CN113749647A - 踝关节评估装置、设备、系统、方法及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种踝关节评估装置、设备、系统、方法及存储介质。装置包括：脚部适配器，用于固定受试者的脚部；驱动装置，具有输出轴，脚部适配器与输出轴连接，并且驱动装置能够通过驱动输出轴转动来带动脚部适配器转动，当受试者的脚部固定在脚部适配器上时，受试者的外踝骨与输出轴的轴线对齐；信号采集模块，包括位置传感器，位置传感器固定在脚部适配器上，位置传感器用于检测受试者的脚部的角度位置以获得位置信息；处理装置，与信号采集模块可通信地连接，用于接收信号采集模块发送的位置信息，基于位置信息计算受试者的脚部的停止位置与目标位置之间的误差，并基于误差评估受试者的踝关节本体感觉。实现对踝关节本体感觉的自动化定量评估。

Description

踝关节评估装置、设备、系统、方法及存储介质

技术领域

本发明涉及医疗器械领域，具体地，涉及一种踝关节评估装置、设备、 系统、方法及存储介质。

背景技术

踝关节是人体重要承重关节之一，在运动中起到重要作用。踝扭伤是 最常见的运动损伤之一，在关节、韧带损伤中居首位，可引起局部关节疼 痛、肿胀，并对各种活动及运动参与者构成重大风险。踝关节的本体感觉 是考量踝关节功能的一项重要指标。本体感觉是指肌、腱、关节等运动器 官本身在不同状态(运动或静止)时产生的感觉(例如，人在闭眼时能感 知身体各部分的位置)，可以理解为深感觉，如位置觉、运动觉和震动觉等。

现有市场踝关节训练仪(等速训练仪、踝关节机器人等)，多为训练系 统，对踝关节本体感觉缺乏定量评估手段，目前本体感觉多靠人力评估， 个体差异较大，难以定量比较。

发明内容

为了至少部分地解决现有技术中存在的问题，提供一种踝关节评估装 置、设备、系统、方法及存储介质。

根据本发明一个方面，提供一种踝关节评估装置，包括：脚部适配器， 脚部适配器用于固定受试者的脚部；驱动装置，驱动装置具有输出轴，脚 部适配器与输出轴连接，并且驱动装置能够通过驱动输出轴转动来带动脚 部适配器转动，其中，当受试者的脚部固定在脚部适配器上时，受试者的 外踝骨与输出轴的轴线对齐；信号采集模块，信号采集模块包括位置传感 器，位置传感器固定在脚部适配器上，位置传感器用于检测受试者的脚部 的角度位置以获得位置信息；处理装置，处理装置与信号采集模块可通信 地连接，处理装置用于接收信号采集模块发送的位置信息，基于位置信息 计算受试者的脚部的停止位置与目标位置之间的误差，并基于误差评估受 试者的踝关节本体感觉。

示例性地，位置信息包括与在第一数目的第一测试周期内分别采集到 的第一数目的停止位置相关的信息，处理装置具体用于：分别计算第一数 目的停止位置中的每个停止位置与目标位置之间的误差以获得第一数目的 误差数据，或者基于第一数目的停止位置计算平均停止位置；基于第一数 目的误差数据或者平均停止位置，计算第一数目的停止位置与目标位置之 间的总误差；以及基于总误差评估受试者的踝关节本体感觉。

示例性地，第一数目的停止位置中的每个停止位置通过在对应第一测 试周期内受试者的脚部进行一次主动运动而产生。

示例性地，处理装置具体还用于：对于第一数目的第一测试周期中的 任一第一测试周期，如果受试者的脚部的角度位置的变化速度低于预设速 度阈值的时间超过预设时间阈值，则确定本次主动运动停止，并确定当前 时刻受试者的脚部停留的位置为第一数目的停止位置之一。

示例性地，踝关节评估装置还包括输入装置，输入装置用于接收用户 输入的用于指示受试者的主动运动停止的运动停止指令，处理装置与输入 装置可通信地连接，处理装置具体还用于：对于第一数目的第一测试周期 中的任一第一测试周期，如果接收到与本次主动运动相对应的运动停止指 令，则确定本次主动运动停止，并确定当前时刻受试者的脚部停留的位置 为第一数目的停止位置之一。

示例性地，第一数目的停止位置中的每个停止位置通过在对应第一测 试周期内脚部适配器转动带动受试者的脚部被动运动而产生，驱动装置具 体用于：在第一数目的第一测试周期中的任一第一测试周期内，以预设速 度驱动输出轴转动直至接收到驱动停止指令为止，驱动停止指令基于受试 者发出的主动停止命令产生；处理装置具体还用于：对于第一数目的第一 测试周期中的任一第一测试周期，当输出轴停止转动时确定本次被动运动 停止，并确定当前时刻受试者的脚部停留的位置为第一数目的停止位置之 一。

示例性地，驱动装置具体用于：在第一数目的第一测试周期中的任一 第一测试周期内，在本次主动运动或被动运动停止之后，驱动输出轴转动 以带动受试者的脚部返回固定的起始位置，其中，起始位置是受试者的踝 关节置于中立位的位置。

示例性地，踝关节评估装置还包括输出装置，输出装置与处理装置可 通信地连接，处理装置具体还用于：在第一数目的第一测试周期中的任一 第一测试周期结束时，向输出装置发送提示指令；输出装置用于：基于提 示指令输出提示信息，提示信息用于提示受试者进入下一第一测试周期或 者整个测试结束。

示例性地，驱动装置具体还用于：在第一数目的第一测试周期之前， 驱动输出轴转动以带动受试者的脚部从固定的起始位置开始转动直至到达 目标位置为止，并在停止驱动的时长达到预设时长时，驱动输出轴转动以 带动受试者的脚部返回起始位置，其中，起始位置是受试者的踝关节置于 中立位的位置。

示例性地，信号采集模块还包括力矩传感器，力矩传感器与输出轴同 心地设置在输出轴上，用于检测受试者的脚部运动对输出轴产生的力矩以 获得力矩信息；处理装置还用于接收信号采集模块发送的力矩信息，并基 于受试者的脚部转动到预设角度范围内时的位置信息和力矩信息计算受试 者的踝关节刚度。

示例性地，位置信息包括与在第二数目的第二测试周期内分别采集到 的第二数目的角度位置集合相关的信息，力矩信息包括与在第二数目的第 二测试周期内分别采集到的第二数目的力矩集合相关的信息，第二数目的 角度位置集合中的任意两个角度位置集合的角度位置一致，其中，驱动装 置具体用于：在第二数目的第二测试周期中的任一第二测试周期内，驱动 输出轴转动以带动受试者的脚部从第一角度位置转动到第二角度位置；处 理装置具体用于：对于第二数目的第二测试周期中的任一第二测试周期， 从对应的力矩集合中选取与至少一个预设角度范围分别对应的至少一组力 矩，其中，至少一个预设角度范围落入与该第二测试周期相对应的角度位 置集合所覆盖的角度范围内；对于至少一个预设角度范围内的每个预设角 度范围，基于该预设角度范围以及对应的一组力矩计算力矩与角度之间的 斜率关系，以获得该预设角度范围内的踝关节刚度；对于至少一个预设角 度范围内的每个预设角度范围，基于针对第二数目的第二测试周期分别计 算获得的该预设角度范围内的踝关节刚度，计算该预设角度范围内的平均 踝关节刚度。

示例性地，第一角度位置和第二角度位置之一是受试者的跖屈末端位 置，另一个是受试者的背伸末端位置。

示例性地，至少一个预设角度范围包括跖屈末端范围、背伸末端范围 和跖屈20°范围中的一个或多个，跖屈末端范围包含跖屈末端位置，背伸 末端范围包含背伸末端位置，跖屈20°范围包含跖屈20°位置，跖屈末端 范围、背伸末端范围和跖屈20°范围中的一个或多个各自所覆盖的角度范 围的大小等于预设角度。

示例性地，预设角度为5°。

示例性地，力矩传感器包括应变体和与应变体连接的信号处理模块， 信号处理模块包括电路板和位于电路板上的预处理电路，其中，应变体能 够发生形变以传递力矩；预处理电路用于对应变体上的力矩进行采集和预 处理，以获得力矩信息；位置传感器集成在电路板上；电路板与处理装置 可通信地连接，用于将预处理电路输出的力矩信息以及位置传感器输出的 位置信息传输至处理装置。

示例性地，位置传感器为9轴传感器。

示例性地，脚部适配器包括调节器、踝关节位置调节机构、踏板和设 置在踏板上的脚部固定件，踝关节位置调节机构一端与调节器连接、另一 端与踏板连接；驱动装置包括电机和与电机相连接的减速器，输出轴为减 速器的输出轴，调节器与输出轴连接并且能够随输出轴转动而转动。

