参与通过计算设备托管的各种基于计算机的家庭训练。家庭训练至少部分地针对BADL和iADL任务，这些任务由临床医生(如物理治疗师、职业治疗师、物理医生、护士或其他医学专业人员)具体选择，以训练患者需要康复的身体部分。家庭训练可以构建成为患者在家训练提供动力的游戏。此外，家庭训练可以涉及增强现实，其中在第二显示器上显示虚拟图像以使患者能够使用一个或多个康复设备来进行腿部康复训练ADL和/或iADL任务。
在一些实施例中，该系统进一步包括临床医生控制系统，临床医生控制系统包括供临床医生用于调整特定于每个个体患者的康复方案的软件。临床医生控制系统进一步跟踪和分析由位于住所和/或患者工作站内的摄像机(摄像机、传感器等)收集的数据，使得临床医生可以评估患者家庭训练的执行。必要时，临床医师可以改变患者的康复方案。在一些实施例中，当患者执行家庭训练中相关任务时，临床医生可以通过使用患者工作站作为接口进一步在视觉上和听觉上与患者交互。这样，即使临床医生处于不同的位置，临床医生也可为在他或她家的患者提供在线同步个人帮助。
根据本公开的另一(第三)实施例，康复系统特征在于一个或多个数据捕获设备。一种类型的数据捕获设备是有线或无线传感器，其可以被结合或附接到康复设备(例如，家庭物品、代表家庭物品等的便携式物体等)以在一个或多个家庭训练中使用。对于该实施例，传感器可以包括通信收发器、加速度计和/或定位逻辑件(例如，陀螺仪和/或罗盘组件)。在使用包括传感器的康复设备的家庭训练期间，收集特定家庭训练的执行数据并且将其下载到计算设备，其中家庭训练是基于实际日常生活活动的训练。执行数据可以包括当患者在家庭训练期间使用康复设备时与患者或传感器的运动相关的数据(下文称为“运动数据”)。运动数据可以包括与规定度量相关的信息(称为“度量信息”或“参数”)，包括传感器的运动方向的测量、运动距离的测量、旋转的测量、速度(包括线速度和角速度中的至少一个)的测量和/或加速度(包括传感器的线性加速度和角加速度中的至少一个)的测量以及这些参数的任何增量变化。这些参数可以表示作为家庭训练的一部分的ADL(或iADL)任务的执行方式，如切割动作、混合动作、转动动作等。除了运动数据之外，还可以通过其他传感器捕获另外的执行数据(例如抓握压力、手部定位、足部压力、重量分布等)。
如上所述，根据本公开的一个实施例，计算设备被配置为以安全的方式将执行数据传输到云服务，云服务包括机器学习逻辑或人工神经网络逻辑，其依靠与健康大脑功能相关的已知运动模式(例如线性运动、正常、均匀加速等)和/或与神经损伤相关的已知运动模式(例如，不稳定运动、加速度超出正常范围之外等)来分析执行数据。可选地，计算设备被配置成以安全的方式将运动数据传输到临床医生可访问的服务器，以依靠与表示健康的大脑功能和/或神经损伤的先前观察到的运动数据相关的启发法进行分析。
根据本公开的另一实施例，云服务配置用于接收来自患者工作站的关于家庭训练的执行数据，云服务包括例如机器学习逻辑或人工神经网络逻辑的智能分析逻辑，其依靠与健康大脑功能相关的已知运动模式(例如线性运动、正常、均匀加速等)和/或与神经损伤相关的已知运动模式(例如，不稳定运动、加速度超出正常范围之外等)来分析执行数据，以评估患者运动技能，并且由临床医生或分析系统托管的治疗软件基于评估向患者工作站提供家庭康复治疗方案。
在以下公开中，描述了各种具体实施例。应该理解的是，那些实施例是所公开发明的示例实施方式，并且可选实施例是可行的。所有这样的实施例旨在落入本公开的范围内。
I.术语
在以下描述中，使用某些术语来描述本发明的各方面。例如，在某些情况下，术语“逻辑”代表被配置用于执行一个或多个功能的硬件、固件和/或软件。作为硬件，逻辑可以包括具有数据处理的电路(例如处理器)或具有数据存储功能的电路(例如半导体存储器)。这里，“处理器”可以包括但不限于或限定于中央处理单元(CPU)、数字信号处理器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列；I/O控制器(网络、盘、存储器、键盘等)；接收器、发射器和/或收发器电路；组合逻辑或者一个或多个上述部件的组合。
另外或可选地，“逻辑”可以是一个或多个软件模块的形式，例如以下列形式的可执行代码：操作系统组件、可执行应用程序、固件、应用程序编程接口(API)、一个或多个子程序、函数、过程、小程序、插件、小服务程序、组件对象模型(COM)对象、例程、源代码、目标代码、共享库/动态链接库、脚本、服务(例如基于公共或私有云的功能)或一个或多个指令。这些软件模块可以存储在任何类型的合适的非暂时性存储介质或暂时性存储介质(例如，电、光、声或其他形式的传播信号，例如载波、红外信号或数字信号)中。“非暂时性存储介质”的示例可以包括但不限于或限定于可编程电路；非持久性存储器，例如易失性存储器(例如，任何类型的随机存取存储器“RAM”)；持久性存储器，如非易失性存储器(例如，只读存储器“ROM”、电源支持的RAM、闪存、相变存储器等)、固态驱动器、硬盘驱动器、光盘驱动器、或便携式存储设备；和/或半导体存储器。作为固件，可执行代码存储在持久性存储器中。
术语“计算设备”总体指具有数据处理和网络连接功能的电子设备。计算设备的示例可以包括但不限于或限定于以下：服务器；路由器或其他信号传播网络设备(例如无线或有线接入点、电缆调制解调器)；机顶盒；视频游戏控制台；计算机(例如台式计算机或便携式计算机，如膝上型计算机、平板电脑、上网本等)；智能手机；或可穿戴技术(例如iwatchTM、健身腕带等)。
术语“互连”是与计算设备或在计算设备内的物理或逻辑通信路径。例如，通信路径可以包括有线和/或无线连接。有线连接的示例包括电线、光纤、电缆或总线迹线，而无线连接可以包括红外、射频(RF)或任何其他有线/无线信令机制。
术语“片段”可以被解释为视频的一部分，如有序的一系列帧、单个帧或帧的一部分。
最后，如本文所使用的术语“或”以及“和/或”应被解释为包含性的或意指任何一个或任何组合。因此，“A、B或C”或“A、B和/或C”可以表示以下任何一种：“A；B；C；A和B；A和C；B和C；A、B和C“。只有当要素、功能、步骤或动作的组合以某种方式固有地相互排斥时，才会出现该定义的例外。
由于本发明容易受到许多不同形式的实施方式的影响，因此意图将本公开视为本发明原理的示例，而并非旨在将本发明限定于所示出和描述的具体实施方式。
II.总体架构
