虛擬現(xiàn)實(shí)康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及康復(fù)訓(xùn)練領(lǐng)域，尤其涉及一種虛擬現(xiàn)實(shí)康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 傳統(tǒng)的康復(fù)訓(xùn)練需要專業(yè)治療師的指導(dǎo)，以治療師的手法操作為主，利用一些簡(jiǎn) 單的輔助器械，使患者恢復(fù)一定的運(yùn)動(dòng)和協(xié)調(diào)能力。這種訓(xùn)練方法的缺點(diǎn)如下：
[0003] (1)耗費(fèi)人力物力較大，一名專業(yè)治療師同時(shí)只能指導(dǎo)一名患者的治療；
[0004] (2)治療過(guò)程比較單調(diào)，不容易引起患者的興趣；
[0005] (3)治療場(chǎng)地有限，患者需要在特定的地點(diǎn)（如醫(yī)院或康復(fù)中心）進(jìn)行訓(xùn)練；
[0006] (4)訓(xùn)練強(qiáng)度和訓(xùn)練效果不易評(píng)估，訓(xùn)練場(chǎng)所和日常生活場(chǎng)所的差異不利于患者 在日常生活中的康復(fù)。
[0007] 一直以來(lái)，這些運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練工作都需要在醫(yī)護(hù)人員的幫助下進(jìn)行，這給醫(yī)療工作者 帶來(lái)了很大的工作負(fù)擔(dān)，而且無(wú)法對(duì)訓(xùn)練的效果及時(shí)進(jìn)行客觀的評(píng)定，不利于醫(yī)療工作者 幫助患者確定訓(xùn)練的步驟和強(qiáng)度，如：關(guān)節(jié)活動(dòng)、訓(xùn)練方法、時(shí)間長(zhǎng)短、強(qiáng)度大小等。因此，設(shè) 計(jì)一種能自動(dòng)幫助患者進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練并能檢測(cè)訓(xùn)練效果的康復(fù)器械對(duì)康復(fù)醫(yī)療來(lái)說(shuō)是非 常必要的。
[0008] 目前，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在運(yùn)動(dòng)障礙康復(fù)訓(xùn)練領(lǐng)域已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，例如，針對(duì)腦卒 中患者的康復(fù)訓(xùn)練。國(guó)外已經(jīng)出現(xiàn)不少成熟的產(chǎn)品，例如，美國(guó)伊利諾大學(xué)的CAVE系統(tǒng)， Motek的CAREN系統(tǒng)等。但是這類產(chǎn)品注重于用戶沉浸式的體驗(yàn)，整套設(shè)備成本較高，并且 需要大量的空間。國(guó)內(nèi)醫(yī)院由于患者過(guò)多，通常空間受限，且醫(yī)護(hù)人員不足，顯然上述系統(tǒng) 并不適用于國(guó)內(nèi)大部分醫(yī)院；并且針對(duì)康復(fù)早期，特別是仍然臥床的患者，目前市場(chǎng)上還沒(méi) 有相應(yīng)的設(shè)備。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明提供了一種虛擬現(xiàn)實(shí)康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)及方法，以至少解決現(xiàn)有的康復(fù)訓(xùn)練系 統(tǒng)成本高，占用空間大的問(wèn)題。
[0010] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種虛擬現(xiàn)實(shí)康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)，包括：運(yùn)動(dòng)捕捉設(shè) 備、可移動(dòng)設(shè)備以及處理設(shè)備，所述處理設(shè)備安裝在所述可移動(dòng)設(shè)備上，構(gòu)成床旁一體設(shè) 備，所述處理設(shè)備與所述運(yùn)動(dòng)捕捉設(shè)備連接，其中，所述運(yùn)動(dòng)捕捉設(shè)備，連接至患者的肢體， 用于實(shí)時(shí)獲取所述患者的肢體動(dòng)作數(shù)據(jù)；所述處理設(shè)備包括：數(shù)據(jù)接收模塊、處理模塊和 顯示模塊；所述數(shù)據(jù)接收模塊用于接收所述運(yùn)動(dòng)捕捉設(shè)備獲取的所述肢體動(dòng)作數(shù)據(jù)；所述 處理模塊用于根據(jù)所述肢體動(dòng)作數(shù)據(jù)發(fā)出驅(qū)動(dòng)信號(hào)以驅(qū)動(dòng)三維人物模型的動(dòng)作變化，以及 根據(jù)所述肢體動(dòng)作數(shù)據(jù)對(duì)所述患者的訓(xùn)練情況進(jìn)行評(píng)估，得到評(píng)估結(jié)果；所述顯示模塊用 于根據(jù)所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)實(shí)時(shí)顯示所述三維人物模型的動(dòng)作變化，以及顯示所述評(píng)估結(jié)果；所 述可移動(dòng)設(shè)備包括：設(shè)備主體以及連接至所述設(shè)備主體下端的可移動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述設(shè)備主體 包括高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，用于調(diào)節(jié)所述設(shè)備主體的高度。