示例性地，位置传感器固定在踏板的与脚部固定件相对的一侧。

示例性地，踝关节位置调节机构为由第一连接杆和第二连接杆交叉连 接在一起的十字交叉连接杆。

示例性地，第一连接杆与第二连接杆的交叉位置能够调节，踏板能够 调整地连接在第一连接杆的远离交叉位置的一端上，调节器连接在第二连 接杆的远离交叉位置的一端上。

示例性地，第二连接杆上沿其长度方向上设置有调节用滑槽，第一连 接杆套设在第二连接杆上沿第一连接杆的长度方向能够滑动，且第一连接 杆上设置有与调节用滑槽相对应的供定位锁紧件穿过的定位孔。

示例性地，踏板通过踏板固定件与第一连接杆连接，踏板固定件能够 调整地设置在第一连接杆上，且踏板固定件的调整方向为上下方向。

示例性地，调节器与减速器之间设置有限位电机旋转运动的限位机 构，限位机构包括限位槽和限位块，限位槽和限位块设置在调节器的与减 速器相对的端面上，减速器的与调节器相对的端面上设置有与限位槽对应 的滚子。

示例性地，脚部固定件具有鞋子形状；或，脚部固定件包括脚背固定 带和脚跟限位带，脚背固定带和脚跟限位带皆直接设置在踏板上。

根据本发明另一方面，还提供一种踝关节评估系统，包括：带滑轨的 滑动底座；高度调节机构，高度调节机构安装在滑动底座上；上述踝关节 评估装置，踝关节评估装置安装在高度调节机构上；以及旋转式训练座椅， 设置在滑轨上相对踝关节评估装置位置可调节。

示例性地，旋转式训练座椅包括座椅体、座椅体底托板和座椅升降机 构，座椅体通过座椅体底托板安装在座椅升降机构的上端。

示例性地，座椅升降机构包括升降驱动液压缸、伸缩支柱以及脚踏式 操纵杆，伸缩支柱与升降驱动液压缸相连，脚踏式操纵杆与升降驱动液压 缸相连。

示例性地，升降驱动液压缸设置在座椅底板上，座椅底板通过座椅位 置锁定件锁定在滑轨上。

示例性地，旋转式训练座椅还包括腿部支撑装置，腿部支撑装置包括： 托腿架，托腿架包括长度可调的伸缩支撑杆，伸缩支撑杆一端与座椅体底 托板可枢转地连接；以及托腿盘，托腿盘可枢转地连接于伸缩支撑杆的远 离托腿架的一端。

示例性地，托腿盘包括用于支撑受试者的腿部的腿托板和设置在腿托 板上的腿部固定带。

示例性地，座椅体上设置有大腿绑带。

示例性地，滑动底座通过主机位置锁定件锁定在滑轨上，主机位置锁 定件位于滑动底座的背对旋转式训练座椅的一侧上。

示例性地，滑轨包括第一滑轨和第二滑轨，第一滑轨和第二滑轨对接 成T型滑轨。

示例性地，踝关节评估系统还包括：显示装置，显示装置通过屏幕支 架可调支撑于驱动装置的上方。

根据本发明另一方面，还提供一种踝关节评估方法，应用于踝关节评 估装置，踝关节评估装置包括脚部适配器、驱动装置、信号采集模块和处 理装置，驱动装置具有输出轴，脚部适配器与输出轴连接，并且驱动装置 能够通过驱动输出轴转动来带动脚部适配器转动，信号采集模块包括位置 传感器，位置传感器固定在脚部适配器上，处理装置与信号采集模块可通 信地连接，其中，踝关节评估方法包括：将受试者的脚部固定在脚部适配 器上，使得受试者的外踝骨与输出轴的轴线对齐；通过位置传感器检测驱 动装置驱动输出轴转动时或者受试者的脚部主动运动时受试者的脚部的角 度位置，以获得受试者的脚部的位置信息；通过处理装置接收信号采集模 块发送的位置信息，基于位置信息计算受试者的脚部的停止位置与目标位 置之间的误差，并基于误差评估受试者的踝关节本体感觉。

根据本发明另一方面，还提供一种踝关节评估设备，包括处理器和存 储器，其中，存储器中存储有计算机程序指令，计算机程序指令被处理器 运行时用于执行以下步骤：接收受试者的位置信息，受试者的位置信息通 过检测受试者的脚部的角度位置获得；基于位置信息计算受试者的脚部的 停止位置与目标位置之间的误差；以及基于误差评估受试者的踝关节本体 感觉。

根据本发明另一方面，还提供一种存储介质，在存储介质上存储了程 序指令，程序指令在运行时用于执行以下步骤：接收受试者的位置信息， 受试者的位置信息通过检测受试者的脚部的角度位置获得；基于位置信息 计算受试者的脚部的停止位置与目标位置之间的误差；以及基于误差评估 受试者的踝关节本体感觉。

根据本发明实施例的踝关节评估装置、设备、系统、方法及存储介质， 在驱动装置的带动下，可以实现踝关节活动度，包括跖屈及背伸下的踝关 节转动。可以基于踝关节跖屈或背伸时受试者所感受到的位置(即停止位 置)与目标位置之间的误差评估受试者的踝关节本体感觉。这种方案可以 实现对踝关节本体感觉的自动化定量评估。

在发明内容中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部 分中进一步详细说明。本发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保 护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保 护的技术方案的保护范围。

以下结合附图，详细说明本发明的优点和特征。

附图说明

本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示 出了本发明的实施方式及其描述，用来解释本发明的原理。在附图中，

图1示出根据本发明一个实施例的踝关节评估装置的示意图；

图2示出根据本发明另一个实施例的踝关节评估装置的示意图；

图3示出根据本发明一个实施例的脚部运动过程中其角度位置随时间 变化的曲线图；

图4示出根据本发明一个实施例的脚部运动过程中其产生的力矩随时 间变化的曲线图；

图5示出图4的力矩与图3的角度之间的关系曲线图；

图6示出根据本发明一个实施例的位置传感器和力矩传感器分开设置 的示意图；

图7示出根据本发明一个实施例的位置传感器和力矩传感器集成在一 起的示意图；

图8示出根据本发明一个实施例的踝关节评估系统的整体示意图；

图9示出根据本发明一个实施例的踝关节评估系统去掉旋转式训练座 椅的结构示意图；

图10示出根据本发明一个实施例的踝关节评估系统的两种紧急停止 示意图；

图11示出根据本发明一个实施例的踝关节评估系统的滑动底座上设 置主机位置锁定件的示意图；

图12-16示出根据本发明一个实施例的踝关节评估装置的脚部适配器 的示意图；

图17-18示出根据本发明一个实施例的踝关节评估系统的滑动示意图；

图19示出根据本发明一个实施例的踝关节评估系统的整体示意图(从 另一方向上看)；

图20示出根据本发明一个实施例的踝关节评估系统的座椅旋转限位 示意图；

图21示出根据本发明一个实施例的踝关节评估系统的局部示意图；

图22示出根据本发明一个实施例的踝关节评估系统的旋转式训练座 椅的局部示意图；

图23示出根据本发明一个实施例的踝关节评估系统的整体示意图(从 另一方向看)；

图24示出根据本发明一个实施例的踝关节评估系统的屈膝调节配置 结构示意图(侧视图)；

图25示出根据本发明一个实施例的踝关节评估系统的直膝调节配置 结构示意图(侧视图)；

图26示出根据本发明一个实施例的踝关节评估方法的示意性流程图； 以及

图27示出了根据本发明一个实施例的踝关节评估设备的示意性框图。

具体实施方式

在下文的描述中，提供了大量的细节以便能够彻底地理解本发明。然 而，本领域技术人员可以了解，如下描述仅示例性地示出了本发明的优选 实施例，本发明可以无需一个或多个这样的细节而得以实施。此外，为了 避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行详细描述。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、 “右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”、“前”和“后”等指示方位或位置 关系的术语均是相对于站立在该踝关节评估系统的周围观察者或受试者而 言的，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装 置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解 为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术 语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也 可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接； 可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的 连通。对于电和通信领域而言，可以是有线连接，也可以是无线连接。对 于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的 具体含义。

为了至少部分地解决上述技术问题，本发明实施例提供一种踝关节评 估装置。根据本发明实施例，在驱动装置的带动下，可以实现踝关节活动 度，包括跖屈及背伸下的踝关节转动。可以基于踝关节跖屈或背伸时受试 者所感受到的位置(即停止位置)与目标位置之间的误差评估受试者的踝 关节本体感觉。这种方案可以实现对踝关节本体感觉的自动化定量评估。

根据本发明一方面，提供一种踝关节评估装置。图1示出根据本发明 一个实施例的踝关节评估装置100的示意图。如图1所示，踝关节评估装 置100包括脚部适配器110、驱动装置120、信号采集模块130。此外，踝 关节评估装置100还包括处理装置(图1未示出)。在图1所示的实施例中， 信号采集模块130及其包括的位置传感器固定在脚部适配器110的踏板底 部，但这仅是示例而非限制。例如，信号采集模块130还可以包括力矩传 感器(将在下文描述)，该力矩传感器可以设置在驱动装置120的输出轴上。 又例如，位置传感器可以与力矩(即扭矩)传感器集成在一起。