参考图1，示出了通过执行ADL和/或iADL活动来促进家庭康复治疗的系统100的示例性实施例。在本文，系统100总体包括经由网络150(如公共广域网(例如互联网))可通信地连接到分析系统120的康复系统110。分析系统120可以包括可以用于分析从康复系统110下载的执行数据160的大体上任何设备或设备组合。执行数据160可以包括视频或运动数据，即与当患者在家庭训练期间执行一项或多项ADL或iADL任务时由一个或更多个传感器所捕获的运动相关的分析数据。
分析系统120的一个实施例可以作为云服务130(例如，私有云服务)来运行，其包括一个或多个服务器132，服务器132适用于自动分析逻辑134(例如，机器学习逻辑、人工神经网络逻辑或其他人工智能)。自动分析逻辑134可以从康复系统110接收作为执行数据160的一个或多个视频片段并且分析视频片段的内容。在这种分析期间，将患者的特定运动——即患者进行活动的方式——与和健康大脑功能相关的已知运动模式(例如与不再需要治疗的运动相关的启发式)和/或与神经损伤相关的已知运动模式(例如与仍然需要治疗的运动相关的启发式)进行比较。
分析系统120的另一实施例可以包括临床医生控制系统140和通信地连接到网络150的网络服务器145。在本文，临床医生控制系统140可以包括基本上可以用于访问并且与网络服务器145交互的任何设备。相应地，临床医生控制系统140可以作为连接到网络服务器145的计算设备(例如台式计算机、膝上型计算机、平板电脑、智能手机等)来运行。如下面结合图6更详细地描述的，网络服务器145(远程计算机)可以配置用于存储和执行以软件设置的临床医生控制系统140，以由一位或多位临床医生使用来设计康复治疗方案以及监测和评估患者进行基于计算机的活动的进程。这样的评估可以是在执行BADL和/或iADL任务期间下载的视频或捕获的分析数据，如下所述。
现在参考图2，示出了配置用于支持家庭基于BADL和/或基于iADL的任务的康复系统110的第一实施例的框图。在本文，住所200具有多个房间，其中多个摄像机2101-210N(N>1)设置在住所200内(或其附近)。摄像机2101-210N被配置用于捕获由患者215执行的针对BADL和/或iADL任务的视频，并且所捕获的视频通过网络220被下载到计算设备230和/或云服务130。网络220可以作为计算设备230和摄像机2101-210N中的每一个之间的单独的对等通信(例如蓝牙TM(BT)通信)进行操作或可以作为摄像机2101-210N连接到的有线或无线局域网(LAN)进行操作。
根据分配给该患者的康复方案来选择由患者215执行的BADL和/或iADL任务。根据本公开的一个实施例，患者215可以在他或她的家庭训练期间接收执行某些BADL和/或iADL任务的指令，其中该指令是由通过计算设备230托管的治疗软件235生成并提供的，计算设备230与患者工作站250一起操作。在执行期间，治疗软件235向患者215提供书面或听觉指令，以针对患者的康复方案执行某些BADL和/或iADL任务。此外，在执行所选择的BADL和/或iADL任务期间，当患者215执行所选择的BADL和/或iADL任务时，计算设备230可以激活一个或多个摄像机2101-210N以捕获视频。
然而，根据本公开的另一实施例，患者215可以从由图1的分析系统120托管的治疗软件235(例如远程网络服务器145)或直接从临床医生(例如经由使用患者工作站250的视频会议呼叫、经由除患者工作站250之外的设备的视频会议或音频通信，如电话、网络电视等)接收用于执行BADL和/或iADL任务的指令。在执行所选择的BADL和/或iADL任务期间，一个或多个摄像机2101-210N可以(经由与计算设备230的受控远程连接)处于临床医生的控制下。
无论执行BADL(和/或iADL)任务的指令是本地的还是远程执行，在每个指示的家庭训练期间执行的特定BADL和/或iADL任务都被识别。其结果是，由被激活以监测患者的运动的摄像机2101-210N捕获的每个视频片段与可由图1的分析系统120使用的元数据相关，以识别哪些BADL和/或iADL任务属于每个捕获的视频片段。例如，可以将任务代码值分配给每个捕获的视频片段以识别在捕获视频片段期间执行的BADL和/或iADL任务。自动分析逻辑134(例如机器学习逻辑)或临床医生可以使用该任务代码值来关注BADL和iADL任务之间不同的特定特征。
更具体地，摄像机2101-210N被配置用于监测患者的动作和运动，以便提供下载到计算设备230的视频。响应于接收到一个或多个视频片段，计算设备230可适用于对接收到的视频片段执行预处理操作(例如，应用任务代码值以将捕获的视频片段与特定任务相关、从不同摄像机和视角收集视频片段以及识别这些视频片段之间的关系等)以产生捕获的视频内容260。捕获的视频内容260可以包括可以被共同分析的一系列帧，彼此分开分析的单独帧和/或彼此分开分析的单独帧的部分。
捕获的视频内容260经由网络265从计算设备230下载到云服务130。云服务130可以包括自动分析逻辑134；即机器学习逻辑262、人工神经网络(ANN)逻辑264或适用于依靠已知的正常活动和/或运动和/或已知的异常活动和/或运动(总体被称为“训练数据”)来分析捕获的视频内容的其他人工智能逻辑。已知的正常活动和/或运动和/或已知的异常活动和/或运动可以存储在自动分析逻辑134可用的储存库266中。
作为说明性示例，响应于在患者工作站250处操作的治疗软件235的请求或来自带外源(例如电话呼叫、SkypeTM通信等)的指令，可以指示患者215在指定位置270(例如厨房岛)执行特定任务。在患者运动到指定位置270期间，多个摄像机2101-210M(M<N)的子集在激活时被布置为在他或她走向指定位置270期间捕获患者步态的视频。关于步态，基于由一个或多个摄像机2101-210M收集的视频片段的捕获视频内容可以表征表明正常和/或异常行走倾向或跌倒风险的特定度量信息。这些度量可以包括但不限于或限定于行走速度、步幅长度、步幅频率、平滑度、侧向摇摆和/或前倾。可以由云服务130内的自动分析逻辑134分析度量信息，以确定与该患者215相关的风险水平和行走问题。
