CN110739040A - 一种上下肢康复评定训练系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种上下肢康复评定训练系统，包括基于特定康复设备而搭建的软件系统、视频采集系统和显示系统，其中软件系统包括用户注册登录模块、信息采集模块、康复训练模块和评估检测模块。本发明能让不同康复阶段的患者进行上肢与下肢的训练与评估，适用于不同阶段的脑卒中的患者，能满足患者不同地点进行相同康复训练的要求，同时本发明通过增强现实技术和场景漫游技术增加了康复训练的趣味性，给患者带来极大的康复信心和康复希望，并且成本低，使用简单。
Description
技术领域
本发明涉及训练型康复技术和增强现实技术领域，特别涉及适用于脑卒中患者的康复评定训练系统。
背景技术
随着老龄人口的增加,年龄增长引起的疾病也逐渐增加,其中最常见，危害最大的就是中风。中风患者会发生意识和功能活动障碍等多方面的症状和体征,严重时出现偏瘫,失语,认知障碍甚至死亡。如何帮助中风后患者恢复肢体运动功能,重新获得独立生活的能力,具有非常重要的社会意义和实际研究价值。
对于中风病人，对其偏瘫部位进行有效和及早的康复训练是十分重要和关键的医疗手段。传统的肢体康复训练多是由护士或康复理疗师借助康复器械，对患者进行一对一的治疗去完成关节、肌肉及韧带的康复训练，以维持患者关节和肌肉的活动度。但是传统的康复训练方法存在康复效果不能得到及时反馈、康复效果受到医师自身经验水平等因素影响、康复成本高等问题，且训练内容多为机械性重复动作，患者缺乏与康复训练系统的有效互动，长时间训练会让患者产生厌烦情绪，极大地影响了康复的效果。
增强现实技术将计算机生成的虚拟物体叠加在现实世界场景之上，通过运动跟踪实现虚拟物体与现实世界的无缝拼接。将增强现实技术应用到康复医疗领域,可以突破传统康复医疗方法的局限性。在增强现实康复训练系统中用户既可以接触到虚拟世界提供的多种形式信息反馈又可以与现实物体进行自然交互，因此增强现实康复训练具有虚拟康复训练和现实康复训练的双重优点。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，制定一套能够让不同康复阶段的脑卒中患者进行康复的评定与训练的一种上下肢康复评定训练系统，并利用增强现实技术增加康复治疗的趣味性和提高患者的积极性，使得康复效果得到提高。
本发明通过以下技术方案实现上述目的：一种上下肢康复评定训练系统，包括基于特定康复设备而搭建的软件系统、视频采集系统和显示系统，其中软件系统包括以下模块：用户注册登录模块、信息采集模块、康复训练模块和评估检测模块。所述用户注册登录模块进行用户注册登录，建立个人康复训练账户，并存储用户身份数据；所述信息采集模块采集患者的生理参数，并依据康复评定表进行评定，存储用户生理参数数据和评定结果数据；所述训练模块从数据库中的治疗方案获取信息或者自行设定参数，进行个性化训练。
一种上下肢康复评定训练系统主要包括以下步骤：
S1、用户注册登录模块，进行用户注册登录，建立个人康复训练账户，并存储用户身份数据；
S2、信息采集模块采集患者的生理参数，并依据康复评定表进行评定，存储用户生理参数数据和评定结果数据；
S3、患者或康复师根据评定后的治疗方案或者自行设定参数，通过康复训练模块进行康复训练并存储训练内容；
S4、多次训练之后进行周期性的评估，生成训练评估表；
S5、保存个人使用康复训练系统记录，退出系统。
优选的是，所述步骤S1中，如果患者是首次进行康复评定训练系统，通过登录注册模块帮助患者在康复评定训练系统中新建个人的用户信息，同时进行个人的参数设定，然后进入康复训练系统；如果患者非首次进行康复训练，则直接凭用户名和密码进行登录。
优选的是，所述步骤S2中，利用生理监测仪和其他设备采集患者的生理参数，存入数据库，根据系统内的康复评定表依次进行评定，并给出合适的治疗方案进行训练。
优选的是，所述步骤S3中，康复训练模块包括机械训练模块和虚拟训练模块：
在机械训练模块中，上肢训练机构和下肢训练机构依据最终治疗方案中的训练计划进行训练，分为主动训练、主被动训练和被动训练三种模式；
虚拟训练模块包含虚拟场景漫游游戏模块和增强现实游戏模块，其中增强现实游戏模块通过视频采集系统实时采集患者训练视频，经实时图像处理后将只含有患者的训练视频融入到虚拟的游戏场景中，其中游戏场景的变换通过采集康复设备的运动数据实现；在虚拟场景漫游游戏模块中，包含特定康复设备的虚拟三维模型，通过采集真实康复设备的运动数据，控制特定康复设备的虚拟三维模型在虚拟的场景中的运动，从而实现漫游。