脚部适配器110用于固定受试者的脚部。脚部适配器110可以是各种 合适构造的装置，只要其能够固定住受试者的脚部即可。例如，参见图1， 脚部适配器110可以包括踏板和脚部固定件。踏板用于给受试者的脚部提 供支撑，脚部固定件在踏板上，用于将受试者的脚部固定在踏板上。

驱动装置120具有输出轴，脚部适配器110与输出轴连接，并且驱动 装置120能够通过驱动输出轴转动来带动脚部适配器转动，其中，当受试 者的脚部固定在脚部适配器110上时，受试者的外踝骨与输出轴的轴线对 齐。所述对齐可以理解为外踝骨的中心点位于输出轴的轴线延长线上，外 踝骨的中心点可以是外踝骨上的预定中心区域中的任一点。这样，当受试 者的脚部与脚部适配器110一起转动(可以是脚部主动或被动运动)时， 可以保持踝关节的中心部位不动，使得受试者的脚部能够做背伸或跖屈动 作。

从脚部适配器110整体来看，其能够围绕驱动装置120的输出轴的轴 线转动。驱动装置120可以是任何合适的能够驱动脚部适配器110转动， 进而使得固定在脚部适配器110上的受试者的脚部同步转动的装置。例如， 驱动装置120可以包括电机和与电机连接的减速器。输出轴是指减速器的 输出轴。在一个示例中，驱动装置120还可以包括控制模块，与电机连接， 用于向电机输出驱动电流以控制电机的运行。在另一个示例中，驱动装置 120可以与处理装置连接，处理装置与电机连接，用于向电机输出驱动电 流以控制电机的运行。

信号采集模块130包括位置传感器，位置传感器固定在脚部适配器110 上，位置传感器用于检测受试者的脚部的角度位置以获得位置信息。位置 传感器可以通过直接或间接的方式与脚部适配器110固定在一起，只要其 转动角度能够反映脚部适配器110的转动角度即可。例如，如图1所示， 位置传感器直接固定在脚部适配器的踏板底部。又例如，位置传感器可以 与力矩传感器集成在一起，力矩传感器与脚部适配器同步转动，使得位置 传感器采集的转动角度与脚部适配器的转动角度保持一致。

角度位置可以用转动角度表示。例如，受试者的脚部每次都从固定的 起始位置开始转动，该固定的起始位置是受试者的踝关节置于中立位的位 置，可以将此时的踝关节角度标记为0°。这样，受试者的脚部转动x°， 则其到达的角度位置即为x°。也就是说，角度位置可以用绝对角度表示， 也可以用相对的转动角度表示。示例性而非限制性地，位置传感器可以是 9轴传感器。9轴传感器可以包括3轴加速度计、3轴陀螺仪、3轴磁力计， 其可以检测自身的三个姿态角，即俯仰角、横滚角和偏航角。本领域技术 人员可以理解9轴传感器的工作原理，本文不赘述。位置传感器固定在脚 部适配器上，其检测到的角度变化可以视为脚部适配器的角度变化。同时， 受试者的脚部固定在脚部适配器上，则脚部适配器的角度变化可以视为受 试者的脚部的角度变化。因此，位置传感器可以检测受试者的脚部的角度位置。

处理装置与信号采集模块130可通信地连接，处理装置用于接收信号 采集模块发送的位置信息，基于位置信息计算受试者的脚部的停止位置与 目标位置之间的误差，并基于误差评估受试者的踝关节本体感觉。

处理装置可以采用任何具有数据处理能力和/或指令执行能力的装置 实现，包括但不限于个人计算机、服务器等电子设备，例如上位机。此外， 处理装置还可以采用中央处理单元(CPU)、微控制器(MCU)、数字信号 处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑阵列(FPGA)或者 具有数据处理能力和/或指令执行能力的其它形式的处理单元实现。

处理装置与信号采集模块130可以通过有线或无线连接方式连接，有 线连接方式可以是诸如串行或并行数据传输线等连接技术，无线连接方式 可以是诸如wifi、蓝牙等连接技术。

为了对受试者的踝关节本体感觉进行评估，可以首先将受试者的脚部 固定到脚部适配器110上，并将其躯体状态调整至合适的状态，例如将受 试者的髋关节调整至屈曲90°，膝关节调整至伸直位，并将踝关节调整至 中立位。此时，受试者的脚部所处于的位置可以称为起始位置。如上所述， 起始位置可以标记为0°(下文将沿用这一示例)。随后，可以通过驱动装 置120驱动输出轴转动以带动脚部适配器110转动(即驱动装置120驱动 脚部适配器110转动)预设角度，以到达目标位置，例如跖屈20°。可以 理解，在测试跖屈状态下的踝关节本体感觉时，目标位置是跖屈x°的位 置，在测试背伸状态下的踝关节本体感觉时，目标位置是背伸y°的位置， x和y可以是任意大小的角度数值。驱动装置120驱动脚部适配器110转 动到目标位置，即驱动脚部转动到目标位置之后，在此处停留一定时间， 例如5秒，然后，可以驱动脚部适配器110转动回到起始位置。这样做的 目的是给受试者做示范，告知其需要到达的目标位置所在位置。这一步骤 是可选的。

随后，受试者的脚部可以进行主动运动或被动运动，当受试者感觉其 到达目标位置时停止运动，位置传感器采集到此时的实际的停止位置。处 理装置可以基于受试者凭感觉的停止位置与目标位置之间的误差来评估受 试者的踝关节本体感觉，误差越大，本体感觉越差，误差越小，本体感觉 越好。这样的测试可以进行一次或多次，当进行多次时，可以计算多次测 试的平均误差，并基于平均误差评估踝关节本体感觉。

示例性地，踝关节评估装置100还可以包括存储装置，与处理装置连 接，用于存储位置信息和本体感觉评估结果，并可以可选地存储本体感觉 评估过程中的一些中间结果，例如停止位置与目标位置之间的误差等。在 下述包含力矩传感器的实施例中，存储装置还可以用于存储力矩信息和刚 度计算结果，并可以可选地存储刚度计算过程中的一些中间结果，例如角 度和力矩的曲线图等。

根据本发明实施例的踝关节评估装置可以通过位置传感器实时采集 受试者的实际角度位置，并基于受试者感知的停止位置和目标位置的误差 定量评估踝关节本体感觉。这是一种自动化的定量评估方式，可以实现踝 关节本体感觉的准确的定量评估。

根据本发明实施例，位置信息包括与在第一数目的第一测试周期内分 别采集到的第一数目的停止位置相关的信息，处理装置具体用于：分别计 算第一数目的停止位置中的每个停止位置与目标位置之间的误差以获得第 一数目的误差数据，或者基于第一数目的停止位置计算平均停止位置；基 于第一数目的误差数据或者平均停止位置，计算第一数目的停止位置与目 标位置之间的总误差；以及基于总误差评估受试者的踝关节本体感觉。

第一数目可以是任何合适的数目，其可以根据需要设定，例如为三个、 五个等。在每个第一测试周期内，受试者的脚部从起始位置开始转动到其 感觉到达目标位置时停止，获得停止位置，随后再从停止位置返回到起始 位置，完成一个测试周期。这样的测试周期可以反复进行多次。在一个示 例中，针对每个第一测试周期，可以计算对应停止位置与目标位置之间的 误差，并对所有第一测试周期的误差进行平均来获得总误差。在另一个示例中，可以首先对所有第一测试周期的停止位置进行平均，获得平均停止 位置，再通过计算平均停止位置与目标位置之间的误差来计算总误差。

可选地，可以基于总误差生成本体感觉评分，用于指示受试者的踝关 节本体感觉的好坏。

根据本发明实施例，第一数目的停止位置中的每个停止位置通过在对 应第一测试周期内受试者的脚部进行一次主动运动而产生。

对受试者的本体感觉的测试可以至少包括两种模式，一种是主动模 式，一种是被动模式。主动模式可以通过下述方式实现。例如，在每个第 一测试周期内，驱动装置120不工作，受试者的脚部主动运动，带动脚部 适配器110同步运动。当受试者的脚部运动到其认为是目标位置的时候停 止，此时获得当前测试周期的停止位置。主动模式下用户可以自行把握和 调整脚部运动的速度，用户自由度和舒适度比较高。

主动运动可以包括主动背伸运动和主动跖屈运动，具体执行的是哪种 运动根据当前测试的是背伸下的本体感觉还是跖屈下的本体感觉决定。

根据本发明实施例，处理装置具体还用于：对于第一数目的第一测试 周期中的任一(可以是每个)第一测试周期，如果受试者的脚部的角度位 置的变化速度低于预设速度阈值的时间超过预设时间阈值，则确定本次主 动运动停止，并确定当前时刻受试者的脚部停留的位置为第一数目的停止 位置之一。

