CN109589556A - 基于虚拟现实环境双人协同上肢康复训练系统及评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种基于虚拟现实环境双人协同上肢康复训练系统及评估方法，所述方法包括：根据两患者的上肢功能评定结果，确定上肢运动方式；根据生成在训练平面上的虚拟场景和虚拟目标，引导两患者分别手持手柄在训练平面上对同一虚拟目标进行操作，并识别并获取两手柄在训练平面上的运动数据，与虚拟现实程序进行交互使两患者共同完成上肢康复训练；训练过程中，根据两手柄的运动数据和虚拟目标的运动轨迹判断虚拟目标的运动轨迹是否偏离预设运动轨迹；若偏离，则统计失误区域；根据训练完成情况及失误区域统计结果分别对两患者的上肢康复情况进行评估。本发明解决了现有技术中只能单人单设备训练的问题，提高了患者对康复训练的兴趣。

Description

基于虚拟现实环境双人协同上肢康复训练系统及评估方法

技术领域

本发明涉及虚拟现实技术领域，尤其涉及一种基于虚拟现实环境双人协同上肢康复训练系统及评估方法。

背景技术

众多脑卒中、脑外伤、脊髓损伤的患者都存在上肢运动功能障碍和不能站立的问题，严重影响了其生活质量；针对这些患者，需要进行积极的康复治疗才能恢复其功能。目前普遍采用的主要康复措施是患者单人单项目训练，如单人磨砂板训练、单人上肢运动反馈训练系统训练等，这种训练方法存在占用设备多、占用时间长、设备使用效率低等问题，而且由于是单人单设备训练，没有竞争与互动，属于比较枯燥的一种训练方式，难以提高患者对康复训练的兴趣，从而导致康复过程比较漫长和康复效果不明显，而且也无法对患者的康复状态进行科学预估。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出一种基于虚拟现实环境双人协同上肢康复训练系统及评估方法，解决了现有技术中只能单人单设备训练的问题，提高了患者对康复训练的兴趣。

本发明的技术方案是这样实现的：一种基于虚拟现实环境双人协同上肢康复训练评估方法，包括以下步骤：

步骤1，根据两患者的上肢功能评定结果，确定上肢运动方式，所述上肢运动方式包括平面运动和立体运动；

步骤2，根据生成在训练平面上的虚拟场景和虚拟目标，引导两患者分别手持手柄在训练平面上对同一虚拟目标进行操作，并分别识别并获取两手柄在训练平面上的运动数据，与虚拟现实程序进行交互使两患者可相互协助共同完成包括不同难易程度的上肢康复训练；其中，难易程度根据包括虚拟目标的轨迹类型、虚拟目标的大小或多少、手柄的运动区域中的一种或多种因素确定；

步骤3，训练过程中，根据两手柄的运动数据和虚拟目标的运动轨迹判断虚拟目标的运动轨迹是否偏离预设运动轨迹；若偏离，则统计失误区域，所述失误区域为虚拟目标发生偏离时操作手柄弱者方在训练平面上的运动轨迹区域；

步骤4，根据训练完成情况及失误区域统计结果分别对两患者的上肢康复情况进行评估。

可选的，若上肢运动方式为平面运动时，步骤2包括：

步骤201a，根据两患者各自的上肢功能情况，分别选择双手柄运动或单手柄运动；

步骤202a，在虚拟现实游戏程序中预先设置包括静态或动态的虚拟目标和虚拟场景；

步骤203a，分别引导两患者手持手柄在训练平面上移动，以同时对虚拟目标进行操作，并通过上位机程序分别识别并获取两手柄在训练平面上移动时的实时位置数据；

步骤204a，由虚拟现实游戏程序根据两手柄的实时位置数据使虚拟目标、虚拟场景与两手柄之间形成交互，使两患者可相互协助共同完成包括不同难易程度的上肢康复训练；其中，难易程度根据包括虚拟目标的轨迹类型、虚拟目标的大小或多少、手柄的运动区域中的一种或多种因素确定。

可选的，若上肢运动方式为立体运动时，步骤2包括：

步骤201b，根据两患者各自的上肢功能情况，分别选择双手柄运动、减重下单手柄运动或不需要减重单手柄运动；

步骤202b，在虚拟现实游戏程序中预先设置包括静态或动态的虚拟目标和虚拟场景；

步骤203b，分别引导两患者手持手柄在空中立体移动以点击训练平面，来同时对虚拟目标进行操作，并通过上位机程序分别识别并获取两手柄点击训练平面时的实时位置数据；

步骤204b，由虚拟现实游戏程序根据两手柄的实时位置数据使虚拟目标、虚拟场景与两手柄之间形成交互，使两患者可相互协助共同完成包括不同难易程度的上肢康复训练；其中，难易程度根据包括虚拟目标的轨迹类型、虚拟目标的大小或多少、手柄的运动区域中的一种或多种因素确定。