这样的度量信息可以有助于患者的病理分析以识别或突出需要改进的度量。例如，在云服务130分析期间，患者215摆动过度(例如大于规定的阈值)时，识别该失败的度量。在分析与步态相关的一个或多个度量之后，可以将结果度量信息详细地或者以可行总结报告提供给临床医生，该报告突出从跌倒风险角度而言最显著的发现，以帮助识别从行走的角度而言患者需要进行改善的更精确的区域。该信息可以帮助临床医生调整门诊治疗以帮助纠正与患者步态相关的问题，或者可以帮助为患者和临床医生之间关于康复进展的讨论提供信息。作为可选特征，响应于确定过度摇摆，可以想到的是，从治疗软件235生成计算机化语音并且在患者工作站250的一个或多个扬声器(在下面描述)上播放，该扬声器播报需要更精确地控制以纠正问题的行走特征并且监控患者是否能够立即改善某些指标。作为可选特征，分析系统基于结果度量信息向患者工作站提供调整后的家庭康复治疗方案。
如在图2中进一步示出的，可以要求患者去住所200中的任何房间(例如房间285、房间290)，以便执行作为康复治疗的一部分的BADL或iADL任务。可以通过适当地定位在指定用于治疗分析的房间内的另外的摄像机来捕获患者的动作和/或运动。这允许在执行所请求的任务时持续监测患者215的运动以及患者215的动作和/或运动。
现在参考图3，示出了作为患者工作站250操作的图1的康复系统110的第二实施例的说明图。在这里，对于该实施例，康复系统110是便携式的集成系统，其包括由患者的临床医生规定的患者执行家庭治疗需要的部件。这在患者缺乏执行由康复系统110支持的活动所需的某些设施(例如计算机和/或互联网访问)的情况下尤其有益。
更具体地，康复系统110包括桌面控制台300以及通信地连接到计算设备230的多个康复(用户界面)设备310。如图所示，可以利用一个或多个有线互连(例如线缆)实现连接。当然，可以通过无线互连到计算设备230来实现相同的功能。另外，第一显示器320、一个或多个扬声器325和第二显示器330可通信地连接到计算设备230。第一显示器320和扬声器325能够使病人和临床医生之间进行视频会议。可以在患者正在进行家庭训练的同时或者在进行家庭训练以外的时候进行这种视频会议。
如下所述，一些康复设备310(例如第一康复设备)可以适于接收传感器340，该传感器340在由治疗软件235控制的家庭训练期间计算与康复设备310的定位和运动相关的度量，治疗软件235在计算设备230或可访问计算设备230的远程计算机中执行。传感器340经由有线互连345或无线互连(例如，BT发射机/接收机对、BT发射机等)通信地连接到计算设备230。第一康复设备可以是如下所述的代表家庭物品(例如塑料刮刀、塑料烹饪勺、塑料雕刻刀等)的便携式物体370，传感器340可拆卸地连接到该家庭物品上，以便接收与传感器340相关的运动数据。
进一步参考图3，在一些实施例中，桌面控制台300被配置成固定地附接到康复桌350的顶面(桌面)352。在一些实施例中，控制台300具有支撑构件302，该支撑构件302被配置为平放在桌面352并且包括多个集成的康复设备，其在使用时将测量的输入提供到计算设备230中。在图3的实施例中，集成的康复设备包括多个(例如4个)间隔较远的大按钮304和多个(例如10个)间隔较近的小按钮306。这些集成的康复设备中的每一个物理地安装到支撑构件302并且在控制台没有拆卸的情况下不能从支撑构件302移除。另外，这些设备中的每一个通过一根或多根线缆(在图3中不可见)连接到计算设备230。
在一些实施例中，大按钮304被定位在桌面控制台300上以便限定支撑构件302的表面上的矩形空间的四个角。从坐在桌子350处的患者的角度看，该空间例如可以是约1到3英尺宽以及约1到2英尺深。在一些实施例中，大按钮304可以在被计算设备230命令这样做时或者在患者按压或击中时被照亮(例如用不同的颜色)，这取决于患者参与的活动。
小按钮306可以布置在总体包含在由大按钮304限定的矩形空间内的两个总体横向的排中。如图3所示，这些排可以是弯曲的，以便符合人体工程学地适应接收患者的指尖。在这种情况下，可以以类似于键盘按键的方式由各个手指按压小按钮306。虽然未示出，但第二显示器330可以被集成为支撑构件302的一部分，以允许如下所述的辅助现实(AR)家庭训练。
更具体地说，如图3所示，康复桌350包括总体水平的桌面352，其由从桌面352延伸的多个腿354支撑并且通过康复垫360稳定。在一些实施例中，康复桌350可以是易于运输的可折叠桌并且设置在患者家中。桌350可以被配置为支撑桌面控制台300和/或计算设备230，计算设备230被配置用于存储可以被执行以使患者能够参与基于计算机的活动(包括计算机游戏)的软件。
多个腿354的第一腿354a的远端尺寸被设定为放置到康复垫360内预先切割的第一组线性孔361的对应预切孔361a中。多个腿354的第二腿354b的远端尺寸被设定为放置到第二组线性孔362的预切孔362a中，该第二组线性孔362对应于第一组线性预切孔361并与其对齐。总体上，预切孔361和362的组设置有限制桌350的横向运动的深度，尽管当腿对354a-354b的远端插入对应的预切孔(例如孔361a和362a)中时患者抵靠桌350的桌面352施加力。
如图所示，康复垫360的一个实施例包括至少第一组和第二组对齐的预切孔(例如孔361a和362a)和第三组预切孔363。每个预切孔363位置和尺寸设置为接收触摸板364。另外，通道365馈入每个预切孔363中以允许插入将触摸板364连接到计算设备230和/或电源插座(未示出)的一个或多个有线互连件(例如线缆、电源线等)。在这里，第三组预切孔363被示出为四个预切孔363a-363d，但可以想到的是，第三组预切孔363可以是单个预切孔。
第四组预切孔366形成在康复垫360中，康复垫360可以作为用于连接康复设备以在家庭训练应用中改善腿部功能的凹槽运行。一对脚踏板367可以放置在康复垫360上，其被用作训练作为iADL任务的驾驶的汽车踏板。
尽管提供了第一显示器320以允许通过视频会议在临床医生与患者之间进行通信，但是可以想到的是，第一显示器320也可以用于向患者提供书面(可见)指令。提供第二显示器330以允许增强现实(AR)，其中一个或多个计算机生成的图像被呈现并与由摄像机355捕获的图像组合。因此，在第二显示器330是触摸启动显示器的情况下，一个或多个虚拟图像被呈现并插入作为由摄像机355捕获的图像的覆盖图(或作为背景的一部分应用)并且可以测量在第二显示器330的表面上针对第二显示器330上示出的虚拟物品执行的操作。