受试者的脚部做主动运动的情况下，可以自动检测和判断受试者的脚 部是否停止运动，也可以基于用户输入的指令判断受试者的脚部是否停止 运动。自动检测和判断的方式可以通过检测受试者的脚部的角度位置的变 化速度是否小于阈值并且小于阈值的时间是否足够长来判断。在第一测试 周期内，一旦检测到受试者的脚部的角度位置的变化速度低于预设速度阈 值的时间超过预设时间阈值，则认为本次主动运动停止。预设速度阈值和 预设时间阈值可以是任何合适的值，其可以根据需要设定。

设备自己检测和判断受试者是否停止运动的方式无需用户参与，更加 智能化和自动化，可有效减少用户操作。

根据本发明实施例，踝关节评估装置100还可以包括输入装置，输入 装置用于接收用户输入的用于指示受试者的主动运动停止的运动停止指 令，处理装置与输入装置可通信地连接，处理装置具体还用于：对于第一 数目的第一测试周期中的任一(可以是每个)第一测试周期，如果接收到 与本次主动运动相对应的运动停止指令，则确定本次主动运动停止，并确 定当前时刻受试者的脚部停留的位置为第一数目的停止位置之一。

用户可以是受试者本文或者不同于受试者的其他任何人，如医生或受 试者家属等。输入装置可以是诸如麦克风、键盘、触摸屏等任何能够接收 输入信息的装置。用户可以通过诸如键盘和/或触摸屏的输入装置输入文本 信息，还可以通过诸如麦克风的输入装置输入语音信息。当受试者感觉到 达目标位置时，其可以自己输入或告知其他人以由其他人输入运动停止指 令。处理装置在接收到输入装置传输的运动停止指令时，确认此时主动运动停止，并基于位置传感器采集的位置信息确定停止位置所对应的角度大 小。

用户自行输入运动停止指令的方式对运动停止的判断准确度比较高， 有利于获得更准确的评估结果。

根据本发明实施例，第一数目的停止位置中的每个停止位置通过在对 应第一测试周期内脚部适配器转动带动受试者的脚部被动运动而产生，驱 动装置具体用于：在第一数目的第一测试周期中的任一(可以是每个)第 一测试周期内，以预设速度驱动输出轴转动直至接收到驱动停止指令为止， 驱动停止指令基于受试者的主动停止命令产生；处理装置具体还用于：对 于第一数目的第一测试周期中的任一(可以是每个)第一测试周期，当输出轴停止转动时确定本次被动运动停止，并确定当前时刻受试者的脚部停 留的位置为第一数目的停止位置之一。

如上所述，还可以通过被动模式对受试者的本体感觉进行测试。被动 模式下，驱动装置120以预设速度带动受试者的脚部进行运动。被动模式 下的运动速度是可调的。例如，预设速度可以依受试者而定，不同受试者 有不同的身体情况，可以采用不同的预设速度。又例如，可以根据不同的 测试目的采用不同的预设速度。总之，预设速度可以根据需要任意设定， 本发明不对此进行限制。

例如，可以以1°/秒的速度驱动脚部适配器110转动，以使脚部以1 °/秒的速度进行被动跖屈或背伸运动。当受试者认为到达目标位置时，发 出主动停止命令，主动停止命令可以是语音命令或手势命令等。驱动停止 指令基于主动停止命令产生。示例性地，踝关节评估装置100还可以包括 输入装置，输入装置的实现方式可以参见上文描述。在一个示例中，输入 装置可以与驱动装置120连接，输入装置接收受试者的主动停止命令或者 用户在听到受试者的主动停止命令时输入的用户指令之后，生成对应的运 动停止指令，并将运动停止指令传输到驱动装置120，以使驱动装置120 停止驱动。处理装置可以与驱动装置120和/或输入装置连接，从驱动装置 120和/或输入装置接收驱动停止指令，进而获知输出轴停止转动(即驱动 装置120停止驱动)的时刻，并进而确定该时刻对应的角度为停止位置。 在另一个示例中，输入装置可以与处理装置连接，输入装置接收受试者的 主动停止命令或者用户在听到受试者的主动停止命令时输入的用户指令之 后，生成对应的运动停止指令，并将运动停止指令传输到处理装置。处理 装置可以与驱动装置120连接，并将驱动停止指令传输到驱动装置120， 以使驱动装置停止驱动。

通过被动等速运动，可以定量评估受试者的本体感觉，这种被动模式 对具有踝关节功能障碍的患者比较友好。

根据本发明实施例，驱动装置120具体用于：在第一数目的第一测试 周期中的任一(可以是每个)第一测试周期内，在本次主动运动或被动运 动停止之后，驱动输出轴转动以带动受试者的脚部返回固定的起始位置， 其中，起始位置是受试者的踝关节置于中立位的位置。

如上所述，在每次运动停止后，可以自动将受试者的脚部复位，使其 返回固定的起始位置。这样，踝关节评估装置自动进行复位，可以使受试 者的脚部的起始位置始终保持一致，从而有利于获得准确的评估结果。

根据本发明实施例，踝关节评估装置100还可以包括输出装置，输出 装置与处理装置可通信地连接，处理装置具体还用于：在第一数目的第一 测试周期中的任一(可以是每个)第一测试周期结束时，向输出装置发送 提示指令；输出装置用于：基于提示指令输出提示信息，提示信息用于提 示受试者进入下一第一测试周期或者整个测试结束。

示例性地，输出装置可以采用显示屏和/或扬声器等装置实现，用于输 出语音、文本、图像、视频等信息中的一种或多种。除最后一个第一测试 周期以外，其他第一测试周期结束时，可以输出相应的提示信息，以提示 受试者当前测试周期结束，可以开始进行下一次主动运动或被动运动。在 最后一个第一测试周期结束时，则可以输出提示信息，以提示受试者整个 测试结束。这种方案可以加强与受试者的交互，提高受试者的参与感，使 得受试者的使用体验比较好。此外，也方便受试者获知测试进度，便于指 导受试者进行操作，降低装置的使用难度。

根据本发明实施例，驱动装置具体还用于：在第一数目的第一测试周 期之前，驱动输出轴转动以带动受试者的脚部从固定的起始位置开始转动 直至到达目标位置为止，并在停止驱动的时长达到预设时长时，驱动输出 轴转动以带动受试者的脚部返回起始位置，其中，起始位置是受试者的踝 关节置于中立位的位置。

如上所述，刚开始可以先向受试者示范目标位置所在的位置。然后， 再由受试者通过主动运动或被动运动去感知和寻找目标位置。这种方案测 试效率会比较高。

现有市场踝关节训练仪(等速训练仪、踝关节机器人等)，多为训练系 统，对踝关节刚度也缺乏定量评估手段。此外，现有踝关节训练设备在测 量力矩时，主要通过等速仪器测量，需人工手动校正关节位置，这使得踝 关节位置难以准确校正，且费时费力。为了至少部分解决上述技术问题， 本发明实施例提供一种踝关节刚度的测量方案。

根据本发明实施例，信号采集模块130还可以包括力矩传感器，力矩 传感器与输出轴同心地设置在输出轴上，用于检测受试者的脚部运动对输 出轴产生的力矩以获得力矩信息；处理装置还用于接收信号采集模块130 发送的力矩信息，并基于受试者的脚部转动到预设角度范围内时的位置信 息和力矩信息计算受试者的踝关节刚度。

图2示出根据本发明另一个实施例的踝关节评估装置100的示意图。 图2示出了信号采集模块130包括的位置传感器132和力矩传感器134。 如图2所示，力矩传感器134设置在驱动装置120的输出轴上并且与输出 轴同心设置。

当受试者的脚部的转动速度，即脚部适配器的转动速度，与输出轴的 转动速度不完全一致时，受试者的脚部会对输出轴产生反作用力，使得力 矩传感器检测到对应的力矩值。本领域技术人员可以理解力矩传感器的工 作原理，本文不做赘述。

通过力矩传感器134，可以采集获得脚部运动产生的力矩信息，通过 位置传感器，可以获得脚部的转动角度，进一步通过力矩和角度可以计算 获得受试者的踝关节刚度。这种方案可以定量评估踝关节刚度，并且无需 人工校准与介入，可以进行自动化的信息采集和评估。

示例性地，处理装置在基于位置信息和力矩信息计算受试者的踝关节 刚度之前，还可以对力矩传感器134采集到的力矩信息进行预处理，所述 预处理可以包括例如归一化。所述归一化可以是例如从所有力矩数据中统 一减去误差值，例如，力矩传感器134采集到的无作用力时的初始力矩原 本应该是零，但是由于设备原因采集到的初始力矩具有一定的值(即误差 值)，可以将采集到的所有力矩数据统一减去该误差值，获得实际的力矩值。

