基于计算机的面瘫评估

摘要

提供了一种基于计算机的系统，用于评级面瘫，该系统适于由患者操作，包括相机系统，用于采集所述患者面部的一系列图像，以便由计算机系统分析；以及显示器，其向所述患者提供视觉上的反馈，以便所述计算机系统可以提示所述患者执行特定的运动或面部活动。该系统可用于家庭环境中由患者使用。

权利要求

1.一种用于评级面瘫的基于计算机的系统，其适于由患者操作，包括：相机系统，用于在指定的所述患者的运动或活动期间采集所述患者的面部的一系列图像，以便由处理单元分析，所述相机系统包括用于对所述患者面部的位置和缩放比例进行调整的光学式的、机械式的和/或数字式的装置；以及显示器，其向所述患者提供视觉上的反馈，以便所述基于计算机的系统可以提示所述患者执行特定的运动或面部活动；

所述处理单元包括：用于检测包含在所述图像中的面部的装置；用于识别所述图像中的面部特征，以便通过调整所述光学式的、机械式的和/或数字式的装置来将所述图像规格化为标准尺寸和方向的装置；用于分析所述图像中的运动流以产生作为结果的评级的装置；用于检测所述患者的面部是否旋转到所述图像平面之外，以便判断所述患者是否在预期位置的装置；以及用于检测是否已完成所要求的面部运动，以便检查所述患者对来自所述基于计算机的系统的指令的顺从性的装置。

2.如权利要求1所述的基于计算机的系统，其中，所述基于计算机的系统被配置为显示图像区域或图像框，以便在使用中，所述患者能够调整他们的位置以适合所述图像区域或图像框。

3.如权利要求1所述的基于计算机的系统，其中，所述的用于识别所述图像中的面部特征的装置用于检测外眼角和鼻尖，并将它们与基准进行比较，以便确立所述面部的位置和方向。

4.如先前任意一项权利要求所述的基于计算机的系统，还包括基于语音的界面，用于与所述患者交流。

5.如权利要求1-3中任意一项所述的基于计算机的系统，还包括：用于存储与一组中风患者和一健康对照组相关的数据的装置；用于通过与所存储的数据进行比较来对当前患者表现进行评级，并用于在数据库中存储一系列结果的装置；以及用于通过对所存储的结果进行比较来对所述患者的病情发展进行评级的装置。

说明书

基于计算机的面瘫评估

技术领域

[0001] 本发明涉及一种基于计算机的系统，用于评估面瘫，其尤其适于由未经培训的人来使用。具体而言，它适用于在中风康复系统中应付由中风引起的残疾。

背景技术

[0002] 通常已知的用于面瘫评估的基于计算机的系统包括用于检测面部表情的相机，并且需要严格受控的环境，在该环境中，患者相对于相机准确定位并受到临床专业人员的监管。否则就不可能获得稳定可靠的结果，因为患者相对于相机的位置或姿势的变化必然会影响所产生的相机图像。

[0003] 为了对患者的面瘫进行评估并评级，已经使用了各种方法，以便获得标准表情的客观测量值，所述标准表情例如微笑、吹口哨或抬眉毛。由于将在面部两半边中运动的对称性用作面瘫的指标，因此能够将面部肌肉的运动与整个头部的运动相区分是至关紧要的。因此，过去已经提出了几种方法来实现它。例如，人工地将标记设置在患者面部上的标准位置处，并比较在患者面部表情变化期间所拍摄的一系列相片，以便做出必要的评估。其它系统包含例如借助于夹持装置来固定患者位置，或可替换地，让患者戴上头盔式相机，从而使得患者头部的运动不会影响拍摄结果。因此，这种方法或者要求操作员的专业技术，以便适当地将标记设置在患者面部上，或者要求设计用来约束或补偿患者运动的某种专用设备，以致于以上任何一种建议都不适于用作家庭中初级保健解决方案。