从图3中可以明白的是，康复系统110包括未安装到支撑构件302并且因此不是控制台300的一部分的一个或多个康复(用户界面)设备310。这些康复设备310可以包括代表家庭物品(例如塑料刮刀、塑料烹饪勺、塑料雕刻刀等)的便携式物体370，传感器340可拆卸地连接到该家庭物品上，以便接收与传感器340相关的运动数据，在被指示执行如由第二显示器330提供的AR任务的家庭训练时该运动数据被用于评估患者的运动技能。每个传感器340被配置用于捕获与对应的康复设备(例如便携式物体370)相关的运动数据。在这里，每个便携式物体370可以包括预成形的腔382，腔382的尺寸被设置用于接收和保持传感器340，或者可以通过任何类型的紧固件(例如磁性件、夹子、带、粘合剂等)将传感器340附接到便携式物体370。
其他康复设备310可以作为用户界面进行操作，如操纵杆设备380、方向盘382或抓握测试器384(例如包括一个或多个力传感器的构件，例如力传感器，其可以测量患者用他或她的手或手指挤压该构件的力)。方向盘382和对应的脚踏板367是可用的，以便向患者提供执行针对特定iADL任务(例如驾驶)训练的设备，该训练是多个动作同时执行的手臂/腿部运动以及认知推理的组合。
现在参考图4，示出了与图3的患者工作站250相关的计算设备230的体系结构的实施例的说明性框图。在这里，计算设备230包括处理器400、存储器410和通过本地接口(例如，如总线的有线互连件)互连的通信接口设备420(例如网卡)。存储器410(非暂时性计算机可读介质)存储操作系统412和患者康复系统414。患者康复系统414包括一个或多个软件程序(逻辑和/或可执行指令)，其促进上述基于计算机的活动。在一些实施例中，患者康复系统414包括治疗软件235，其适于控制一个或多个无线摄像机2101-210N以捕获视频片段或建立与一个或多个康复设备310的通信。
此外，患者康复系统414包括收集和存储(例如在本地患者数据库416中)关于患者工作站250的使用数据的一个或多个软件程序。该使用数据可以包括可用于患者或物理治疗师评估患者的进展的任何信息。这样的使用数据的示例可以包括但不限于或限定于(i)患者使用工作站250的时间，(ii)患者使用工作站250的持续时间，(iii)患者使用工作站250的方式，(iv)患者使用工作站250进行家庭训练所针对的BADL和/或iADL任务，(v)患者在进行BADL和/或iADL任务时使用的康复设备310(便携式物体360370)和/或(vi)测量患者进行BADL和/或iADL任务的技能的分析数据。当然，在需要的情况下，可以收集和存储其他信息。
患者康复系统414进一步包括一个或多个软件程序，其将收集的数据通过网络260传输到图1-2的分析系统120，患者的临床医生可以访问分析系统120。在一些实施例中，分析系统120可以包括图1的云服务130或网络服务器145。在这种情况下，数据可以通过网络260与通信接口设备420一起传输。数据可以以各种方式传输。在一些实施例中，数据可以在其收集时实时传输。在其他实施例中，数据可以被本地收集和存储在本地患者数据库416中并且例如在一天的一个或多个特定时间间歇地传输。
参考图5A，示出了传感器340的实施例的说明性框图。传感器340可以包括通信收发器500、加速度计510、陀螺仪和罗盘组件组520以及可选的数据存储器(储存)530。如图所示，通信收发器500可以被实施为物理设备，其经由有线或无线互连实现传感器340和目标计算机(例如图2的计算设备230)之间的物理连接。对于该实施例，通信收发器500可以被配置为适于接收附接到有线互连的末端的对应配合连接器的连接器。可选地，关于另一实施例，通信收发器500可以适配为允许与计算设备230接收和传输无线信号的无线收发器。
如图5A进一步所示，加速度计510被实施用于测量包括传感器340的便携式物体370本身的加速度；即便携式物体370(康复设备)的速度(运动)的变化率和位置变化。作为结果，加速度计510适于测量线性运动的变化。结合加速度计510进行操作，陀螺仪和罗盘组520被配置用于测量定向的改变或旋转速度的改变。作为说明性示例，加速度计510可以获得与由作为康复设备310之一的便携式物体370的离散线性运动(例如，前进、后退、横向、倾斜等)引起的改变相关的度量信息(参数)，而陀螺仪和罗盘组520可以获得与康复设备的角旋转变化相关的度量信息(例如，如模拟混合食物物品的环形旋转)。作为结果，加速度计510和陀螺仪和罗盘组520共同地使得运动数据被捕获并且经由通信收发器500发送到计算设备230并且重新发送到私有云或直接发送到由临床医生控制的服务器。可选地，数据存储器530可以位于传感器500中以在规定的任务完成之后或者在历时预定时间量之后实现数据缓冲和数据下载。
现在参考图5B，示出了位于便携式物体(康复设备)370内的传感器340的第一说明性实施例，便携式物体370表示为塑料搅拌勺。在这里，传感器340被集成到便携式塑料勺370的手柄540中以监测在一次或多次家庭iADL任务使用期间它的运动。例如，传感器340可以确定针对下列的度量信息：在iADL任务使用期间便携式塑料勺370与竖直方向的角度取向、便携式塑料勺370的角度运动、在iADL任务使用期间便携式塑料勺370的频率或旋转速度等。此外，一个或多个摄像机2101-2102可以被定位用于捕获与患者执行iADL任务相关的视频，并且将该视频下载到用于本地分析的计算设备(未示出)或通过部署在图1的云服务130中的机器学习或人工神经网络逻辑远程分析，以确定患者在iADL任务期间执行的什么活动需要更少或更多的治疗。
现在参考图5C，示出了位于便携式物体(康复设备)370上的传感器340的第二说明性实施例，该便携式物体370表示为在一个或多个家庭iADL任务期间使用的便携式塑料刀。在这里，传感器340作为位于便携式塑料刀370的一部分之上的柔性套管550的一部分被插入。关于该实施例，套管550可以由任何柔性材料(例如，硅树脂、布等)或刚性材料(例如，硬化的塑料套管)制成，其尺寸被确定为放置在便携式塑料刀370的细长手柄560上。为了使用的目的，传感器340的通信收发器500(如图5A所示)包括蓝牙TM收发器以允许在iADL任务期间使用便携式塑料刀370期间捕获的度量的无线传输。