根据本发明实施例，位置信息包括与在第二数目的第二测试周期内分 别采集到的第二数目的角度位置集合相关的信息，力矩信息包括与在第二 数目的第二测试周期内分别采集到的第二数目的力矩集合相关的信息，第 二数目的角度位置集合中的任意两个角度位置集合的角度位置一致，其中， 驱动装置120具体用于：在第二数目的第二测试周期中的任一(可以是每 个)第二测试周期内，驱动输出轴转动以带动受试者的脚部从第一角度位 置转动到第二角度位置；处理装置具体用于：对于第二数目的第二测试周 期中的任一(可以是每个)第二测试周期，从对应的力矩集合中选取与至 少一个预设角度范围分别对应的至少一组力矩，其中，至少一个预设角度 范围落入与该第二测试周期相对应的角度位置集合所覆盖的角度范围内； 对于至少一个预设角度范围内的每个预设角度范围，基于该预设角度范围 以及对应的一组力矩计算力矩与角度之间的斜率关系，以获得该预设角度 范围内的踝关节刚度；对于至少一个预设角度范围内的每个预设角度范围， 基于针对第二数目的第二测试周期分别计算获得的该预设角度范围内的踝 关节刚度，计算该预设角度范围内的平均踝关节刚度。

在受试者的脚部从第一角度位置转动到第二角度位置之后，驱动装置 120可以驱动输出轴转动以带动受试者的脚部从第二角度位置返回第一角 度位置，以便于开始下一个第二测试周期。

比较可取是，处理装置与驱动装置120连接，用于向驱动装置120输 出驱动电流，以控制驱动装置120的运行和停止。当处理装置确定受试者 的脚部转动到第二角度位置时，可以控制驱动装置120停止，并控制驱动 装置120驱动输出轴转动以带动受试者的脚部从第二角度位置返回第一角 度位置。

第二数目可以是任何合适的数目，其可以根据需要设定，例如，可以 是三个、五个等。第二数目可以与第一数目一致，也可以不一致。

第一角度位置和第二角度位置可以根据需要设定。比较可取的是，第 一角度位置和第二角度位置之一是受试者的跖屈末端位置，另一个是受试 者的背伸末端位置。例如，在每个第二测试周期内，驱动装置120均驱动 脚部适配器110转动以使受试者的脚部从跖屈末端位置转动到背伸末端位 置。可选地，跖屈末端位置和背伸末端位置可以是固定的。比较可取的是， 跖屈末端位置和背伸末端位置可以因受试者而定，这可以通过预先测试受试者的关节活动阈值(Motion perception threshold，MPT)来确定。

图3示出根据本发明一个实施例的脚部运动过程中其角度位置随时间 变化的曲线图。图4示出根据本发明一个实施例的脚部运动过程中其产生 的力矩随时间变化的曲线图。图5示出图4的力矩与图3的角度之间的关 系曲线图。

在图3所示的示例中，第一角度位置为-40°，即跖屈40°，第二角 度位置为10°，即背伸10°。在每个第二测试周期内，均驱动受试者的脚 部从跖屈40°转动到背伸10°的位置。在每个第二测试周期内，驱动装置 120驱动过程中，位置传感器持续检测受试者的脚部实际转动的角度，即 持续检测受试者的脚部实际到达的位置，这样可以获得如图3所示的角度 位置随时间变化的曲线。

在每个第二测试周期内，随着受试者的脚部的转动，力矩传感器持续 检测输出轴上的力矩，这样可以获得如图4所示的力矩随时间变化的曲线。 位置传感器检测的角度位置与力矩传感器检测的力矩在时间上是同步的， 具有对应关系的。

忽略时间，将力矩作为纵坐标，将角度作为横坐标重新作图，可以获 得如图5所示的力矩与角度之间的关系曲线。可以从中选择一个或多个预 设角度范围，计算该角度范围内的力矩与角度之间的斜率，获得该角度范 围内的踝关节刚度。

在第二数目的第二测试周期内，可以分别检测获得第二数目的力矩集 合，通常不同测试周期内检测得到的力矩集合差别不大，如图4所示，几 条力矩曲线基本重叠。而第二数目的第二测试周期内分别检测获得的第二 数目的角度位置集合则是完全一致的，如图3所示，角度曲线是完全重叠 的，相当于是同一条角度曲线。

这样，可以基于第二数目的力矩集合和同一角度位置集合计算踝关节 刚度。对于任一(可以是每个)预设角度范围来说，可以分别计算每个第 二测试周期内的该预设角度范围内的踝关节刚度，然后再基于所有第二测 试周期内的该预设角度范围内的踝关节刚度计算该预设角度范围内的平均 踝关节刚度。在另一个示例中，对于任一(可以是每个)预设角度范围来 说，可以基于所有第二测试周期内的该预设角度范围内的力矩计算该预设角度范围内的平均力矩，再根据该预设角度范围的平均力矩与该预设角度 范围之间的斜率关系，计算获得该预设角度范围内的平均踝关节刚度。

可选地，在计算踝关节刚度之前，可以进行多次测试直至如图4所示 的力矩曲线的波动足够小，满足预设要求为止。然后可以从所有测试中选 择曲线稳定之后的几次测试结果作为后续计算依据。

根据本发明实施例，至少一个预设角度范围可以包括跖屈末端范围、 背伸末端范围和跖屈20°范围中的一个或多个，跖屈末端范围包含跖屈末 端位置，背伸末端范围包含背伸末端位置，跖屈20°范围包含跖屈20°位 置，跖屈末端范围、背伸末端范围和跖屈20°范围中的一个或多个各自所 覆盖的角度范围的大小等于预设角度。

预设角度可以是任何合适的值，其可以根据需要设定，例如，预设角 度可以为5°。

跖屈末端范围一个端点为跖屈末端位置，另一个端点为从跖屈末端位 置向背伸末端位置转动预设角度所到达的位置。例如，在受试者的跖屈末 端位置为跖屈40°，预设角度为5°的情况下，跖屈末端范围可以是从跖 屈40°至跖屈35°的范围。

类似地，背伸末端范围一个端点为背伸末端位置，另一个端点为从背 伸末端位置向跖屈末端位置转动预设角度所到达的位置。例如，在受试者 的背伸末端位置为背伸10°，预设角度为10°的情况下，背伸末端范围可 以是从起始位置0°至背伸10°的范围。

跖屈20°范围的两个端点可以是任意的，只要跖屈20°范围包含跖 屈20°这一位置即可。例如，在预设角度为5°的情况下，跖屈20°范围 可以是跖屈15°至跖屈20°的范围。

跖屈末端范围、背伸末端范围和跖屈20°范围中的任意两者所覆盖的 角度范围的大小可以一致，也可以不一致，其可以根据需要设定。

通过上述方式，可以获得受试者在比较重要的一些位置，例如跖屈末 端、背伸末端和跖屈20°附近的踝关节刚度。

根据本发明实施例，力矩传感器134可以包括应变体和与应变体连接 的信号处理模块，信号处理模块包括电路板和位于电路板上的预处理电路， 其中，应变体能够发生形变以传递力矩；预处理电路用于对应变体上的力 矩进行采集和预处理，以获得力矩信息；位置传感器132集成在电路板上； 电路板与处理装置可通信地连接，用于将预处理电路输出的力矩信息以及 位置传感器132输出的位置信息传输至处理装置。

在一个示例中，位置传感器132和力矩传感器134可以分开设置。图 6示出根据本发明一个实施例的位置传感器132和力矩传感器134分开设 置的示意图。如图6所示，位置传感器132固定在脚步适配器110的踏板 底部，力矩传感器134设置在驱动装置的输出轴上。

在另一个示例中，位置传感器132和力矩传感器134可以集成在一起。 图7示出根据本发明一个实施例的位置传感器132和力矩传感器134集成 在一起的示意图。力矩传感器134可以包括应变体(图7未明确示出)和 与应变体连接的信号处理模块1342。应变体可以包括转动轴和/或应力弹片 等部件，其能够发生形变进而传递力矩，本领域技术人员可以理解应变体 的结构和工作原理，本文不做赘述。应变体整体可以视为刚体，其与信号 处理模块固定连接在一起。同时，位置传感器132可以集成在信号处理模 块的电路板上，这样应变体、信号处理模块、位置传感器132均可以与脚 部适配器110保持同步转动，使得位置传感器132能够检测脚部适配器110 的转动角度。位置传感器132设置在不同位置时，检测到的角度可能稍有 区别，因此可以预先对其检测到的角度进行校准之后，再进行后续的处理。

上述预处理电路可以对检测到的力矩信号进行诸如放大、滤波等处 理，以获得所需的力矩信息。

目前研究证实，上述踝关节评估装置可对神经损伤、肌肉骨骼系统疾 病等多种病因造成的踝关节功能障碍人群进行评估，且可广泛应用于成人 及儿童。上述踝关节评估装置可以定量评估踝关节刚度，采用该装置对既 往多由于偏瘫和脑瘫等神经系统损伤导致的踝关节功能障碍者进行测试和 研究，发现信度至少为0.76。

根据本发明实施例，脚部适配器包括调节器、踝关节位置调节机构、 踏板和设置在踏板上的脚部固定件，踝关节位置调节机构一端与调节器连 接、另一端与踏板连接；驱动装置包括电机和与电机相连接的减速器，输 出轴为减速器的输出轴，调节器与输出轴连接并且能够随输出轴转动而转 动。