可选的，步骤3包括：

步骤301，训练过程中，根据两手柄的实时位置数据及虚拟目标的运动数据，分别判断虚拟目标的运动轨迹是否偏离预设运动轨迹；

步骤302，若偏离，则统计失误区域，所述失误区域为虚拟目标发生偏离时操作手柄弱者方在训练平面上的运动轨迹区域；

步骤303，计算训练结束时间；

步骤304，根据训练结束时间及虚拟目标的真实运动轨迹对两患者的训练进行综合评分。

可选的，步骤4包括：

步骤401，预先设定当手柄运动到训练平面的相应区域时分别对应的两患者的上肢训练部位；

步骤402，根据综合评分及失误区域统计结果分别对两患者的上肢康复情况进行评估。

一种基于虚拟现实环境双人协同上肢康复训练系统，包括

运动方式确定模块，用于根据两患者的上肢功能评定结果，确定上肢运动方式；

运动训练模块，包括平面运动训练子模块和立体运动训练子模块，根据生成在训练平面上的虚拟场景和虚拟目标，引导两患者分别手持手柄在训练平面上对同一虚拟目标进行操作，并分别识别并获取两手柄在训练平面上的运动数据，与虚拟现实程序进行交互使两患者可相互协助共同完成包括不同难易程度的上肢康复训练；其中，难易程度根据包括虚拟目标的轨迹类型、虚拟目标的大小或多少、手柄的运动区域中的一种或多种因素确定；

结果统计模块，用于训练过程中，根据两手柄的运动数据和虚拟目标的运动轨迹判断虚拟目标的运动轨迹是否偏离预设运动轨迹；若偏离，则统计失误区域，所述失误区域为虚拟目标发生偏离时操作手柄弱者方在训练平面上的运动轨迹区域；

康复评估模块，根据训练完成情况及失误区域统计结果分别对两患者的上肢康复情况进行评估。

可选的，所述平面运动训练子模块包括：

平面运动选择单元，用于根据两患者各自的上肢功能情况，分别选择双手柄运动或单手柄运动；

虚拟现实游戏程序，用于预先设置包括静态或动态的虚拟目标和虚拟场景；

上位机程序，用于分别引导两患者手持手柄在训练平面上移动，以同时对虚拟目标进行操作，并通过上位机程序分别识别并获取两手柄在训练平面上移动时的实时位置数据；

所述虚拟现实游戏程序还用于根据两手柄的实时位置数据使虚拟目标、虚拟场景与两手柄之间形成交互，使两患者可相互协助共同完成包括不同难易程度的上肢康复训练；其中，难易程度根据包括虚拟目标的轨迹类型、虚拟目标的大小或多少、手柄的运动区域中的一种或多种因素确定。

可选的，所述立体运动训练子模块包括：

立体运动选择单元，用于根据两患者各自的上肢功能情况，分别选择双手柄运动、减重下单手柄运动或不需要减重单手柄运动；

虚拟现实游戏程序，用于预先设置包括静态或动态的虚拟目标和虚拟场景；

上位机程序，用于分别引导两患者手持手柄在空中立体移动以点击训练平面，来同时对虚拟目标进行操作，并通过上位机程序分别识别并获取两手柄点击训练平面时的实时位置数据；

所述虚拟现实游戏程序还用于根据两手柄的实时位置数据使虚拟目标、虚拟场景与两手柄之间形成交互，使两患者可相互协助共同完成包括不同难易程度的上肢康复训练；其中，难易程度根据包括虚拟目标的轨迹类型、虚拟目标的大小或多少、手柄的运动区域中的一种或多种因素确定。

可选的，所述结果统计模块包括：

判断子模块，用于训练过程中，根据两手柄的实时位置数据及虚拟目标的运动数据，分别判断虚拟目标的运动轨迹是否偏离预设运动轨迹；

失误区域统计子模块，包括第一失误区域统计单元和第二失误区域统计单元，所述第一失误区域统计单元用于统计其中一患者在训练平面上作为操作手柄弱者方时的相应区域，所述第二失误区域统计单元用于统计另一患者在训练平面上作为操作手柄弱者方时的相应区域；