例如，在如图5C所示的切割iADL任务中，与特定度量相关的参数(度量信息)可以由嵌套在围绕便携式塑料刀370的套管550内的摄像机2101-2102和/或一个或多个传感器(未示出)收集。代替由套管550内的摄像机2101-2102和/或传感器340收集的参数或除此之外，可以想到的是，可以由嵌入在便携式塑料刀370中的一个或多个传感器(未示出)、捕获特定肢体运动和关节角度的一个或多个身体佩戴传感器或其任何组合来收集另外的度量信息。这种度量信息可以用于以多种方式改善患者结果，例如通过在患者偏离正常使用(其中“正常使用”可由临床医生在进行iADL任务之前调整)时给予触觉、听觉、视觉或组合反馈。例如，可以要求能够在功能谱的上端执行的患者对(实际或投影到桌子上的虚拟)食品进行间隔三厘米的快速切割。切割的深度、握住食品的手的稳定性、切割期间刀是否朝向物体的中线或远离身体旋转、以及握在力上的力(平均抓握力和在切割的各个阶段握力的一致性)可以是由与便携式塑料刀370相关的一个或多个传感器确定的度量。
除了捕获如上所述的度量信息之外，康复设备370可以被配置为在执行BADL和/或iADL任务期间接收反馈。反馈实际上可以是听觉的、视觉的或触觉的(或其任何组合)。例如，可以利用振动逻辑来实施便携式物体(康复设备)370，该振动逻辑适合响应于不适当的手的放置(例如不适当的位置、过度的挤压力等)而接收使便携式物体370振动的信号。另外或可选地，便携式物体370可以与一个或多个扬声器一起实施，一个或多个扬声器响应于便携式塑料刀370的刀片旋转超过临床医生选择的阈值而产生可听见的声音，或者在未能按照任务指示正确运动时产生振动。当患者与临床医生进行实时/电话/视频会议时，也可以发生这种反馈。
如图6所示，示出了用于网络服务器145的体系结构的说明性实施例。在这里，该体系结构与图4所示的计算设备230的体系结构类似。相应地，网络服务器145包括处理器600、存储器610、用户接口设备620和网络连接设备630，其中的每一个连接到本地接口640。
存储器610(非暂时性计算机可读介质)存储操作系统612和临床医师控制系统140。临床医师控制系统140包括一个或多个软件程序(逻辑和/或可执行指令)，其使访问网络服务器145的临床医生能够为患者制定特制的康复方案。如下面更详细描述的那样，临床医生可以将康复方案设计为包括特定的训练、游戏和康复设备，以使患者可以根据方案执行明确选择用于康复身体的一个或多个部分的活动。在一些实施例中，临床医生控制系统140包括一个或多个算法，其帮助临床医生基于患者的身体检查结果为患者选择训练、游戏和康复设备。
临床医生控制系统140进一步包括一个或多个软件程序，其被配置用于分析由一个或多个患者工作站收集的参数(度量信息)并且提供可用于评估患者状况的定性和/或定量信息以及他或她的康复治疗的进展。
存储器610还包括患者数据库614，其中可以在逐个患者的基础上存储关于多个患者的数据和分析。在一些实施例中，该数据和分析可以与患者管理软件共享，从而可以将数据和分析添加到每个患者的电子医疗档案。
已经描述了上述系统的示例实施例，现在将讨论系统的操作的示例。如上所述，临床医生可以访问临床医生控制系统140的软件来为患者设计康复方案并跟踪患者的进展。关于治疗计划，临床医生可以根据患者的状况计划患者的治疗。为了评估该状况，临床医师可以对患者进行现场身体检查，这可以在临床医师办公室内、患者家中或其他位置进行。在患者是中风患者的情况下，临床医师可以执行Fugl-Meyer评估，其中各种患者运动被评为“0”至“2”，其中“0”表示患者不能进行运动，“1”表示患者可以部分进行运动，“2”表示患者可以完全进行运动。如果患者以不同的神经学损伤作为康复治疗的基础，那么可以用这种方式对适当的相应评估进行评分。在一些实施例中，临床医生控制系统140包括一个或多个算法，该算法被设计为接收这些分数作为输入并且根据分数为临床医生自动提供针对家庭康复训练的治疗建议和/或(i)其ADL任务。在这种情况下，临床医生可以将各种分数输入到临床医师控制系统140的合适的屏幕中，以便随后存储在患者数据库614中。
III.家庭康复训练
现在参考图7A，示出了在任务康复中所使用的康复系统110的说明性示图。在这里，在患者能够进行功能谱的上端的情况下，家庭训练可以针对使用物理物体执行的iADL任务。如图所示，iADL任务可以针对便携式塑料刀370的操作，以切割致密度易于穿透的食品700，例如梨。在这里，在iADL任务期间，执行数据160可以由位于计数器(例如厨房岛310)上的摄像机2101-2102和/或与套管450一起设置的一个或多个无线传感器340收集，套管450安装在塑料厨房刀370的把手上。
根据这种康复系统110，在家庭训练期间，摄像机2101-2102被配置用于捕获患者215执行特定切割指示的视频，其中在切割运动期间，刀的倾斜以及便携式塑料刀370的频率、加速度、稳定性被捕获以由(私人)云服务分析。此外，无线传感器340收集与关于iADL任务选择的度量相关的参数。
如本文所述，所收集的度量信息涉及与安全切割实践相关的特征，包括(i)刀370相对于目标(例如梨)在三维空间中的放置精度，(ii)手抓握在刀370的手柄450上的力，(iii)刀运动的距离/速度/加速度，(iv)刀运动的一致性(例如手的稳定性)，(v)第二只手的定位，(vi)在切割期间刀的角度调整等。所收集的参数可通过在患者偏离预期执行水平时给予触觉、听觉、视觉或组合反馈来改善患者结果。来自两个源(例如，摄像机、传感器等)的执行数据160可以相关的向临床医生提供信息以确定患者的能力水平并且调整他或她的康复方案以改善某些技能设置。
如图7B所示，示出了在任务康复中使用的另一康复系统的说明图。在这里，家庭训练可以针对作为AR任务的使用第二显示器330在虚拟物体(例如食品的虚拟表示)上执行iADL任务。因此，iADL任务可以针对用于虚拟食品720的切割的便携式塑料刀370的操作。在这里，在iADL任务期间，可以通过位于桌面352上的摄像机2103-2105和/或放置在套管450上的一个或多个无线传感器340收集执行数据160，套管450安装在便携式塑料刀370的手柄上。
根据这种康复系统110，在家庭训练期间，摄像机2103-2105被配置用于捕获患者215执行如上所述的特定切割运动的视频。在第二显示器330是触摸屏的情况下，刀片相对于要在虚拟食品720上执行的显示切割图案的定位(倾斜、对齐等)可以由第二显示器330(例如，基于捕获的图像信息、由与触觉敏感的第二显示器330接触捕获的数据等)以及如上所述的无线传感器340确定。