根据本发明实施例，位置传感器固定在踏板的与脚部固定件相对的一 侧(即踏板底部)。

根据本发明实施例，踝关节位置调节机构为由第一连接杆和第二连接 杆交叉连接在一起的十字交叉连接杆。

根据本发明实施例，第一连接杆与第二连接杆的交叉位置能够调节， 踏板能够调整地连接在第一连接杆的远离交叉位置的一端上，调节器连接 在第二连接杆的远离交叉位置的一端上。

根据本发明实施例，第二连接杆上沿其长度方向上设置有调节用滑 槽，第一连接杆套设在第二连接杆上沿第一连接杆的长度方向能够滑动， 且第一连接杆上设置有与调节用滑槽相对应的供定位锁紧件穿过的定位 孔。

根据本发明实施例，踏板通过踏板固定件与第一连接杆连接，踏板固 定件能够调整地设置在第一连接杆上，且踏板固定件的调整方向为上下方 向。

根据本发明实施例，调节器与减速器之间设置有限位电机旋转运动的 限位机构，限位机构包括限位槽和限位块，限位槽和限位块设置在调节器 的与减速器相对的端面上，减速器的与调节器相对的端面上设置有与限位 槽对应的滚子。

根据本发明实施例，脚部固定件具有鞋子形状；或，脚部固定件包括 脚背固定带和脚跟限位带，脚背固定带和脚跟限位带皆直接设置在踏板上。

下面结合整个踝关节评估系统描述踝关节评估装置1000的各组成部 分以及踝关节评估系统中的各组成部分的结构和工作原理。

图8示出根据本发明一个实施例的踝关节评估系统的整体示意图。如 图8所示，踝关节评估系统包括带滑轨的滑动底座800、高度调节机构300、 踝关节评估装置100、显示装置400(可选的)以及旋转式训练座椅500。 高度调节机构300安装在滑动底座800上。踝关节评估装置100安装在高 度调节机构300上。显示装置400通过屏幕支架可调支撑于踝关节评估装 置的驱动装置120的上方。旋转式训练座椅500设置在滑轨600上相对踝 关节评估装置100位置可调节。滑动底座800通过主机位置锁定件(即下 文中提及的滑块302)锁定在滑轨600上，主机位置锁定件位于滑动底座 800的背对旋转式训练座椅500的一侧上。滑轨600包括第一滑轨601和 第二滑轨602，第一滑轨601和第二滑轨602对接成T型滑轨。

具体地，参见图8，踝关节评估装置100包括脚部适配器110和驱动 装置120。驱动装置120可以包括驱动模块122和控制模块124。示例性地， 处理装置和控制模块124可以集成在一起，二者采用同一装置实现，或者 说控制模块124即为处理装置。

图9示出根据本发明一个实施例的踝关节评估系统去掉旋转式训练座 椅的结构示意图。结合参阅9，滑动底座800包括底座307和T型滑轨600， T型滑轨600的肩部设置所述底座307，在所述底座上安装有升降柱301， 在所述升降柱301上设置所述驱动装置120，如前所述，驱动装置120主 要包括所述控制模块124和所述驱动模块122。在所述底座307上，与座 椅相对的背侧依次设置有主机调节用的滑块302、升降柱电源开关303、主 电源插座304、铭牌305和手持式紧急停止开关306。在所述驱动装置120 上设置有紧急停止开关201A和手持式紧急开关201B，紧急停止开关201A 和手持式紧急开关201B和前面所述手持式紧急停止开关作用306相同。 与受试者相对的背面上设计有输入口204和数据连接串口205。

如图10所示，为两种紧急停止开关的局部细节图。示出了紧急停止 开关201A和手持式紧急开关201B，二者作用相同，后者是为受试者提供 方便。

如图11所示，系统主机带有可锁紧的滑块302，基于滑轨600的设置， 可以根据左右腿位置调整所述主机位置，从而获得左下肢或右下肢的测试。 松开所述滑块302，所述设备主机可以在所述滑轨上左右滑动，方便设备 移动。

结合参阅图12-16，驱动模块122内部设有减速器202A和电机202B， 脚部适配器110与减速器202A连接，且以A-A中心轴线为轴可旋转。

如图12-14所示，是带有连接杆的驱动模块内部结构图。驱动模块122 内部包括减速器202A和电机202B，在减速器的前部通过螺丝与脚部适配 器110连接。图13示出了电机前的减速器前面的限位机构140。例如，在 受试者进行测试时，调节所述限位机构140，随着所述脚部适配器调节从 而调节所述踏板的角度，达到不同脚部踝关节的测试和评估效果。图15 是驱动装置的透视图。

在一个具体实施例中，脚部适配器110包括调节器102、踝关节位置 调节机构104、踏板101和脚部固定件。踏板101用于给受试者的脚部提 供支撑。踏板101在驱动装置120的驱动下，通过踝关节位置调节机构104 绕轴可旋转。脚部固定件在踏板101上，用于将受试者的脚固定在踏板101 上。在具体实施例中，脚部固定件可以包括用于将左脚(或右脚)固定在 踏板101上的脚背固定带105和脚跟限位带106。脚背固定带105可以用 于固定和约束受试者的脚背，防止受试者的脚部从踏板101上脱落。脚跟 限位带106可以用于约束和限位受试者的脚跟，避免受试者的脚跟在使用 的过程中从踏板101上滑落。可选地，也可以将脚背固定带105和脚跟限 位带106设置为一体的结构形式。此外，脚部固定件也可以具有其它结构， 例如类似于鞋子的结构，只要能够将受试者的脚固定在踏板101上即可。

踝关节位置调节机构104一端与所述调节器102连接、另一端与所述 踏板101连接。踝关节位置调节机构104为由一第一连接杆1041和一第二 连接杆1042交叉连接在一起的十字交叉连接杆。第一连接杆与所述第二连 接杆的交叉位置能够调节，所述踏板101能够调整地连接在所述第一连接 杆1041的远离所述交叉位置的一端上，所述调节器102连接在所述第二连 接杆1042的远离所述交叉位置的一端上。第二连接杆1042上沿其长度方 向上设置有调节用滑槽10421，第一连接杆1041套设在第二连接杆1042 上沿第一连接杆1041的长度方向能够滑动，且第一连接杆1041上设置有 与调节用滑槽10421相对应的供定位锁紧件107穿过的定位孔10411。调 节器102的作用时将踝关节位置调节机构104与减速器压紧，具体地可以 是将第二连接杆1042与限位机构140压紧，这样可以使踝关节位置调节机构104保持稳定，避免其晃动，也避免脚部运动时踝关节位置调节机构104 与驱动装置120脱离。

踏板101通过一踏板固定件103与第一连接杆1041连接，踏板固定 件103能够调整地设置在第一连接杆1041上，且踏板固定件103的调整方 向为上下方向。参阅图13和图14，调节器102与减速器202A之间设置有 限位电机旋转运动的限位机构140，限位机构140包括限位槽141和限位 块142，限位槽141和限位块142设置在调节器102的与减速器202A相对的端面上，减速器202A的与调节器102相对的端面上设置有与限位槽141 对应的滚子2021。

示例性地，在踝关节评估装置100包括力矩传感器的情况下，力矩传 感器134可以设置在调节器102与减速器202A之间，参见前述图2、图6 和图7。

如图17和18所示，踝关节评估系统的俯视图，示出了左右腿测试的 不同状态。本发明的踝关节评估系统可以进行左踝关节或右踝关节测试。 例如，将所述驱动装置120推到相对旋转式测试座椅500的适当位置，当 需要左或者右踝关节测试时，将左大腿或右大腿放在腿部支撑装置上，大 腿部伸直，左脚部或右脚部放在踏板上，然后调节滑块锁定滑轨。

结合参阅图19至图22所示，示出了旋转式训练座椅500的主要部件： 座椅体510、座椅体底托板511、座椅升降机构512和可活动座椅扶手503， 座椅体510通过座椅体底托板511安装在座椅升降机构512的上端，座椅 体510上设置有大腿绑带502。座椅升降机构512包括升降驱动液压缸509， 伸缩支柱508以及脚踏式操纵杆505，伸缩支柱508与升降驱动液压缸509 相连，脚踏式操纵杆505与升降驱动液压缸509相连。升降驱动液压缸509 设置在座椅底板513上，座椅底板513通过座椅位置锁定件507锁定在滑 轨600上。所述旋转式训练座椅500还包括腿部支撑装置501，腿部支撑 装置501包括托腿架5011和托腿盘5012，托腿架5011包括长度可调的伸 缩支撑杆，伸缩支撑杆一端与座椅体底托板511可枢转地连接。托腿盘5012 可枢转地连接于伸缩支撑杆的远离托腿架5011的一端。托腿盘5012包括 用于支撑受试者的腿部的腿托板50121和设置在腿托板50121上的腿部固 定带50122。

例如，为了方便受试者，所述座椅扶手503和椅背都是可调节的。为 了受试者坐的稳当，所述座椅体510带有上半身绑带504及大腿绑带502。 本发明设置的腿部支撑装置501，其与座椅通过连杆可枢地连接，用于支 撑受试者的大腿。本发明中的术语“大腿”是指膝关节以上和大腿根部之 间的部位，因此，也可以将腿部支撑装置称为大腿支撑装置。腿部支撑装 置501在脚部适配器110的运动过程中，可以使得受试者的大腿始终得到 合理的支撑。图20是训练座椅旋转限位内部结构图。