训练时间计算子模块，用于计算两患者的训练结束时间；

综合评分模块，用于根据训练结束时间及虚拟目标的真实运动轨迹对两患者的训练进行综合评分。

可选的，所述康复评估模块包括：

设定子模块，用于预先设定当两手柄分别运动到训练平面的相应区域时分别对应的两患者的上肢训练部位；

评定子模块，用于根据综合评分及失误区域统计结果分别对两患者的上肢康复情况进行评估。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明通过两患者双人协同互动的方式分别手持手柄在同一训练平面上运动，共同并同时对同一虚拟目标进行操作，利用两手柄与训练平面上的虚拟场景、虚拟目标之间的交互共同完成上肢康复训练，由于是两患者相互协同完成同一项训练任务，可提高患者对康复训练的积极性，并且提高了训练设备的利用率。另外，本发明还可根据训练完成情况及失误区域统计结果分别对两患者的上肢康复情况进行评估，从而为医生的治疗提供参考。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明基于虚拟现实环境双人协同上肢康复训练评估方法一实施例的流程图；

图2为本发明基于虚拟现实环境双人协同上肢康复训练系统一实施例的结构框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参阅图1，本发明实施例一公开的基于虚拟现实环境双人协同上肢康复训练评估方法，包括以下步骤：

步骤1，根据两患者的上肢功能评定结果，确定上肢运动方式，所述上肢运动方式包括平面运动和立体运动；

本发明实施例中，在训练之前，需要对两患者的上肢功能进行评定，从而选择比较适合两患者的训练任务。其中，两患者所选择的上肢运动方式应一致。

步骤2，根据生成在训练平面上的虚拟场景和虚拟目标，引导两患者分别手持手柄在训练平面上对同一虚拟目标进行操作，并分别识别并获取两手柄在训练平面上的运动数据，与虚拟现实程序进行交互使两患者可相互协助共同完成包括不同难易程度的上肢康复训练；其中，难易程度根据包括虚拟目标的轨迹类型、虚拟目标的大小或多少、手柄的运动区域中的一种或多种因素确定；

本发明实施例中提到的训练平面可通过上位机程序识别并获取两手柄的运动数据，例如红外触控屏等，分别获取两患者的运动数据，通过对两手柄的运动数据的分析，使虚拟目标、虚拟场景与手柄之间形成交互，从而实现两患者的上肢康复训练。本发明通过两患者共同并同时操作同一虚拟目标，进而完成上肢康复训练。

本发明实施例通过对训练平面上同一虚拟目标进行操作，相互协助共同完成同一项上肢康复训练，增加了训练设备的利用率，并且两患者之间存在互动，增加了患者对康复训练的兴趣。

步骤3，训练过程中，根据两手柄的运动数据和虚拟目标的运动轨迹判断虚拟目标的运动轨迹是否偏离预设运动轨迹；若偏离，则统计失误区域，所述失误区域为虚拟目标发生偏离时操作手柄弱者方在训练平面上的运动轨迹区域；

步骤4，根据训练完成情况及失误区域统计结果分别对两患者的上肢康复情况进行评估。

本发明实施例中，通过对两患者的训练完成情况及失误区域统计结果，从而完成对两患者的上肢康复情况进行评估。例如，医生可根据训练平面中某一区域上肢活动不到位而导致手柄在该区域点击时经常失分，从而进一步分析出相应上肢肌力和关节活动度有问题。

其中，上位机程序可将相应患者的上肢康复情况评估结果、综合评分分别呈现在各自视野内的训练平面的相应区域上。通过将上肢康复情况评估结果、综合评分在各自视野内的训练平面的相应区域上显示，一目了然。

相对应的，参阅图2，本发明实施例二公开了一种基于虚拟现实环境双人协同上肢康复训练系统，包括运动方式确定模块、运动训练模块、结果统计模块和康复评估模块，其中：

运动方式确定模块，用于根据两患者的上肢功能评定结果，确定上肢运动方式；

运动训练模块，包括平面运动训练子模块和立体运动训练子模块，根据生成在训练平面上的虚拟场景和虚拟目标，引导两患者分别手持手柄在训练平面上对同一虚拟目标进行操作，并分别识别并获取两手柄在训练平面上的运动数据，与虚拟现实程序进行交互使两患者可相互协助共同完成包括不同难易程度的上肢康复训练；其中，难易程度根据包括虚拟目标的轨迹类型、虚拟目标的大小或多少、手柄的运动区域中的一种或多种因素确定；

结果统计模块，用于训练过程中，根据两手柄的运动数据和虚拟目标的运动轨迹判断虚拟目标的运动轨迹是否偏离预设运动轨迹；若偏离，则统计失误区域，所述失误区域为虚拟目标发生偏离时操作手柄弱者方在训练平面上的运动轨迹区域；

康复评估模块，根据训练完成情况及失误区域统计结果分别对两患者的上肢康复情况进行评估。

训练时，两患者分别站立在训练平面的两侧，通过手持手柄对同一训练平面上的虚拟目标或虚拟场景中虚拟物品进行操作，从而完成同一项训练；在此训练过程中，下肢保持不动。本发明基于虚拟现实环境双人协同上肢康复训练评估方法是通过基于虚拟现实环境双人协同上肢康复训练系统而实现。