现在参考图8A，图8A是用于腿部康复的基于云的康复系统和/或“压力”传感器康复系统的示意图。在这里，家庭训练可以针对使用具有位于指定踩踏区域内的压力传感器810的一个或多个行走垫800执行的ADL任务。在需要的情况下，行走垫800定位在支撑结构820(例如，厨房岛、柜台、厨房桌等)周围以向患者提供用于恢复平衡的结构。
在BADL和/或iADL任务期间，执行数据可以由定位成捕获围绕支撑结构820的患者的运动的摄像机2101-2103来收集。运动数据可以针对ADL任务期间与步态相关的度量，如患者215的行走速度、平滑度和侧向摇摆。同时，行走垫800内的压力传感器810可以基于在训练期间由患者的脚施加到传感器810的压力点来测量横向摆动和/或前倾。另外，行走垫800内的压力传感器810可用于确定脚部位置的内旋或旋后的水平，其中某种程度的过度内旋或旋后表明行走困难。
现在参考图8B，示出了用于腿部康复的患者工作站250的示意图。在这里，家庭训练可以针对使用摄像机355执行的ADL任务，摄像机355被定位用于捕获康复桌350下方的区域850并且在第二显示器330上显示区域850。第二显示器330还接收覆盖区域850的计算机生成的图像860。更具体地，计算机生成的图像860可以包括静态图像和/或运动图像。在查看第二显示器330时，这两种虚拟图像类型都是可见的。因此，当患者尝试踩在这些计算机生成的(虚拟)图像860上时，家庭训练可以向患者215显示指令或生成可听指令以执行记录的腿部运动。摄像机355可以进一步激活以在任务期间捕获与患者的腿部运动相关的视频，并将视频上传到云服务或网络服务器，知道虚拟图像860的设置的该云服务或网络服务器可以评估患者215的执行。
另外，可以想到的是，虚拟图像860可以放置在压力(触摸)传感器870之上。因此，可以测量附加参数，如响应于使用你的脚跟或脚趾等脚踏的请求而应用到“脚踏”运动的力以及脚的灵活性。
如图9所示，示出了用于认知康复的康复系统110的示例性示图。在这里，康复系统的特征是具有位于指定的踩踏区域内的压力传感器810的行走垫800。如前所述，行走垫800位于支撑结构820(例如，厨房岛、柜台、厨房桌等)周围。除了指示患者215沿着走道模式移动踏上指定的踩踏图案之外，iADL任务可以请求患者215执行次要任务(例如，在从瓶子900倒出一杯水的同时在特定位置缓慢踩踏，在唱歌时沿着行走垫行走等)。多项任务旨在提高认知能力。
现在参考图10A，示出了用于药物依从性验证的图2的康复系统的说明图。在这里，多个摄像机2101-210M被部署在房间1000内。摄像机2101-210M被配置为捕获针对如药物依从性的iADL任务的视频，其中由一个或多个摄像机2101-210M捕获的视频可以提供给临床医生可访问的云服务或计算机以确认药物依从性。
根据本公开的一个实施例，患者215可以在他或她的家庭训练期间接收执行iADL任务(例如，服用处方药)的指令。这些指令可以作为来自由患者工作站250的计算设备230托管的治疗软件235或来自远程网络设备(先前示出)的书面或听觉指令提供。在执行所选择的iADL任务期间，当患者服用处方药物时，一个或多个摄像机2101-210M可以被激活以连续捕获视频。可以分析所捕获的视频以确认药物依从性。
根据本公开的该实施例，患者215可以接收用于服用他或她的药物的指令。可以通过使用患者工作站250的视频电话会议、经由除患者工作站250之外的设备(例如电话、联网电视等)的视频会议或音频通信从临床医生接收服用药物的指令。当患者接近药瓶1010以获得可用的必需药品时，一个或多个摄像机2101-210M可以(经由如远程桌面访问的远程连接)处于临床医生的控制下，或者临床医生可以仅获得连续操作或基于由临床医生或患者发起的控制的操作的摄像机2101-210M的视频片段。
在这里，摄像机2101-210M被配置用于监测患者的动作和运动以便提供下载到计算设备230的视频，如图2所示。响应于接收视频，计算设备可以适于执行任何所需的预处理操作(例如，应用标签以将捕获的视频与特定任务相关，将标记插入到视频中以协调来自不同摄像机和视角的视频等)以产生与药物摄入相关的捕获的视频内容。捕获的视频内容通过网络提供给云服务。图1的云服务130的自动化分析逻辑134(即例如机器学习逻辑262或人工神经网络逻辑264)可以适用于分析视频，如将所捕获的视频内容的片段和与服药时已知活动(例如，打开药瓶、将一个或多个药片放入手中、将一个或多个药片插入口中等)的相关内容进行比较。已知的活动可以被存储在自动分析逻辑134可用的储存库中。因此，康复系统110被配备为以每日、每周或每月为基础来确认患者的药物摄入量。
参考图10B，图10B是关于与药物依从性验证配合操作的患者工作站250和基于传感器的康复系统的说明图。在这里，如前所述，多个摄像机2101-210M被部署在房间内。摄像机2101-210M被配置用于捕获针对如药物依从性的iADL任务的视频，其中可以将由一个或多个摄像机捕获的视频提供给临床医生可访问的云服务或计算机以确认药物依从性。
根据本公开的一个实施例，患者215可以在他或她的家庭训练期间接收执行iADL任务(例如，服用处方药)的指令。此外，可以经由患者工作站250的计算设备230或从远程网络设备(未示出)以书面或听觉指令的形式提供这些指令。在执行所选择的iADL任务期间，在患者服用处方药时通过移除智能盖药瓶1060的盖1050，无线信号1070(例如，蓝牙信号)可以直接或间接(经由计算设备230)传输以激活一个或多个摄像机2103-2106。可以分析所捕获的视频内容以确认药物依从性。
然而，根据本公开的另一实施例，患者215可以直接从临床医生(例如，经由使用患者工作站250的视频会议呼叫、经由除了患者工作站250之外的设备的视频会议或音频通信，如电话、网络电视等的)接收服用他或她的药物的指令。当患者接近智能盖药瓶1050以获得可用的必需药品时，其中在将瓶盖1060从药瓶1050分离时，从瓶盖1060向一个或多个摄像机2103-2106提供信号。临床医生可以仅获取由一个或多个摄像机2103-2106(例如，摄像机2106)提供给计算设备230的视频的片段或基于由临床医生或患者发起的控制而接收的视频片段。