[0004] 例如，WO 92/03801(俄克拉荷马州大学)说明了一种评估身体部分例如个人面部的运动的系统，其使用包含相机的计算机化系统，其中，相当详细地论述了允许或避免对象相对于相机的运动的不同方法。具体而言，该申请描述了在患者面部上使用标记点，或者使用头部固定器将患者头部固定在期望位置上。

发明内容

[0005] 因此，本发明提供了一种基于计算机的系统，用于评级面瘫，其适于由患者操作，所述系统包括：相机系统，用于采集患者面部的一系列图像，以便由计算机系统进行分析；以及显示器，其向患者提供视觉上的反馈，从而使得所述计算机系统可以提醒患者以适合的方式调整他们面部相对于相机的位置，并执行特定的面部运动。

[0006] 在本发明的一个实施例中，所述系统包括相机，其能够安装在最佳位置，以便使其能够在用户观看计算机监视器的同时，捕获用户面部的图像，并将图像显示在监视器上。还提供了可见的指示，例如小图像框架(imagebox)或图像框，以使用户能够适当调整其位置，以便其面部匹配该期望区域。在这个实施例中，相机优选地适于安装在监视器上方的中央，以利于正确对准用户。

[0007] 优选地，为系统提供了用户界面，其结合了与患者通信的、基于视觉和语音的装置，以便指示他或她校正其位置，并执行预期的运动，使系统能够做出对患者瘫痪程度的适当评级。

[0008] 如果将相机布置在计算机监视器上，优选地至少提供给它变焦机构，以便能够调整患者面部图像的大小。

[0009] 优选地，为所述相机系统提供摇摆/倾斜/变焦机构，从而能够在无需对相机或患者头部进行很高程度的精确定位或者对使用中位置的精确调整的情况下，适当调整患者头部的相对大小和位置。这在相机与监视器彼此分离地安装的情况下是尤其有用的。无论如何，该系统优选地包括用于自动控制相机的变焦，以便于调整检测到的面部图像的缩放比例和分辨率来满足系统需要的装置。

[0010] 优选地，该系统被配置为检测在患者面部的区域中的特定面部特征，尤其是外眼角和鼻尖，以便将图像规格化为标准大小和方向，并定义面部中的对称线，以便能够计算任何的面部运动不对称。

[0011] 就此而论，会意识到，由于不同患者的面部的几何形状的差别，必须检测面部特征的细节，以及头部的总尺寸和位置，以便获得准确的结果。

[0012] 因此，本发明的优选实施例提供了一种系统，用于评估患者面瘫的程度，其包括：相机，用于在指定的运动或活动期间将面部的图像序列捕获到处理单元，所述系统包括用来对患者面部位置和缩放比例进行调整的光学式、机械式和/或数字式装置；显示器，用于向所述患者提供视觉上的反馈，用于检测包含在所述图像中的面部的装置，以及用于识别所述图像中的面部特征，以便通过调整所述相机位置和变焦控制来将所述图像规格化为标准尺寸和方向的装置；以及用于分析所述图像中运动流的装置，所述处理单元用于分析所述图像序列，以便产生作为结果的评级。

[0013] 优选地，所述系统还包括用于检测所述患者的面部是否旋转到所述图像的平面之外，以便向所述患者提供相应的指令来更正其位置的装置；以及用于检测是否已完成所要求的面部运动，以便检查用户对来自所述系统的指令的顺从性。

[0014] 在使用中，检测处理的结果用于产生描述所记录的运动的参数向量，参数向量的分类器为患者和其医生提供面瘫程度的评级。

附图说明

[0015] 现在将参考附图作为实例来说明本发明的一个实施例，其中：

[0016] 图1显示了示出使用中的系统的计算机显示屏；

[0017] 图2是系统操作的流程图；

[0018] 图3是显示在微笑运动期间的不对称性测量值的曲线图。

具体实施方式

[0019] 操作该系统所需的设备包括计算机和变焦摄像机，变焦摄像机适于安装在计算机显示器上或者安装在其相邻位置处，以便使用户能够在面朝计算机显示单元的同时自己操作该系统。计算机优选地具有声音输出能力，此外优选地具有语音辨认系统，以使其能够受来自患者的语音命令的控制。在一个实施例中(未示出)，将相机分离式地安装在由计算机控制的电动化的摇摆/倾斜单元上。