本发明通过两患者双人协同互动的方式分别手持手柄在同一训练平面上运动，共同对同一虚拟目标进行操作，两患者根据两手柄与训练平面上的虚拟场景、虚拟目标之间的交互共同完成上肢康复训练，由于是两患者之间存在协助互动，提高了患者对康复训练的积极性，并且提高了训练设备的利用率。

另外，本发明还可根据训练完成情况及失误区域统计结果分别对两患者的上肢康复情况进行评估，从而为医生的治疗提供参考，也可根据此评估结果对两患者的上肢康复训练进行相应调整。

在本发明一实施例中，当上肢运动方式为平面运动时，步骤2包括：

步骤201a，根据两患者各自的上肢功能情况，分别选择双手柄运动或单手柄运动；

其中，两患者的手柄运动方式的选择可不一致，上肢功能差的患者选择双手柄运动，即患者两只手操作在双手柄上，便于健侧带动患侧；而上肢功能相对较好者，选择单手柄运动，即患者为单手操作。双手柄的结构和单手柄的结构可相同或不同。

步骤202a，在虚拟现实游戏程序中预先设置包括静态或动态的虚拟目标和虚拟场景；

其中，虚拟现实游戏程序中预先设置虚拟目标和虚拟场景可为动态的或者静态的。例如动态的船只和静态的河流、动态的渔网和动态的池塘、虚拟砝码和虚拟跷跷板等。通过两患者共同进行划船、捕鱼、玩跷跷板等双人协同的游戏，同时完成两患者的上肢康复训练。

步骤203a，分别引导两患者手持手柄在训练平面上移动，以同时对虚拟目标进行操作，并通过上位机程序分别识别并获取两手柄在训练平面上移动时的实时位置数据；

该实施例中，两患者根据训练要求，分别手持手柄在训练平面上移动，共同并同时对同一虚拟目标或者虚拟场景进行相应操作，在操作过程中，上位机程序分别识别两手柄并记录两手柄在训练平面上移动时的实时位置数据，下发到虚拟现实游戏程序，使虚拟目标、虚拟场景与两手柄之间形成交互，从而共同完成上肢康复训练。另外，虚拟现实游戏程序根据两手柄的实时位置数据，也可在虚拟场景中呈现运动的轨迹或痕迹。

步骤204a，由虚拟现实游戏程序根据两手柄的实时位置数据使虚拟目标、虚拟场景与两手柄之间形成交互，使两患者可相互协助共同完成包括不同难易程度的上肢康复训练；其中，难易程度根据包括虚拟目标的轨迹类型、虚拟目标的大小或多少、手柄的运动区域中的一种或多种因素确定。

该实施例中，虚拟现实游戏程序根据两手柄的实时位置数据使虚拟目标、虚拟场景与手柄之间形成交互，从而使两患者相互协助共同完成上肢康复训练。在此过程中，训练的难易程度可分为易、中、难，主要由虚拟目标的运动速度(或运动时间)、运动轨迹(直线/曲线)、虚拟目标的大小(或多少)，以及手柄的运动区域(边远区或中心区)等因素决定，可根据患者的具体情况选择相应难易程度的训练任务。

对应的，基于虚拟现实环境双人协同上肢康复训练系统的平面运动训练子模块包括平面运动选择单元、虚拟现实游戏程序和上位机程序，其中：

平面运动选择单元，用于根据两患者各自的上肢功能情况，分别选择双手柄运动或单手柄运动；

虚拟现实游戏程序，用于预先设置包括静态或动态的虚拟目标和虚拟场景；

上位机程序，用于分别引导两患者手持手柄在训练平面上移动，以同时对虚拟目标进行操作，并通过上位机程序分别识别并获取两手柄在训练平面上移动时的实时位置数据；

所述虚拟现实游戏程序还用于根据两手柄的实时位置数据使虚拟目标、虚拟场景与两手柄之间形成交互，使两患者可相互协助共同完成包括不同难易程度的上肢康复训练；其中，难易程度根据包括虚拟目标的轨迹类型、虚拟目标的大小或多少、手柄的运动区域中的一种或多种因素确定。

步骤201a～204a，可以由平面运动训练子模块中的各个组成作为步骤的执行对象来实现。具体的，步骤201a由平面运动选择单元作为步骤的执行对象，步骤202a由虚拟现实游戏程序作为步骤的执行对象，步骤203a由上位机程序作为执行对象，步骤204a由虚拟现实游戏程序作为步骤的执行对象。