如图21所示，腿部支撑装置的局部示意图，示出了腿部支撑装置的 连接方式调节旋钮501A、长度旋钮501B、调节旋钮501C。例如，受试者 就坐后，按下调节旋钮501A，转动转轴，将受试者大腿托起，根据受试者 膝关节的伸直程度，调节转动角度，当调节到合适角度后，放开调节旋钮 以紧固托腿架501位置；松开并调节支撑架中部的旋钮501B，根据座椅高度与受试者小腿长度沿着腿的方向进行调节，调节完毕紧固旋钮501B；松 开并调节托腿盘旋钮501C，根据不同受试者的实际情况进行适当的倾斜度 调节；调节以舒适的支撑受试者小腿为原则。

如图22示出了座椅升降机构512的内部结构，升降驱动液压缸509 为无源脚踏式升降油缸，升降驱动液压缸509连接四根可伸缩支柱508。 所述无源脚踏式升降油缸安全可靠，使用便捷。增设所述四根可伸缩支柱 508是为了增强所述座椅500的稳定性。图22中的腿托旋转部A，腿托伸 缩部B以及腿托支撑杆旋转部C有放大图。托腿盘5012可旋转，通过旋钮A1实现限位；托腿架5011可伸缩，调节到目标长度后，通过旋转B1 旋钮锁紧；按下“按钮C1”托腿架5011可实现上下方向的选择，松开按 钮后锁紧。

如图23所示，显示装置400可以用来显示处理装置的各种数据(包 括脚部运动数据以及各种其他信息)。结合图8，显示装置400可以包括显 示屏401和/或图像投影设备(投影仪)支撑杆402，所述投影设备支撑杆 402设置在驱动装置120后面，座椅500对面，方便受试者观看。优选地， 通过可以360度旋转的支撑杆设置在驱动装置120的上后部。优选地，显示屏401可以为触控屏，并兼具上述输入装置的功能。

如图24和25所示，通过调节座椅500的前后位置和高低位置，可以 调节膝关节的在踝关节训练过程中的弯曲角度，同时腿部支撑装置501可 以调节旋转角度和长度，支撑小腿下方，以适合不同的膝关节弯曲角度。 即，此结构可以是使用者在不同膝关节固定角度的条件下，实施不同方式 的踝关节训练。

在一个具体实施例中，如图19所示，抬起可活动座椅扶手503，让受 试者坐在座椅体510上，将病人的小腿放在腿部支撑装置501上，向前/ 后调整支架，确保病人的腿是直的，座椅上的上半身绑带504用于固定人 体上身，所述座椅扶手503可以上下调节。所述座椅下的腿部支撑装置501 可以前后调节及俯仰调节，调节后均可锁死，逆时针松开滑块，座椅500 在滑轨600上可以前后滑动，根据不同受试者腿的长度，向前后移动座椅 500到适当位置。调节完毕锁紧滑块。通过反复踩压脚踏式操纵杆505，调 节座椅下的伸缩支柱508(如图22)，根据受试者的身高将椅子调节到合适 的高度。所述座椅可以旋转，首先松开旋转锁紧手柄D1(如图20)，待旋 转到一定的角度后，松开锁紧手柄D1。椅子靠背可以根据受试者的需要前 后俯仰调节，调节时先按下椅子侧面的把手，推动靠背到一定的角度后锁 紧侧面的把手。所述椅子带有安全带及大腿绑带可以将受试者的上身及大 腿固定在座椅上，不容易晃动。所述座椅扶手可以根据受试者的需要调节 倾斜角度，顺时针拧紧则固定扶手位置，逆时针则松开扶手紧固位置。

根据本发明另一方面，还提供了一种应用于上述装置的踝关节评估方 法。图26示出根据本发明一个实施例的踝关节评估方法2600的示意性流 程图。如图26所示，踝关节评估方法2600包括步骤S2610、S2620、S2630。

在步骤S2610，将受试者的脚部固定在脚部适配器上，使得受试者的 外踝骨与输出轴的轴线对齐。

在步骤S2620，通过位置传感器检测驱动装置驱动输出轴转动时或者 受试者的脚部主动运动时受试者的脚部的角度位置，以获得受试者的脚部 的位置信息。

在步骤S2630，通过处理装置接收信号采集模块发送的位置信息，基 于位置信息计算受试者的脚部的停止位置与目标位置之间的误差，并基于 误差评估受试者的踝关节本体感觉。

结合上文关于踝关节评估装置100和踝关节评估系统的描述，可以理 解踝关节评估方法2600的具体实施方式，此处不再赘述。

根据本发明实施例，位置信息包括与在第一数目的第一测试周期内分 别采集到的第一数目的停止位置相关的信息，通过处理装置基于位置信息 计算受试者的脚部的停止位置与目标位置之间的误差，并基于误差评估受 试者的踝关节本体感觉包括：分别计算第一数目的停止位置中的每个停止 位置与目标位置之间的误差以获得第一数目的误差数据，或者基于第一数 目的停止位置计算平均停止位置；基于第一数目的误差数据或者平均停止 位置计算第一数目的停止位置与目标位置之间的总误差；以及基于总误差 评估受试者的踝关节本体感觉。

根据本发明实施例，第一数目的停止位置中的每个停止位置通过在对 应第一测试周期内受试者的脚部进行一次主动运动而产生。

根据本发明实施例，踝关节评估方法还包括：通过处理装置，对于第 一数目的第一测试周期中的任一第一测试周期，如果受试者的脚部的角度 位置的变化速度低于预设速度阈值的时间超过预设时间阈值，则确定本次 主动运动停止，并确定当前时刻受试者的脚部的停止位置为第一数目的停 止位置之一。

根据本发明实施例，踝关节评估装置还包括输入装置，输入装置用于 接收用户输入的用于指示受试者的主动运动停止的运动停止指令，处理装 置与输入装置可通信地连接，踝关节评估方法还包括：通过处理装置，对 于第一数目的第一测试周期中的任一第一测试周期，如果接收到与本次主 动运动相对应的运动停止指令，则确定本次主动运动停止，并确定当前时 刻受试者的脚部的停止位置为第一数目的停止位置之一。

根据本发明实施例，第一数目的停止位置中的每个停止位置通过在对 应第一测试周期内脚部适配器转动带动受试者的脚部被动运动而产生，踝 关节评估方法还包括：通过驱动装置，在第一数目的第一测试周期中的任 一第一测试周期内，以预设速度驱动输出轴转动直至接收到驱动停止指令 为止，驱动停止指令基于受试者的主动停止命令产生；通过处理装置，对 于第一数目的第一测试周期中的任一第一测试周期，当输出轴停止转动时确定本次被动运动停止，并确定当前时刻受试者的脚部的停止位置为第一 数目的停止位置之一。

根据本发明实施例，踝关节评估方法还包括：通过驱动装置，在第一 数目的第一测试周期中的任一第一测试周期内，在本次主动运动或被动运 动停止之后，驱动输出轴转动以带动受试者的脚部返回固定的起始位置， 其中，起始位置是受试者的踝关节置于中立位的位置。

根据本发明实施例，踝关节评估装置还包括输出装置，输出装置与处 理装置可通信地连接，踝关节评估方法还包括：通过处理装置，在第一数 目的第一测试周期中的任一第一测试周期结束时，向输出装置发送提示指 令；通过输出装置，基于提示指令输出提示信息，提示信息用于提示受试 者进入下一第一测试周期或者整个测试结束。

根据本发明实施例，踝关节评估方法还包括：通过驱动装置，在第一 数目的第一测试周期之前，驱动输出轴转动以带动受试者的脚部从固定的 起始位置开始转动直至到达目标位置为止，并在停止驱动的时长达到预设 时长时，驱动输出轴转动以带动受试者的脚部返回起始位置，其中，起始 位置是受试者的踝关节置于中立位的位置。

根据本发明实施例，信号采集模块还包括力矩传感器，力矩传感器与 输出轴同心地设置在输出轴上，用于检测受试者的脚部运动对输出轴产生 的力矩以获得力矩信息；踝关节评估方法还包括：通过处理装置接收信号 采集模块发送的力矩信息，并基于受试者的脚部转动到预设角度范围内时 的位置信息和力矩信息计算受试者的踝关节刚度。