在这里，摄像机2103-2106被配置用于监测患者的动作和运动，以便将所捕获的视频内容提供给计算设备230。响应于接收的视频，计算设备230可以适用于执行任何所需的预处理操作(例如，应用标签以将捕获的视频与特定任务相关联，将标记插入到视频中以协调来自不同摄像机和视角的视频等)以产生与药物摄入相关的捕获的视频内容。捕获的视频内容经由网络从计算设备230下载到云服务130。云服务130的自动分析逻辑134(即机器学习逻辑262、人工神经网络(ANN)逻辑262和其他人工智能逻辑)适于分析视频，例如将视频内容的片段和与在服药时的已知活动(例如，打开药瓶、将一个或多个药片放入手中、将一个活多个药片插入嘴中等)关联的内容比较。视频的每个视频片段可以是一系列帧、单个帧或帧的一部分。已知活动和/或异常活动可以存储在可用于自动分析逻辑134的储存库中。这样的数据可以允许机器学习或卷积神经网络以日、周或月为基础来确认患者的药物摄入量。
前面描述的系统提供了许多当前康复治疗解决方案没有提供的优点。首先，该系统提供了一种全面的康复治疗方法，侧重于针对BADL和/或iADL任务的家庭训练：功能恢复和独立性与患者知识、患者授权和预防已知的潜在并发症有关。而且，该系统可以用于具有各种病症以及损伤程度的患者。
由于该系统将家庭训练的内容设计为基于日常生活活动以及采用了接近家庭物品的康复设备，其能够更有效地提高患者与日常生活相关的运动技能的恢复。由于家庭训练接近日常生活活动，因此也极大地提高了患者参与家庭训练的积极性。而且，侧重于针对BADL和/或iADL任务的家庭训练提供了患者日常生活与康复训练的自然结合。
该系统是模块化的并且可以重新配置和个性化。相同的系统可用于治疗许多不同诊断的患者，并且可以(由临床医生、患者或两者)调整和个性化，以对具有任何疾病严重程度的患者而言有用。这也意味着，随着患者改善，通过该系统的治疗可以调整以保持有用。
该系统可以以远离临床医生的许多不同设置提供康复治疗。由于该系统是便携式和易于运输的，因此可以在家庭、诊所或任何其他环境中提供相同的康复治疗。
该系统提供的治疗可以由提供康复护理的人员远程审查和/或修改。该系统的通信组件使得远程临床医生能够输入进展报告和其他形式的患者数据，并输出修改后的治疗计划，该计划以静默方式迅速上传至患者工作站。
该系统还打开了通往不同位置(例如从康复医院到熟练护理设施、到一家、到另一家、到世界任何地方)为给定患者提供相同康复治疗的大门。康复护理中的平滑过渡是该系统提供的主要优势，因为护理过渡过程中的问题导致了不良事件和再入院的不成比例的程度，这些问题在“负担得起的护理法案”和“问责护理组织”时代具有重要意义。通过在康复治疗的多个阶段移动的患者护理持续性的改善也可以改善短期和长期的临床医生-病人关系。该系统专门设计为通过采用已知的神经可塑性和运动学习原理来促进恢复的有利形式，包括允许数百次运动重复的高强度疗法、使患者在个体化水平、变化性、高兴趣和动机中持续受到挑战，并定期提供反馈。
该系统还提供使神经调节治疗的效果最大化所需的经验。关于旨在调节脑损伤后神经功能的许多治疗，如药物治疗或脑刺激，大量数据表明治疗效果需要伴随行为训练或塑形。恢复治疗需要经验依赖的大脑可塑性，所公开的系统非常适合分摊、提供和测量康复经历。
该系统还为患者提供改善的动机，以使他们实践其分配的康复活动。该系统至少在七个方面改善了患者的动机：(1)根据实际ADL和/或iADL任务调整家庭训练，以加速实现独立生活或确定需要援助的地方；(2)灵活而持续的制定家庭训练，以避免提供过度的挑战和无聊；(3)在评估和自动分析中使用多种数据类型，以减轻临床医生的工作量，使他或她能够服务更多的患者和/或更多地关注康复治疗；(4)确认适当的药物应用；(5)记录对病人、临床医生和第三方付款人有用的ADL和/或iADL任务的执行情况和药物依从性；(6)依靠有趣的游戏来推动依从性；(7)实施个性化行为变化技术和健康监管重点。
该系统还提供了广泛的护理标准化。某些形式的康复治疗可以受益于标准化方式的规定。无论是否使用单一的中央护理提供者还是多个提供者，该系统都有助于实现这一点，例如，为随时间和空间分散的许多患者提供相同形式的治疗。
该系统还提供患者执行质量的定量测量。向患者和临床医生提供几种患者执行、进展和改善/下降的测量结果。这提供了关于患者的损伤和功能状态的信息，并揭示了这些随时间变化的情况。多种评估工具、方法和设备的使用提供了比任何单一测量方法更全面的患者状态和更全面的概况。
该系统进一步提供关于患者利用系统实际执行多少治疗的信息方面的患者执行量的量化测量。这样的数据对于临床试验(其中每天治疗的分钟数的测量是关键变量)或者希望确认患者依从性的保险公司证明康复费用合理是有价值的。
该系统还提供患者责任。在某些情况下，康复治疗是有价值的商品。因此，在这种情况下，康复治疗会在有效利用方面得到最明智的提供。让患者负责可以允许护理提供者(例如保险公司)测量患者如何为他/她自己的护理作出贡献，并且基于这种责任度来分配疗法。
该系统可以进一步提供以多种形式出现的反馈，并且可以是实时的以及用于改善未来的执行。作为其延伸，可以根据预先选定的规则，使用患者执行的实时测量来调整康复游戏的难度水平并动态进行训练。该系统使用户能够与许多当前的康复设备相连。如上所述，该系统包括许多游戏，其可以与一系列不同的康复设备一起使用。在这方面可以调整许多设备，包括大部分或全部商业上可用的康复设备。
该系统还可以生成定期进度报告，其可以关注患者目标、治疗师目标、或患者执行反馈(对患者或治疗师)和使用统计。这些报告可以是实时或回顾性的，可以覆盖一分钟、一小时、一天或一年的数据。通过这种方式，该系统引入了一种用于生成病人家庭康复工作的客观定量记录的手段。
该系统还能够实现基于互联网的通信。系统的通信组件允许患者和临床医生进行实时视频会议对话。此外，通信组件还可以进行临床试验的远程评估。困扰许多临床试验的问题是以一致的方式获得结果测量。结果测量的差异会掩盖治疗效果。所公开的系统通过只有一个评估人员或仅有少量评估人员集中执行评估来为这个问题提供解决方案。这也允许仅具有较高专业知识的人员进行评估，从而减少由许多技能水平的许多人进行结果评估造成的差异。
一些形式的康复治疗最好或者只能在小组环境中完成，例如无论是轮流在共用的工作站上，还是在通过网络连接的工作站上玩游戏时涉及多个玩家或患者的某些游戏。此外，群体互动具有影响心理残疾方面的社会价值，包括中风后运动功能障碍的心理方面。艺术疗法、聊天室和支持团体都是所公开的系统如何用于多患者交互的潜在示例。这种类型的互动解决了对于患者康复而言重要的关键社会心理问题。
该系统还可以用于职业培训。如果需要，系统的功能可以定制为强调与职业培训和重新进入市场有关的活动。