优选的是，所述步骤S3具体包括：康复治疗方案根据康复评定结果会提出相应模式的训练建议，在机械训练模块中，患者或康复师可自行设定特定康复设备助力大小、运动范围、运动速度、训练时间和次数，进行三种模式的机械训练，显示系统同时呈现治疗方案中的演示视频和患者训练的视频；在虚拟训练模式中，增强现实游戏模块主要利用增强现实注册跟踪模块进行娱乐性训练，其中增强现实注册跟踪模块包括标识识别单元和参数计算单元；在虚拟场景漫游游戏模块中，则需要根据不同指令，从场景数据库中选取场景。
优选的是，所述步骤S4中，患者进行一定时间的训练后进行评定，观察训练效果，判断是否需要重新设定参数进行训练，如果需要则返回步骤S2，如果不需要则进入步骤S5。
优选的是，所述步骤S4中，患者康复训练的数据存储到个人康复训练账户中。
本发明与现有技术相比的有效益果是：
现有的上肢运动功能康复治疗通常在医疗机构内进行，由医务工作者指导监控。医疗资源的缺乏给患者接受治疗造成了困难并加大了患者的经济压力。本发明是一种利用增强现实技术的新型康复评定训练系统，该系统用户友好，便于操作，成本较低易于实现，便于患者日常在家中使用。
本发明在对患者进行评定后给出治疗方案，依据治疗方案通过特定康复设备和上下肢康复评定训练系统帮助患者进行训练，并对训练的结果进行及时的反馈，评定与训练一体化，加快患者康复进程。
传统康复训练的内容过于单调和枯燥，容易使患者产生厌烦情绪，影响康复效果。本发明运用增强现实技术，加强了系统与用户之间的交互，使康复过程具有更强的交互性和趣味性。通过系统对患者施加多种形式的信息反馈，指导患者更好地完成训练，提高了患者进行康复训练的积极性。
附图说明
图1是本发明的一种上下肢康复评定训练系统的原理框图；
图2是本发明的一种上下肢康复评定训练系统的流程示意图；
图3是本发明的康复训练模块的流程示意图；
图4是本发明中利用增强现实技术进行康复训练的流程示意图；
图5是本发明中打地鼠游戏标识物的摆放示意图；
图6是本发明中利用虚拟场景漫游游戏模块进行康复训练的流程示意图；
具体实施方式
以下结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
本实施例的一种上下肢康复评定训练系统，包括基于特定康复设备而搭建的软件系统、视频采集系统、显示系统，特定康复设备为多功能轮椅和上肢训练机构，其中多功能轮椅可实现坐、躺、站三种姿势以及左右腿单独训练，上肢训练机构为平面牵引式康复训练机构，所述软件系统包括用户注册登录模块、信息采集模块、康复训练模块和评估检测模块。
参照图2，上述康复评定训练系统，包括以下步骤：
S1、用户注册登录模块，如果患者是首次进行入康复评定训练系统，通过登录注册模块帮助患者在康复评定训练系统中新建个人的用户信息，同时进行个人的参数设定，然后进入康复训练系统；如果患者非首次进行康复训练，则直接凭用户名和密码进行登录。
S2、信息采集模块将通过生理监测仪采集到的生理参数和依据康复评定表进行评定的评定结果进行存储，在评定结束后系统会给出相应模式的训练建议。
S3、患者或康复师根据评定后的治疗方案或者自行设定参数，通过康复训练模块进行康复训练并记录训练内容，康复训练模块包括机械训练模式和虚拟训练模式：
在机械训练模式中，上肢训练机构和下肢训练机构依据最终治疗方案中的训练计划进行训练，分为主动训练、主被动训练和被动训练三种模式；
虚拟训练模块包含虚拟场景漫游游戏模块和增强现实游戏模块，其中增强现实游戏模块通过视频采集系统实时采集患者训练视频，经实时图像处理后将只含有患者的训练视频融入到虚拟的游戏场景中，其中游戏场景的变换通过采集康复设备的运动数据实现；虚拟场景漫游游戏模块包含特定康复设备的虚拟三维模型，通过采集真实康复设备的运动数据控制特定康复设备的虚拟三维模型的运动，从而在虚拟场景中实现漫游。
S4、多次训练之后进行周期性的评估，生成训练评估表。患者进行一定时间的训练后进行评定，观察训练效果，判断是否需要重新设定参数进行训练，如果需要则返回步骤S2，如果不需要则进入步骤S5。
S5、保存个人使用康复训练系统记录，退出系统。
参照图3，康复训练模块包括以下内容：