在本发明另一实施例中，当上肢运动方式为平面运动时，步骤2包括：

步骤201b，根据两患者各自的上肢功能情况，分别选择双手柄运动、减重下单手柄运动或不需要减重单手柄运动；

其中，两患者的手柄运动方式的选择可不一致，可根据两患者各自的情况选择双手柄运动、减重下单手柄运动或不需要减重单手柄运动。比如上肢功能差的患者选择双手柄运动，即患者两只手操作在双手柄上，便于健侧带动患侧；对于上肢功能相对较好者，则根据自身情况，选择减重下单手柄运动或不需要减重单手柄运动。

步骤202b，在虚拟现实游戏程序中预先设置包括静态或动态的虚拟目标和虚拟场景；

同样的，虚拟现实游戏程序中预先设置虚拟目标和虚拟场景可为动态的或者静态的。例如动态的船只和静态的河流、动态的渔网和动态的池塘、虚拟砝码和虚拟跷跷板等。通过两患者共同进行划船、捕鱼、玩跷跷板等双人协同的游戏，同时完成两患者的上肢康复训练。

步骤203b，分别引导两患者手持手柄在空中立体移动以点击训练平面，来同时对虚拟目标进行操作，并通过上位机程序分别识别并获取两手柄点击训练平面时的实时位置数据；

该实施例中，两患者根据训练要求，分别手持手柄在训练平面上立体运动，通过点击训练平面的方式同时并同时对同一虚拟目标或者虚拟场景进行相应操作，在操作过程中，上位机程序分别识别两手柄并记录两手柄点击训练平面上时的实时位置数据，下发到虚拟现实游戏程序，使虚拟目标、虚拟场景与两手柄之间形成交互，从而完成上肢康复训练。另外，虚拟现实游戏程序根据两手柄的实时位置数据，也可在虚拟场景中呈现运动的轨迹或痕迹。

步骤204b，由虚拟现实游戏程序根据两手柄的实时位置数据使虚拟目标、虚拟场景与两手柄之间形成交互，使两患者可相互协助共同完成包括不同难易程度的上肢康复训练；其中，难易程度根据包括虚拟目标的轨迹类型、虚拟目标的大小或多少、手柄的运动区域中的一种或多种因素确定。

该实施例中，虚拟现实游戏程序根据两手柄的实时位置数据使虚拟目标、虚拟场景与手柄之间形成交互，从而完成上肢康复训练。在此过程中，训练的难易程度可分为易、中、难，主要由虚拟目标的运动速度(或运动时间)、运动轨迹(直线/曲线)、虚拟目标的大小(或多少)，以及手柄的运动区域(边远区或中心区)等因素决定，可根据患者的具体情况选择相应难易程度的训练任务。

对应的，基于虚拟现实环境双人协同上肢康复训练系统的平面运动训练子模块包括立体运动选择单元、虚拟现实游戏程序和上位机程序，其中：

立体运动选择单元，用于根据两患者各自的上肢功能情况，分别选择双手柄运动、减重下单手柄运动或不需要减重单手柄运动；

虚拟现实游戏程序，用于预先设置包括静态或动态的虚拟目标和虚拟场景；

上位机程序，用于分别引导两患者手持手柄在空中立体移动以点击训练平面，来同时对虚拟目标进行操作，并通过上位机程序分别识别并获取两手柄点击训练平面时的实时位置数据；

所述虚拟现实游戏程序还用于根据两手柄的实时位置数据使虚拟目标、虚拟场景与两手柄之间形成交互，使两患者可相互协助共同完成包括不同难易程度的上肢康复训练；其中，难易程度根据包括虚拟目标的轨迹类型、虚拟目标的大小或多少、手柄的运动区域中的一种或多种因素确定。

步骤201b～204b，可以由平面运动训练子模块中的各个组成作为步骤的执行对象来实现。具体的，步骤201b由立体运动选择单元作为步骤的执行对象，步骤202b由虚拟现实游戏程序作为步骤的执行对象，步骤203b由上位机程序作为执行对象，步骤204b由虚拟现实游戏程序作为步骤的执行对象。

具体的，步骤3包括以下子步骤：

步骤301，训练过程中，根据两手柄的实时位置数据及虚拟目标的运动数据，分别判断虚拟目标的运动轨迹是否偏离预设运动轨迹；

该实施例中，虚拟现实游戏程序根据两手柄的实时位置数据，匹配虚拟目标的运动轨迹，上位机程序根据虚拟目标的运动轨迹，判断该虚拟目标的运动轨迹是否偏离预设运动轨迹。

步骤302，若偏离，则统计失误区域，所述失误区域为虚拟目标发生偏离时操作手柄弱者方在训练平面上的运动轨迹区域；

比如，当患者甲和患者乙同时操作同一虚拟目标沿着预设运动轨迹前进时，当某一区域发生偏离时，上位机程序分析判断是由于患者甲操作失误还是患者乙操作失误，其中操作失误的一方为操作手柄弱者方；训练过程中，分别记录虚拟目标的偏离区域(即失误区域)及操作手柄弱者方是谁。