根据本发明实施例，位置信息包括与在第二数目的第二测试周期内分 别采集到的第二数目的角度位置集合相关的信息，力矩信息包括与在第二 数目的第二测试周期内分别采集到的第二数目的力矩集合相关的信息，第 二数目的角度位置集合中的任意两个角度位置集合的角度位置一致，其中， 踝关节评估方法还包括：通过驱动装置，在第二数目的第二测试周期中的 任一第二测试周期内，驱动输出轴转动以带动受试者的脚部从第一角度位 置转动到第二角度位置；通过处理装置，对于第二数目的第二测试周期中 的任一第二测试周期，从对应的力矩集合中选取与至少一个预设角度范围 分别对应的至少一组力矩，其中，至少一个预设角度范围落入与该第二测 试周期相对应的角度位置集合所覆盖的角度范围内；对于第二数目的第二 测试周期中的任一第二测试周期，对于至少一个预设角度范围内的每个预 设角度范围，基于该预设角度范围以及对应的一组力矩计算力矩与角度之 间的斜率关系，以获得该预设角度范围内的踝关节刚度；对于至少一个预 设角度范围内的每个预设角度范围，基于针对第二数目的第二测试周期分 别计算获得的该预设角度范围内的踝关节刚度，计算该预设角度范围内的 平均踝关节刚度。

根据本发明另一方面，提供一种踝关节评估设备。图27示出了根据 本发明一个实施例的踝关节评估设备2700的示意性框图。踝关节评估设备 2700包括处理器2710和存储器2720。

所述存储器2720存储计算机程序指令，所述计算机程序指令被所述 处理器2710运行时用于执行以下步骤：接收受试者的位置信息，受试者的 位置信息通过检测受试者的脚部的角度位置获得；基于位置信息计算受试 者的脚部的停止位置与目标位置之间的误差；以及基于误差评估受试者的 踝关节本体感觉。

所述处理器2710用于运行所述存储器2720中存储的计算机程序指令， 以执行相应步骤。

根据本发明另一方面，提供一种存储介质，在所述存储介质上存储了 程序指令，在所述程序指令被计算机或处理器运行时用于执行以下步骤： 接收受试者的位置信息，受试者的位置信息通过检测受试者的脚部的角度 位置获得；基于位置信息计算受试者的脚部的停止位置与目标位置之间的 误差；以及基于误差评估受试者的踝关节本体感觉。

所述存储介质例如可以包括智能电话的存储卡、平板电脑的存储部 件、个人计算机的硬盘、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器 (EPROM)、便携式紧致盘只读存储器(CD-ROM)、USB存储器、或者上述 存储介质的任意组合。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的 各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件 的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方 案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使 用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范 围。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的设备和方法， 可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的设备实施例仅仅是示意性 的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以 有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个 设备，或一些特征可以忽略，或不执行。

类似地，应当理解，为了精简本发明并帮助理解各个发明方面中的一 个或多个，在对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时 被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该本 发明的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权 利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如相应的权利要求 书所反映的那样，其发明点在于可以用少于某个公开的单个实施例的所有 特征的特征来解决相应的技术问题。因此，遵循具体实施方式的权利要求 书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明 的单独实施例。

本领域的技术人员可以理解，除了特征之间相互排斥之外，可以采用 任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有 特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非 另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的 每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。

本发明的各个部件实施例可以以硬件实现，或者以在一个或者多个处 理器上运行的软件模块实现，或者以它们的组合实现。本领域的技术人员 应当理解，可以在实践中使用微处理器或者数字信号处理器(DSP)来实 现根据本发明实施例的踝关节评估系统中的一些模块的一些或者全部功 能。本发明还可以实现为用于执行这里所描述的方法的一部分或者全部的 装置程序(例如，计算机程序和计算机程序产品)。这样的实现本发明的程序可以存储在计算机可读介质上，或者可以具有一个或者多个信号的形式。 这样的信号可以从因特网网站上下载得到，或者在载体信号上提供，或者 以任何其他形式提供。

应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限 制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出 替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成 对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或 步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。 本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可 以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用 不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式或对具体实施方式的说明，本 发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明 揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范 围之内。本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种踝关节评估装置，包括：

脚部适配器，所述脚部适配器用于固定受试者的脚部；

驱动装置，所述驱动装置具有输出轴，所述脚部适配器与所述输出轴连接，并且所述驱动装置能够通过驱动所述输出轴转动来带动所述脚部适配器转动，其中，当所述受试者的脚部固定在所述脚部适配器上时，所述受试者的外踝骨与所述输出轴的轴线对齐；

信号采集模块，所述信号采集模块包括位置传感器，所述位置传感器固定在所述脚部适配器上，所述位置传感器用于检测所述受试者的脚部的角度位置以获得位置信息；

处理装置，所述处理装置与所述信号采集模块可通信地连接，所述处理装置用于接收所述信号采集模块发送的所述位置信息，基于所述位置信息计算所述受试者的脚部的停止位置与目标位置之间的误差，并基于所述误差评估所述受试者的踝关节本体感觉。

2.根据权利要求1所述的踝关节评估装置，其中，所述位置信息包括与在第一数目的第一测试周期内分别采集到的第一数目的停止位置相关的信息，所述处理装置具体用于：

分别计算所述第一数目的停止位置中的每个停止位置与所述目标位置之间的误差以获得第一数目的误差数据，或者基于所述第一数目的停止位置计算平均停止位置；

基于所述第一数目的误差数据或者所述平均停止位置，计算所述第一数目的停止位置与所述目标位置之间的总误差；以及

基于所述总误差评估所述受试者的踝关节本体感觉。

3.根据权利要求2所述的踝关节评估装置，其中，所述第一数目的停止位置中的每个停止位置通过在对应第一测试周期内所述受试者的脚部进行一次主动运动而产生。

4.根据权利要求3所述的踝关节评估装置，其中，所述处理装置具体还用于：

对于所述第一数目的第一测试周期中的任一第一测试周期，如果所述受试者的脚部的角度位置的变化速度低于预设速度阈值的时间超过预设时间阈值，则确定本次主动运动停止，并确定当前时刻所述受试者的脚部停留的位置为所述第一数目的停止位置之一。

5.根据权利要求3所述的踝关节评估装置，其中，所述踝关节评估装置还包括输入装置，所述输入装置用于接收用户输入的用于指示所述受试者的主动运动停止的运动停止指令，

所述处理装置与所述输入装置可通信地连接，所述处理装置具体还用于：

对于所述第一数目的第一测试周期中的任一第一测试周期，如果接收到与本次主动运动相对应的运动停止指令，则确定本次主动运动停止，并确定当前时刻所述受试者的脚部停留的位置为所述第一数目的停止位置之一。

6.根据权利要求2所述的踝关节评估装置，其中，所述第一数目的停止位置中的每个停止位置通过在对应第一测试周期内所述脚部适配器转动带动所述受试者的脚部被动运动而产生，

所述驱动装置具体用于：

在所述第一数目的第一测试周期中的任一第一测试周期内，以预设速度驱动所述输出轴转动直至接收到驱动停止指令为止，所述驱动停止指令基于所述受试者发出的主动停止命令产生；

所述处理装置具体还用于：

对于所述第一数目的第一测试周期中的任一第一测试周期，当所述输出轴停止转动时确定本次被动运动停止，并确定当前时刻所述受试者的脚部停留的位置为所述第一数目的停止位置之一。

7.一种踝关节评估系统，包括：

带滑轨的滑动底座；

高度调节机构，所述高度调节机构安装在所述滑动底座上；

如权利要求1-6中任一项所述的踝关节评估装置，所述踝关节评估装置安装在所述高度调节机构上；以及

旋转式训练座椅，设置在所述滑轨上相对所述踝关节评估装置位置可调节。

8.一种踝关节评估方法，应用于踝关节评估装置，所述踝关节评估装置包括脚部适配器、驱动装置、信号采集模块和处理装置，所述驱动装置具有输出轴，所述脚部适配器与所述输出轴连接，并且所述驱动装置能够通过驱动所述输出轴转动来带动所述脚部适配器转动，所述信号采集模块包括位置传感器，所述位置传感器固定在所述脚部适配器上，所述处理装置与所述信号采集模块可通信地连接，其中，所述踝关节评估方法包括：

将受试者的脚部固定在所述脚部适配器上，使得所述受试者的外踝骨与所述输出轴的轴线对齐；

通过所述位置传感器检测所述驱动装置驱动所述输出轴转动时或者所述受试者的脚部主动运动时所述受试者的脚部的角度位置，以获得所述受试者的脚部的位置信息；

通过所述处理装置接收所述信号采集模块发送的所述位置信息，基于所述位置信息计算所述受试者的脚部的停止位置与目标位置之间的误差，并基于所述误差评估所述受试者的踝关节本体感觉。

9.一种踝关节评估设备，包括处理器和存储器，其中，所述存储器中存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令被所述处理器运行时用于执行以下步骤：

接收受试者的位置信息，所述位置信息通过检测所述受试者的脚部的角度位置获得；

基于所述位置信息计算所述受试者的脚部的停止位置与目标位置之间的误差；以及

基于所述误差评估所述受试者的踝关节本体感觉。

10.一种存储介质，在所述存储介质上存储了程序指令，所述程序指令在运行时用于执行以下步骤：

接收受试者的位置信息，所述位置信息通过检测所述受试者的脚部的角度位置获得；

基于所述位置信息计算所述受试者的脚部的停止位置与目标位置之间的误差；以及

基于所述误差评估所述受试者的踝关节本体感觉。

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