其中所述步骤S3中康复训练模块具体内容包括：康复治疗方案根据康复评定结果会提出相应模式的训练建议，在机械训练模块中，患者或康复师可自行设定特定康复设备助力大小、运动范围、运动速度、训练时间和次数，进行三种模式的机械训练，显示系统同时呈现治疗方案中的演示视频和患者训练的视频；在虚拟训练模式中，增强现实游戏模块主要利用增强现实注册跟踪模块进行娱乐性训练，其中增强现实注册跟踪模块包括标识识别单元和参数计算单元；在虚拟场景漫游游戏模块中，根据不同指令，从场景数据库中选取场景。
所述步骤S3虚拟训练模块中的增强现实游戏模块，流程图可参照图4，增强现实游戏模块具体包括视频处理模块、增强现实跟踪注册模块、三维模型模块、实景融合模块、用户数据模块。
所述视频处理模块通过视频采集系统实时获取患者训练视频，经实时图像处理，得到只含有患者的训练视频；所述增强现实跟踪注册模块分析所述训练视频信息，识别视频信息中的增强现实标识并计算得到增强现实标识的参数信息。
增强现实游戏的视频的产生方法是由所述三维模型模块存储虚拟物体的三维模型；所述实景融合模块将只含有患者的训练视频和三维模型模块中的虚拟物体的三维模型融合，生成最终的增强现实游戏视频。
所述增强现实注册跟踪模块包括标识识别单元和参数计算单元：
所述标识识别单元对患者训练视频进行图像处理，搜索定位增强现实标识，将增强现实标识与数据库中的标识进行模板匹配来识别标识；
所述参数计算单元对所识别的增强现实标识的位置信息进行计算，并反馈给虚拟的游戏场景。
以下结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明：本发明使用带有黑色边框的标识实现增强现实中虚拟物体的注册和跟踪。在开始康复训练之前将增强现实标识附着于患者肢体表面。
本发明的增强现实游戏模块分为上肢训练游戏和下肢训练游戏，其中上肢训练游戏包括摘苹果游戏、打地鼠游戏；下肢训练游戏包括踢足球游戏。以下将对各康复游戏进行详细介绍。摘苹果游戏是对上肢运动功能进行基础性训练。显示系统显示苹果树和水果篮，视频采集系统实时获取患者手部训练视频，并进行图像处理只留下患者的真实手部，系统根据其中手上的标识生成虚拟的苹果三维模型，通过调节视频采集系统距离手部的距离，使生成的苹果手的比例大小合适，并与显示系统显示的背景进行融合。通过检测手部的位置，以变换不同的背景，使其呈现的效果是当真实的手部到达苹果树附近的时候，虚拟的苹果模型显现，代表摘下苹果，手部的移动带动着苹果模型的移动，当其到达水果篮的时候，虚拟的苹果模型消失，苹果模型显现在水果篮中，再重复去摘苹果。
通过记录每次摘苹果过程的时间、摘下苹果的个数、移动苹果的轨迹和速度，进行相应的计分，评估患者的训练水平。
打地鼠游戏则将不同标识如图5所示，按照不规则排序贴在一张硬纸片上，生成多个不同的地鼠模型，患者手部带有的另一种标识会呈现虚拟的锤子模型，患者手部依次移动到每个地鼠模型处，即为完成目标，记录患者的成功完成任务的并进行相应计分，该模式主要训练患者关节的灵活性和移动能力。
踢足球游戏是对下肢运动功能进行基础性训练。显示系统显示足球场的游戏场景。将视频采集系统放到身体一侧，通过实时获取患者腿部训练视频，进行图像处理只留下患者的真实腿部，系统根据腿部上的标识生成虚拟的足球模型，通过调节视频采集系统距离腿部的距离，使生成的足球与腿部的比例大小合适，并与显示系统显示的背景进行融合。通过检测以膝关节为轴小腿抬起的角度，以更换不同的背景，使其呈现的效果是在一定角度范围内，虚拟的足球模型显现，腿部的转动带动着足球的前进，当其到达一定角度的时候，虚拟的足球模型消失，足球模型显现在球门内，再重复去踢足球。
通过记录每次踢足球过程的时间、踢进球门的足球个数进行相应的计分，评估患者的训练水平。
所述步骤S3康复训练模块的虚拟训练模块中，虚拟场景漫游游戏模块包括：数据采集和驱动模块、场景搭建模块。
所述数据采集和驱动模块中，通过采集特定康复设备的运动数据，控制特定康复设备的模型在虚拟场景中的运动。
所述场景搭建模块搭建的生活场景近似患者的真实生活场景，患者可切换不同视角在虚拟场景中进行漫游。