步骤303，计算训练结束时间；

步骤304，根据训练结束时间及虚拟目标的真实运动轨迹对两患者的训练进行综合评分。

本发明实施例通过两患者双人协同的方式共同完成上肢康复训练，并通过统计失误区域对两患者的上肢康复情况进行科学评估，增加了两患者之间的互动性，可提高两患者对上肢康复训练的兴趣。

例如，当进行划船训练时，可通过语音提示、文字提示或者物品提示等方式让两患者同时操作船只沿着预设运动轨迹行走，当其中一名患者操作不到位(即操作手柄弱者方)时，船只的运动运动轨迹会发生偏离，上位机程序根据分析可知是哪个手柄为操作不到位者(即操作手柄弱者方)；而在操作船只的过程中，船只发生偏离时，操作手柄弱者方可能为患者甲，也可能是患者乙；训练过程中，分别记录船只发生偏离时，是哪位患者操作不到位，并同时对发生偏离时所在训练平面上的区域进行记录，从而可分别得出两患者的失误区域。其中，划船训练时，通过在训练平面上立体运动的方式点击训练平面完成划船训练。

又如，同样的，当进行捕鱼游戏时，可通过语音提示、文字提示或者物品提示等方式让两患者同时操作渔网沿着预设运动轨迹行走，当渔网沿着预设轨迹行走时，才能捕获到更多的鱼，在操作渔网行走过程中，其中一名患者操作不到位(即操作手柄弱者方)时，渔网会偏离预设运动轨迹，上位机程序根据分析可知是因为哪个手柄操作不到位(即操作手柄弱者方)；而在操作渔网移动的过程中，渔网发生偏离时，有可能是患者甲的原因，也有可能是患者乙的原因，此时分别记录渔网发生偏离时是哪位患者的原因、并记录此时发生偏离的区域。

又如，当进行跷跷板游戏时，通过两患者同时操作砝码，使砝码沿着预设运动轨迹移动到跷跷板上，同样的，记录跷跷板的运动轨迹发生偏离时是哪位患者的原因、并记录此时发生偏离的区域。

在两患者进行上肢康复训练过程中，根据训练完成时间、虚拟目标的真实运动轨迹与预设运动轨迹之间的偏差对两患者的训练进行综合评分。

对应的，基于虚拟现实环境双人协同上肢康复训练系统的结果统计模块包括判断子模块、失误区域统计子模块、训练时间计算子模块和综合评分模块，其中

判断子模块，用于训练过程中，根据两手柄的实时位置数据及虚拟目标的运动数据，分别判断虚拟目标的运动轨迹是否偏离预设运动轨迹；

失误区域统计子模块，包括第一失误区域统计单元和第二失误区域统计单元，所述第一失误区域统计单元用于统计其中一患者在训练平面上作为操作手柄弱者方时的相应区域，所述第二失误区域统计单元用于统计另一患者在训练平面上作为操作手柄弱者方时的相应区域；

训练时间计算子模块，用于计算两患者的训练结束时间；

综合评分模块，用于根据训练结束时间及虚拟目标的真实运动轨迹对两患者的训练进行综合评分。

该实施例中，既统计两患者的失误区域，也对上肢康复训练进行综合评分，然后根据失误区域和综合评分分别对两患者的上肢康复情况进行评估。

具体的，步骤4包括以下子步骤：

步骤401，预先设定当手柄运动到训练平面的相应区域时分别对应的两患者的上肢训练部位；

步骤402，根据综合评分及失误区域统计结果分别对两患者的上肢康复情况进行评估。

本发明实施例中，当预先在训练设备上设定训练平面的相应区域所对应的上肢训练部位时，训练设备直接可根据失误区域和综合评分分别对两患者的上肢康复情况进行评估，并分别将评估结果和综合评分分别呈现在各自视野内的训练平面的相应区域上。

当然，训练平面的相应区域所对应的上肢训练部位已经经过专家或者医生进行实验验证，当患者手持手柄运动到该区域时，主要训练到患者上肢的某个部位或关节。例如，可对训练平面进行划分区域，左上区域、左下区域、中上区域、中下区域、右上区域和右下区域等，当手柄运动到左上区域时对应患者的右手肘关节，手柄运动到右上区域对应患者的左手肘关节等等……，训练平面的相应区域的划分可根据具体情况进行划分。其中，由于两患者的站立的位置是不同的，当他们手持手柄运动到训练平面的同一个位置时，其所锻炼到的部位是不同的，因此训练平面的相应区域的划分为多种，并且分别对应两患者的具体情况。