许多康复和可塑性原理已被纳入康复系统的内容中，如运动想象、运动观察的结合、包含双侧运动、运动训练之前的感测刺激、音乐的结合、冥想的结合和信心建设、镜像疗法、对任务的注意力调整、情境干预、提示、社会化、丰富的环境、提供反馈和增加享受、动机和顺应性的游戏化。
该系统可以进一步用于教育患者。该系统通过提供有关其潜在疾病的信息，使患者对自己护理的参与度最大化。这有助于例如通过预防继发性并发症和改善风险因素管理来改善整体健康状况。该系统也可以用来教育治疗师。例如，该系统可用于向使用该系统的临床医生(例如来自世界各地的专家)提供网络研讨会等教育。教育可以进一步延伸到照顾者。病人的看护者(例如他们的配偶)在康复和恢复中起着重要作用。该系统可以帮助教育或为看护者提供支持。

Claims (16)

1.一种便携式患者工作站，其被配置用于促进家庭康复治疗，所述工作站包括：
计算设备，其被配置用于生成与一个或多个家庭训练相关的基于计算机的任务，其中所述家庭训练是基于实际日常生活活动的训练；以及
一个或多个康复设备，所述一个或多个康复设备通信地连接到所述计算设备，所述一个或多个康复设备包括第一康复设备，至少所述第一康复设备包括传感器，所述传感器在被指示执行一个或多个所述家庭训练任务时捕获用于评估患者的运动技能的执行数据，
其中所述执行数据包括与所述实际日常生活活动的多个规定度量的子集相关的度量信息，所述多个规定度量包括以下中的至少两个：(i)运动方向的测量，(ii)运动距离的测量，(iii)转动量的测量，(iv)包括线速度和角速度中的至少一个的速度的测量，以及(v)包括所述传感器的线性加速度和角加速度中的至少一个的加速度的测量。
2.根据权利要求1所述的患者工作站，其中所述传感器适于插入所述第一康复设备的腔内，所述腔的尺寸被设置成用于将所述传感器容纳并保持在所述第一康复设备内，和/或所述传感器包括通信收发器、加速度计以及陀螺仪和罗盘组件组。
3.根据权利要求1所述的患者工作站，进一步包括：
一个或多个显示器，所述一个或多个显示器电连接到所述计算设备；
桌面控制台，所述桌面控制台包括多个整体用户接口设备，所述多个整体用户接口设备通信地连接到所述计算设备并且适于在所述患者参与所述一个或多个家庭训练时接收所述患者的输入；以及
网络接口设备，所述网络接口设备通信地连接到所述计算设备，所述网络接口设备经由网络从所述患者工作站发送信息并且接收针对所述患者工作站的信息。
4.根据权利要求3所述的患者工作站，所述患者工作站通信地连接到定位为邻近所述计算设备的多个摄像机。
5.根据权利要求4所述的患者工作站，其中所述网络接口设备通信地连接到云服务，所述云服务分析由所述多个摄像机捕获的视频内容。
6.根据权利要求1所述的患者工作站，进一步包括电连接到所述计算设备的一个或多个显示器，所述一个或多个显示器中的第一显示器支持增强现实操作，所述增强现实操作与所述第一康复设备配合操作以提供要在所述增强现实操作期间创建的物体上执行的一个或多个任务中的一个。
7.根据权利要求2所述的患者工作站，其中所述加速度计以及所述陀螺仪和罗盘组件组适于测量至少所述第一康复设备的运动变化。
8.根据权利要求1所述的患者工作站，其中所述计算设备被配置用于接收所捕获的执行数据并将所述执行数据发送到云服务，所述云服务包括在没有人干预的情况下自动分析所述执行数据以评估所述患者运动技能的机器学习逻辑或人工神经网络逻辑。
9.根据权利要求8所述的患者工作站，其中所述云服务是私有云服务。
10.根据权利要求8所述的患者工作站，其中所述计算设备被配置用于接收所述云服务的评估结果并基于所述结果调整所述一个或多个家庭训练相关的基于计算机的任务。
11.根据权利要求1所述的患者工作站，其中所述实际日常生活活动包括基础性日常生活活动和独立日常生活活动中的典型动作，所述基础性日常生活活动包括吃饭、洗澡、穿衣、坐、站、行走，所述独立日常生活活动包括管理金钱、驾驶、家务、准备膳食、购物和适当的药物摄入。
12.根据权利要求1所述的患者工作站，其中所述家庭康复治疗针对包括上肢运动障碍和下肢运动障碍的运动功能障碍，所述运动功能障碍因下列因素引起：中风、多发性硬化症、外伤或退行性脑病。
13.一种患者康复分析系统，所述分析系统包括：
云服务，所述云服务接收来自根据如权利要求1至12中任一项所述的患者工作站的关于家庭训练的执行数据，分析所述执行数据以评估所述患者运动技能，并且基于所述评估向所述患者工作站提供家庭康复治疗方案。
14.一种便携式患者工作站，其被配置用于促进患者的家庭康复治疗，所述工作站包括：
网络连接装置；
处理装置，所述处理装置可通信地连接到所述网络连接装置；
桌面控制台，所述桌面控制台可通信地连接到所述处理装置，所述桌面控制台包括垫和安装到所述垫的一个或多个用户接口装置，其中所述一个或多个用户接口装置可通信地连接到所述处理装置并且配置用于接收来自患者的输入，其中所述一个或多个用户界面装置包括第一组多个按钮和第二组多个按钮，所述第一组多个按钮位于所述垫上并且隔开以便在所述垫的表面上限定矩形空间的四个角，并且所述第二组多个按钮彼此相邻并且布置在位于所述矩形空间内的两个横向行中，其中所述横向行朝向所述矩形空间的一个边缘偏置，其中所述横向行是弯曲的，以符合人体工程学地接收患者的指尖，其中所述第一组多个按钮的尺寸大于所述第二组多个按钮的尺寸，其中所述第一组多个按钮适于照亮；以及
可通信地连接到所述处理装置的存储器，所述存储器包括下列模块：
一个或多个交互式模块，其在运行时执行一个或多个康复活动，所述活动基于识别的患者健康状况的评估数据并在监视器上回放，一个或多个康复活动按照为患者量身定制的康复方案进行；其中，当患者进行所述康复活动时，所述桌面控制台通过所述一个或多个用户界面装置接收来自患者的输入；和
一个或多个收集存储模块，其在运行时收集并存储与响应于一个或多个康复活动的回放而由患者进行的活动相关的数据，所述一个或多个收集存储模块还配置用于经由所述网络连接装置发送存储数据的至少一部分。
15.根据权利要求14所述的患者工作站，其中一个或多个交互式模块配置为响应于来自患者的输入实时调整一个或多个康复活动的度量，所述度量包括一个或多个康复活动的难度水平。
16.根据权利要求14所述的患者工作站，还包括辅助用户界面装置，所述辅助用户界面装置与控制台分离并在患者参与活动时接收患者输入。
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