[0011] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述運(yùn)動(dòng)捕捉設(shè)備包括四個(gè)可穿戴的傳感器，分別連接至所述 患者的腰部及單側(cè)的肩、肘、腕，用于實(shí)時(shí)檢測(cè)所述患者的腰部、肩、肘和腕的角度變化，以 獲取所述肢體動(dòng)作數(shù)據(jù)；所述傳感器包括加速計(jì)和陀螺儀，其中，所述加速計(jì)用于檢測(cè)連接 部位的加速度，所述陀螺儀用于檢測(cè)連接部位的角速度。
[0012] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述運(yùn)動(dòng)捕捉設(shè)備還包括：數(shù)據(jù)交換模塊和電源管理模塊，其 中，所述數(shù)據(jù)交換模塊用于按照預(yù)設(shè)的時(shí)間間隔向所述處理設(shè)備發(fā)送所述肢體動(dòng)作數(shù)據(jù)， 所述電源管理模塊用于向所述運(yùn)動(dòng)捕捉設(shè)備提供電能。
[0013] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述處理模塊，具體用于將所述肢體動(dòng)作數(shù)據(jù)與所述當(dāng)前訓(xùn)練 姿勢(shì)及當(dāng)前訓(xùn)練模式下預(yù)設(shè)的動(dòng)作數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，得到所述評(píng)估結(jié)果；以及在游戲結(jié)束后， 根據(jù)所述患者完成游戲任務(wù)的程度，記錄所述患者的康復(fù)情況；其中，訓(xùn)練姿勢(shì)包括：臣卜 姿、坐姿和站姿，訓(xùn)練模式包括：被動(dòng)訓(xùn)練模式、健側(cè)帶動(dòng)患側(cè)訓(xùn)練模式和主動(dòng)訓(xùn)練模式，所 述評(píng)估結(jié)果包括：訓(xùn)練動(dòng)作、訓(xùn)練時(shí)間、所述患者的動(dòng)作是否到位、所述患者的動(dòng)作重復(fù)次 數(shù)、所述患者的動(dòng)作的速度和/或力量是否達(dá)標(biāo)、得分以及所述患者的活動(dòng)能力。
[0014] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述預(yù)設(shè)的動(dòng)作數(shù)據(jù)包括：動(dòng)作類型、根據(jù)所述患者的身體情況 設(shè)置的肢體在每個(gè)方向上的活動(dòng)范圍、動(dòng)作的重復(fù)次數(shù)、速度、力量。
[0015] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述處理模塊，具體用于計(jì)算當(dāng)前肢體動(dòng)作數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)值 與上次肢體動(dòng)作數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)值的空間距離，將所述空間距離與預(yù)設(shè)的容差范圍進(jìn)行比 較，如果所述空間距離處于所述容差范圍之外，則過(guò)濾掉所述當(dāng)前肢體動(dòng)作數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的坐 標(biāo)值；并根據(jù)過(guò)濾處理后得到的數(shù)據(jù)發(fā)出驅(qū)動(dòng)信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)所述三維人物模型的動(dòng)作變化。
[0016] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述系統(tǒng)還包括：打印設(shè)備，連接至所述處理設(shè)備，用于打印所 述評(píng)估結(jié)果。
[0017] 根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種虛擬現(xiàn)實(shí)康復(fù)訓(xùn)練方法，基于上述虛擬現(xiàn) 實(shí)康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)，該方法包括：處理設(shè)備根據(jù)輸入的信息，確定患者進(jìn)行訓(xùn)練，并確定當(dāng)前 訓(xùn)練姿勢(shì)及當(dāng)前訓(xùn)練模式；所述處理設(shè)備向運(yùn)動(dòng)捕捉設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)請(qǐng)求；所述運(yùn)動(dòng)捕捉設(shè) 備接收到所述數(shù)據(jù)請(qǐng)求后，獲取患者的肢體動(dòng)作數(shù)據(jù)，并按照預(yù)設(shè)的時(shí)間間隔向所述處理 設(shè)備發(fā)送所述肢體動(dòng)作數(shù)據(jù)；所述處理設(shè)備接收所述肢體動(dòng)作數(shù)據(jù)后，根據(jù)所述肢體動(dòng)作 數(shù)據(jù)發(fā)出驅(qū)動(dòng)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)三維人物模型的動(dòng)作變化并實(shí)時(shí)顯示；以及根據(jù)所述肢體動(dòng)作數(shù) 據(jù)對(duì)所述患者的訓(xùn)練情況進(jìn)行評(píng)估并顯示評(píng)估結(jié)果；在訓(xùn)練結(jié)束后，所述處理設(shè)備選擇難 度與所述患者的康復(fù)情況匹配的游戲，供所述患者進(jìn)行訓(xùn)練，并根據(jù)所述患者完成游戲任 務(wù)的程度，記錄所述患者的康復(fù)情況。