在虚拟场景中漫游的实现过程如图6所示，即在虚拟场景漫游游戏模块中，需预先建立场景数据库，其中，场景数据库中可包括不同的虚拟场景；通过对特定康复设备所能实现的动作的设定，动作包括左右下肢训练机构分别抬起、左右下肢训练机构配合运动、多功能轮椅的躺下和站起，患者可通过以上动作触发针对场景数据库中虚拟场景的选择指令，虚拟场景漫游游戏模块在接收到选择指令后，对选择指令进行解析，根据选择指令从场景数据库中查找到此虚拟场景,并调取此虚拟场景相关的资源，最终通过显示系统向患者展示相应的虚拟场景。
以上对本发明实施例所提供的一种康复评定训练系统进行了详细介绍。应理解，本文所述的示例性实施方式应仅被认为是描述性的，用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，而并不用于限制本发明。在每个示例性实施方式中对特征或方面的描述通常应被视作适用于其他示例性实施例中的类似特征或方面。尽管参考示例性实施例描述了本发明,但可建议所属领域的技术人员进行各种变化和更改。本发明意图涵盖所附权利要求书的范围内的这些变化和更改。
Claims (8)
1.一种上下肢康复评定训练系统，其特征在于包括基于特定康复设备而搭建的软件系统、视频采集系统、显示系统；所述特定康复设备为多功能轮椅和上肢训练机构，所述多功能轮椅可实现坐、躺、站三种姿势以及左右腿单独训练，所述上肢训练机构为平面牵引式康复训练机构；所述软件系统包括用户注册登录模块、信息采集模块、康复训练模块和评估检测模块；所述康复训练模块包括机械训练模块和虚拟训练模块；所述机械训练模块包括上肢训练模块和下肢训练模块；所述虚拟训练模块包含虚拟场景漫游游戏模块和增强现实游戏模块；所述增强现实游戏模块主要利用增强现实注册跟踪模块结合虚拟的游戏场景通过视频采集系统实时采集患者训练视频，经实时图像处理后将只含有患者的训练视频融入到虚拟的游戏场景中，其中游戏场景的变换通过采集康复设备的运动数据实现。
2.如权利要求1所述的一种上下肢康复评定训练系统，其特征在于，包括以下步骤：
S1、用户注册登录模块，进行用户注册登录，建立个人康复训练账户，并存储用户身份数据；
S2、信息采集模块采集患者的生理参数，并依据康复评定表进行评定，存储用户生理参数数据和评定结果数据；
S3、患者或康复师根据评定后的治疗方案或者自行设定参数，通过康复训练模块进行康复训练并存储训练内容；
S4、多次训练之后进行周期性的评估，生成训练评估表；
S5、保存个人使用康复训练系统记录，退出系统。
3.如权利要求2中所述的一种上下肢康复评定训练系统，其特征在于，所述步骤S1中，首次使用康复评定训练系统的患者，需要通过登录注册模块在康复评定训练系统中新建个人的用户信息，同时进行个人的参数设定，然后进入康复训练系统；非首次进行康复训练的患者，则直接凭用户名和密码登录。
4.如权利要求2中所述的一种上下肢康复评定训练系统，其特征在于，所述步骤S2中，信息采集模块利用生理监测仪和其他设备采集患者的生理参数，存入数据库，并根据系统内的康复评定表在康复师的帮助下依次进行评定，并给出合适的治疗方案进行训练。
5.如权利要求1中所述的一种上下肢康复评定训练系统，其特征在于，所述机械训练模块依据训练方式的不同分为主动训练、主被动训练和被动训练三种模式，康复治疗方案根据康复评定结果提出相应模式的训练建议，患者或康复师可自行设定特定康复设备助力大小、运动范围、运动速度、训练时间和次数。
6.如权利要求1中所述的一种上下肢康复评定训练系统，其特征在于，在利用机械训练模块进行康复训练时，显示系统同时呈现治疗方案中的演示视频和患者训练的视频；其中，演示视频通过设定的参数或者训练建议的参数驱动多功能轮椅模型或上肢训练机构模型进行训练过程的完整演示；患者训练的视频则通过采集多功能轮椅或上肢训练机构的运动数据驱动机械训练模块中的多功能轮椅模型或上肢训练机构模型进行同步动作。
7.如权利要求1中所述的一种上下肢康复评定训练系统，其特征在于，所述增强现实注册跟踪模块包括标识识别单元和参数计算单元，其中标识识别单元对视频采集系统实时采集的患者训练视频进行图像处理，并搜索定位增强现实标识，将增强现实标识与数据库中的标识进行模板匹配来识别标识；参数计算单元对所识别的增强现实标识的位置信息进行计算，并反馈给虚拟的游戏场景。
8.如权利要求1中所述的一种上下肢康复评定训练系统，其特征在于，在虚拟场景漫游游戏模块中，包含特定康复设备的虚拟三维模型，特定康复设备的虚拟三维模型的运动通过采集真实康复设备的运动数据实现。
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