对应的，基于虚拟现实环境双人协同上肢康复训练系统的康复评估模块包括设定子模块和评定子模块，其中：

设定子模块，用于预先设定当两手柄分别运动到训练平面的相应区域时分别对应的两患者的上肢训练部位；

评定子模块，用于根据综合评分及失误区域统计结果分别对两患者的上肢康复情况进行评估。

其中，步骤401由设定子模块为步骤的执行对象，步骤402由评定子模块作为步骤的执行对象。

本发明实施例中，分别根据第一失误区域统计单元和第二失误区域统计单元统计两患者的失误区域，医生可从中大体判断出两患者上肢的哪些部位或关节比较严重、哪些部位或关节比较轻微；通过若干周期性的训练后，根据前后几次失误区域的数据对比，也可大体判断出哪些部位或关节恢复得比较好、哪些部位或关节恢复得比较差，从而对上肢康复训练作出相应调整，利于患者快速恢复。

本发明通过两患者双人协同互动的方式分别手持手柄在同一训练平面上运动，共同并共同对统一虚拟目标进行操作，利用两手柄与训练平面上的虚拟场景、虚拟目标之间的交互共同完成上肢康复训练，由于是两患者相互协同完成同一项训练任务，实现了双人上肢互动康复训练，提高了患者对康复训练的积极性，并且提高了训练设备的利用率。另外，本发明还可根据训练完成情况及失误区域统计结果分别对两患者的上肢康复情况进行评估，从而为医生的治疗提供参考，，并且可针对性设置符合两患者的训练任务，加快康复效果。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于虚拟现实环境双人协同上肢康复训练评估方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，根据两患者的上肢功能评定结果，确定上肢运动方式，所述上肢运动方式包括平面运动和立体运动；

步骤2，根据生成在训练平面上的虚拟场景和虚拟目标，引导两患者分别手持手柄在训练平面上对同一虚拟目标进行操作，并分别识别并获取两手柄在训练平面上的运动数据，与虚拟现实程序进行交互使两患者可相互协助共同完成包括不同难易程度的上肢康复训练；其中，难易程度根据包括虚拟目标的轨迹类型、虚拟目标的大小或多少、手柄的运动区域中的一种或多种因素确定；

步骤3，训练过程中，根据两手柄的运动数据和虚拟目标的运动轨迹判断虚拟目标的运动轨迹是否偏离预设运动轨迹；若偏离，则统计失误区域，所述失误区域为虚拟目标发生偏离时操作手柄弱者方在训练平面上的运动轨迹区域；

步骤4，根据训练完成情况及失误区域统计结果分别对两患者的上肢康复情况进行评估。

2.如权利要求1所述基于虚拟现实环境双人协同上肢康复训练评估方法，其特征在于，若上肢运动方式为平面运动时，步骤2包括：

步骤201a，根据两患者各自的上肢功能情况，分别选择双手柄运动或单手柄运动；

步骤202a，在虚拟现实游戏程序中预先设置包括静态或动态的虚拟目标和虚拟场景；

步骤203a，分别引导两患者手持手柄在训练平面上移动，以同时对虚拟目标进行操作，并通过上位机程序分别识别并获取两手柄在训练平面上移动时的实时位置数据；

步骤204a，由虚拟现实游戏程序根据两手柄的实时位置数据使虚拟目标、虚拟场景与两手柄之间形成交互，使两患者可相互协助共同完成包括不同难易程度的上肢康复训练；其中，难易程度根据包括虚拟目标的轨迹类型、虚拟目标的大小或多少、手柄的运动区域中的一种或多种因素确定。

3.如权利要求1所述基于虚拟现实环境双人协同上肢康复训练评估方法，其特征在于，若上肢运动方式为立体运动时，步骤2包括：

步骤201b，根据两患者各自的上肢功能情况，分别选择双手柄运动、减重下单手柄运动或不需要减重单手柄运动；

步骤202b，在虚拟现实游戏程序中预先设置包括静态或动态的虚拟目标和虚拟场景；

步骤203b，分别引导两患者手持手柄在空中立体移动以点击训练平面，来同时对虚拟目标进行操作，并通过上位机程序分别识别并获取两手柄点击训练平面时的实时位置数据；

步骤204b，由虚拟现实游戏程序根据两手柄的实时位置数据使虚拟目标、虚拟场景与两手柄之间形成交互，使两患者可相互协助共同完成包括不同难易程度的上肢康复训练；其中，难易程度根据包括虚拟目标的轨迹类型、虚拟目标的大小或多少、手柄的运动区域中的一种或多种因素确定。