[0018] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述運(yùn)動(dòng)捕捉設(shè)備獲取患者的肢體動(dòng)作數(shù)據(jù)包括：所述運(yùn)動(dòng)捕 捉設(shè)備實(shí)時(shí)檢測(cè)所述患者的腰部及單側(cè)的肩、肘、腕的角度變化，以獲取所述肢體動(dòng)作數(shù) 據(jù)。
[0019] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述處理設(shè)備根據(jù)所述肢體動(dòng)作數(shù)據(jù)發(fā)出驅(qū)動(dòng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)三維人 物模型的動(dòng)作變化并實(shí)時(shí)顯示包括：所述處理設(shè)備顯示所述患者需要完成的動(dòng)作對(duì)應(yīng)的運(yùn) 動(dòng)軌跡；所述處理設(shè)備實(shí)時(shí)將所述三維人物模型的動(dòng)作與所述運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行比較；如果所 述三維人物模型的動(dòng)作偏離所述運(yùn)動(dòng)軌跡，則所述處理設(shè)備進(jìn)行提示。
[0020] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述處理設(shè)備根據(jù)所述肢體動(dòng)作數(shù)據(jù)對(duì)所述患者的訓(xùn)練情況進(jìn) 行評(píng)估包括：所述處理設(shè)備將所述肢體動(dòng)作數(shù)據(jù)與所述當(dāng)前訓(xùn)練姿勢(shì)及當(dāng)前訓(xùn)練模式下預(yù) 設(shè)的動(dòng)作數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，得到所述評(píng)估結(jié)果，所述評(píng)估結(jié)果包括：訓(xùn)練動(dòng)作、訓(xùn)練時(shí)間、所述 患者的動(dòng)作是否到位、所述患者的動(dòng)作重復(fù)次數(shù)、所述患者的動(dòng)作的速度和/或力量是否 達(dá)標(biāo)、得分以及所述患者的活動(dòng)能力。
[0021] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述預(yù)設(shè)的動(dòng)作數(shù)據(jù)包括：動(dòng)作類型、根據(jù)所述患者的身體情況 設(shè)置的肢體在每個(gè)方向上的活動(dòng)范圍、動(dòng)作的重復(fù)次數(shù)、速度、力量。
[0022] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述處理設(shè)備根據(jù)所述肢體動(dòng)作數(shù)據(jù)發(fā)出驅(qū)動(dòng)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)三維 人物模型的動(dòng)作變化并實(shí)時(shí)顯示包括：計(jì)算當(dāng)前肢體動(dòng)作數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)值與上次肢體動(dòng) 作數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)值的空間距離，將所述空間距離與預(yù)設(shè)的容差范圍進(jìn)行比較，如果所述 空間距離處于所述容差范圍之外，則過(guò)濾掉所述當(dāng)前肢體動(dòng)作數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)值；根據(jù)過(guò) 濾處理后得到的數(shù)據(jù)發(fā)出驅(qū)動(dòng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)所述三維人物模型的動(dòng)作變化，并實(shí)時(shí)顯示所述三 維人物模型的動(dòng)作變化。
[0023] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述處理設(shè)備采用多視角顯示所述三維人物模型的動(dòng)作變化。
[0024] 在一個(gè)實(shí)施例中，在根據(jù)所述肢體動(dòng)作數(shù)據(jù)對(duì)所述患者的訓(xùn)練情況進(jìn)行評(píng)估之 后，所述方法還包括：打印所述評(píng)估結(jié)果。
[0025] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述訓(xùn)練姿勢(shì)包括：臥姿、坐姿和站姿；所述訓(xùn)練模式包括：被 動(dòng)訓(xùn)練模式、健側(cè)帶動(dòng)患側(cè)訓(xùn)練模式和主動(dòng)訓(xùn)練模式。
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