[0020] 图1显示了在该系统的操作开始时得到的显示，其包括一系列文本指令，以及面向相机的用户的初始图像，相机未在附图中示出。会意识到，所述指令可以显示在显示器上，或者被产生为从计算机输出的语音，在以下说明中，会理解可以在过程的不同阶段中使用这些方法中的一个或二者。

[0021] 图2示出了该系统的操作的总模式，以给出显示在显示器上的提示开始，且还可以由语音合成器读出该提示，如在步骤6中所示的，该提示要求患者朝相机观看。还会了解到，可以为该系统提供语音识别装置，以便使其能够由来自用户的语音命令进行操作。随后捕获图像(步骤8)，对其进行数字化(步骤10)，并进行面部检测过程(步骤12)。

[0022] 如果对象的面部看起来大约足够大(步骤14)，处理就前进到步骤16，在步骤16中，检测面部特征。具体而言，外眼角和鼻尖提供了良好的参考点，其构成了与表情无关的稳定三角形。因此，可以将其与标准参考三角形相比较，以建立面部的准确尺寸和位置。否则，就调整相机变焦镜头(步骤18)，如果随后对象的面部足够大了(步骤20)，就可以再次尝试面部特征检测步骤16。如果仍不足够大，处理就分支到步骤22，在步骤22中，提示患者靠得更近，随后在步骤12再次开始面部检测过程。

[0023] 一旦已经成功检测了面部特征，处理就前进到步骤24，在此检测面部相对于相机平面的方向，如果确定面部平面没有与相机平面对准，就显示消息(步骤26)，要求适当的旋转患者的头部。

[0024] 一旦已经适当校正了面部方向，就显示进一步的消息，要求患者执行形成特定面部表情(例如微笑)的动作(步骤28)，监视动作流(步骤30)，以检测是否已完成适当的运动(步骤32)。如果显现出没有完成适合的运动，就显示消息，要求重复该运动(步骤34)，一旦已适当的完成该运动，就能够分析瘫痪程度(步骤36)并显示结果(步骤38)。

[0025] 通过计算不对称性测量值的向量来执行该分析，并将其与来自一组中风患者以及一健康对照组中的数据相比较，以便对用户表现进行评级。将用户表现的历史数据存储在数据库中，以便产生曲线图，显示用户的病情发展。该个人分析能够评定康复成功的等级，还能够对复发或重现/事件进行可靠检测。

[0026] 图3示出了微笑运动期间的一些典型的不对称性测量值，其中，由参考标记40指示的下方曲线(菱形标记)显示了在其中没有检测到面部运动的一系列测量值。另一方面，方块部分42指示了其中实现了所要求的表情但随后没有放松的面部运动，而由一系列三角形指示的曲线44显示了正常的面部运动和放松，正如由健康对照组所希望的。

[0027] 还会意识到，如果将相机安装在计算机监视器上方的中央，本发明就能够体现在略微简化的系统中，该系统需要用户进行最小量的定位调整。用户随后会调整他或她自己，以便他们的脸适当地显示在显示器的图像上，并且被框出，系统会继续进行如上所述的面部检测。如果有必要，可以采用光学或数字变焦来调整面部图像的缩放比例，还可以对图像进行数字处理，以改善图像质量。

[0028] 还会意识到，在用户让瘦客户应用程序运行在他自己的计算机上的情况下，可以借助于“服务器端”处理设备来实现本发明。例如，瘦客户可以是运行在web浏览器中的“Javascript”应用程序，其被配置为通过互联网或LAN访问执行主应用程序的服务器以及访问患者信息的数据库。