4.如权利要求2或3所述基于虚拟现实环境双人协同上肢康复训练评估方法，其特征在于，步骤3包括：

步骤301，训练过程中，根据两手柄的实时位置数据及虚拟目标的运动数据，分别判断虚拟目标的运动轨迹是否偏离预设运动轨迹；

步骤302，若偏离，则统计失误区域，所述失误区域为虚拟目标发生偏离时操作手柄弱者方在训练平面上的运动轨迹区域；

步骤303，计算训练结束时间；

步骤304，根据训练结束时间及虚拟目标的真实运动轨迹对两患者的训练进行综合评分。

5.如权利要求4所述基于虚拟现实环境双人协同上肢康复训练评估方法，其特征在于，步骤4包括：

步骤401，预先设定当手柄运动到训练平面的相应区域时分别对应的两患者的上肢训练部位；

步骤402，根据综合评分及失误区域统计结果分别对两患者的上肢康复情况进行评估。

6.一种基于虚拟现实环境双人协同上肢康复训练系统，其特征在于，包括

运动方式确定模块，用于根据两患者的上肢功能评定结果，确定上肢运动方式；

运动训练模块，包括平面运动训练子模块和立体运动训练子模块，根据生成在训练平面上的虚拟场景和虚拟目标，引导两患者分别手持手柄在训练平面上对同一虚拟目标进行操作，并分别识别并获取两手柄在训练平面上的运动数据，与虚拟现实程序进行交互使两患者可相互协助共同完成包括不同难易程度的上肢康复训练；其中，难易程度根据包括虚拟目标的轨迹类型、虚拟目标的大小或多少、手柄的运动区域中的一种或多种因素确定；

结果统计模块，用于训练过程中，根据两手柄的运动数据和虚拟目标的运动轨迹判断虚拟目标的运动轨迹是否偏离预设运动轨迹；若偏离，则统计失误区域，所述失误区域为虚拟目标发生偏离时操作手柄弱者方在训练平面上的运动轨迹区域；

康复评估模块，根据训练完成情况及失误区域统计结果分别对两患者的上肢康复情况进行评估。

7.如权利要求6所述基于虚拟现实环境双人协同上肢康复训练系统，其特征在于，所述平面运动训练子模块包括：

平面运动选择单元，用于根据两患者各自的上肢功能情况，分别选择双手柄运动或单手柄运动；

虚拟现实游戏程序，用于预先设置包括静态或动态的虚拟目标和虚拟场景；

上位机程序，用于分别引导两患者手持手柄在训练平面上移动，以同时对虚拟目标进行操作，并通过上位机程序分别识别并获取两手柄在训练平面上移动时的实时位置数据；

所述虚拟现实游戏程序还用于根据两手柄的实时位置数据使虚拟目标、虚拟场景与两手柄之间形成交互，使两患者可相互协助共同完成包括不同难易程度的上肢康复训练；其中，难易程度根据包括虚拟目标的轨迹类型、虚拟目标的大小或多少、手柄的运动区域中的一种或多种因素确定。

8.如权利要求6所述基于虚拟现实环境双人协同上肢康复训练系统，其特征在于，所述立体运动训练子模块包括：

立体运动选择单元，用于根据两患者各自的上肢功能情况，分别选择双手柄运动、减重下单手柄运动或不需要减重单手柄运动；

虚拟现实游戏程序，用于预先设置包括静态或动态的虚拟目标和虚拟场景；

上位机程序，用于分别引导两患者手持手柄在空中立体移动以点击训练平面，来同时对虚拟目标进行操作，并通过上位机程序分别识别并获取两手柄点击训练平面时的实时位置数据；

所述虚拟现实游戏程序还用于根据两手柄的实时位置数据使虚拟目标、虚拟场景与两手柄之间形成交互，使两患者可相互协助共同完成包括不同难易程度的上肢康复训练；其中，难易程度根据包括虚拟目标的轨迹类型、虚拟目标的大小或多少、手柄的运动区域中的一种或多种因素确定。

9.如权利要求6所述基于虚拟现实环境双人协同上肢康复训练系统，其特征在于，所述结果统计模块包括：

判断子模块，用于训练过程中，根据两手柄的实时位置数据及虚拟目标的运动数据，分别判断虚拟目标的运动轨迹是否偏离预设运动轨迹；

失误区域统计子模块，包括第一失误区域统计单元和第二失误区域统计单元，所述第一失误区域统计单元用于统计其中一患者在训练平面上作为操作手柄弱者方时的相应区域，所述第二失误区域统计单元用于统计另一患者在训练平面上作为操作手柄弱者方时的相应区域；

训练时间计算子模块，用于计算两患者的训练结束时间；

综合评分模块，用于根据训练结束时间及虚拟目标的真实运动轨迹对两患者的训练进行综合评分。

10.如权利要求9所述基于虚拟现实环境双人协同上肢康复训练系统，其特征在于，所述康复评估模块包括：

设定子模块，用于预先设定当两手柄分别运动到训练平面的相应区域时分别对应的两患者的上肢训练部位；

评定子模块，用于根据综合评分及失误区域统计结果分别对两患者的上肢康复情况进行评估。