CN110415783A - 一种基于体感的作业疗法康复方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于体感的作业疗法康复方法，包括依次电气连接的识别模块和处理模块；所述识别模块侦测用户的动作和/或语音信息，并将所述动作和/或语音信息转化为数据信息；所述处理模块存储有多个按照人体锻炼部位的不同而进行区分的康复体感游戏软件，处理模块接收识别模块传来的所述数据信息，并在用户的动作和/或语音的控制下在康复游戏软件中实现相应的游戏效果，用户根据游戏效果获知其康复训练效果。本发明丰富了作业疗法的实现方式，减轻患者的心理负担，使用体感游戏作为作业疗法康复手段，不但方便多用户同时使用，而且使用户的操作过程更加简便。
Description
技术领域
本发明属于医学信息智能处理领域，具体地说，涉及一种基于体感的作业疗法康复方法。
背景技术
功能训练是肢体功能障碍患者非常有效的康复训练方法。目前国内运动功能训练的康复治疗仍以治疗师的手法操作为主，或在一些简单的训练器械的辅助下，进行被动运动、辅助运动、主动运动和抗阻运动训练等模式来达到防止肌肉萎缩，促进神经功能恢复。
在这种康复模式下，每个治疗师在同一时间仅能对一名患者进行治疗，康复效率较低，而且训练过程单调无趣，不利于促使患者积极主动的参与到治疗中，增加康复的信心；其次，治疗师不容易及时了解其训练程度和效果。而在我国，康复机构少，肢体残疾者分布广，经济条件差，进行模块的、机构式的康复训练非常困难，也不现实。为使尽可能多的残疾人得到康复训练，必须研究进行康复训练的新理论、新方法和新手段，鼓励、提倡残疾者掌握简易训练技术，在社区和家庭进行自我康复训练。
随着体感游戏的逐步发展，其运动性及娱乐性在不断地提高，与用户的互动越来越多，用户体验也越来越好。体感游戏生动趣味，游戏项目选择较多，无需大的运动场地，所以得到越来越多用户的青睐。但是大多体感游戏的定位，休闲娱乐多于健身，更很少应用于康复治疗领域，也缺乏基于体感游戏的康复治疗系统。体感游戏所涉及的动作设计，主要的着眼点在于趣味性，而康复锻炼的着眼点主要在与身体机能的恢复，特别是各活动关节在运动过程中的相对位置关系的变化上。
同时一般的体感游戏都需要配合和人体接触的体感配件来进行，这样不但使体感游戏的准备过程比较繁复，而且由于体感配件数量的限制，从而限制了同时进行体感训练的人数，如果进行多人训练就要购买和使用多套体感配件，极大地增加了运行的费用，从而限制了体感设备的应用。
有鉴于此特提出本发明。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种基于体感的作业疗法康复方法，丰富了作业疗法的实现方式，使患者康复训练过程更加生动高效，减轻患者的心理负担，并且使用体感游戏作为作业疗法康复手段，不但方便多用户同时使用，而且使用户的操作过程更加简便，并极大地降低了运行费用，适合于多种场景的应用。
为了实现该目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于体感的作业疗法康复方法，应用于康复训练，包括依次电气连接的识别模块和处理模块；所述识别模块侦测用户的动作和/或语音信息，并将所述动作和/或语音信息转化为数据信息；所述处理模块存储有多个按照人体锻炼部位的不同而进行区分的康复体感游戏软件，处理模块接收识别模块传来的所述数据信息，并在用户的动作和/或语音的控制下在康复游戏软件中实现相应的游戏效果，用户根据游戏效果获知其康复训练效果。
进一步地，所述康复体感游戏软件包括指引用户为实现不同的康复目标而进行的作业活动的提示画面，用户在提示画面的指示下用动作和/或语音操控游戏的进行，完成相应的作业活动；
优选地，所述处理模块中具有存储模块，存储用户作业活动的活动进度；
优选地，所述处理模块通过增加/修改康复体感游戏软件的方式，实现对作业活动项目的增加/修改，以实现不同的作业疗法治疗效果。
进一步地，所述康复体感游戏软件的锻炼部位是人体的可运动部位，所述识别模块侦测的用户的动作信息包括：用户的锻炼部位的活动的幅度、和/或位置、和/或速度的信息；处理模块中与该锻炼部位相对应的康复体感游戏软件通过将所述动作信息与该康复体感游戏软件内预设的数学模型相匹配，匹配结果通过所述游戏效果的形式展现。
进一步地，所述康复体感游戏软件中每个锻炼部位的运动通过相互关联的至少两个可活动关节的相对转动实现，康复体感游戏软件内预设的数学模型包括：当该锻炼部位机能正常时，实现指定动作时的与该锻炼部分相关联的两个可活动关节在水平或者重心方向的相对夹角范围，该夹角范围为参考夹角范围；
识别模块侦测用户的锻炼部位执行所述指定动作时的动作信息，并将其转化为动作数据信息发送给处理模块，处理模块从所述动作数据信息中提取出与所述康复体感游戏软件中相对应的，与该锻炼部分相关联的两个可活动关节在水平或者重心方向的相对夹角，该夹角为真实夹角；
所述康复体感游戏软件判断所述真实夹角是否落入所述参考夹角范围内，并根据判断结果触发游戏软件中相应的游戏效果；
优选地，所述活动关节包括：右肩关节、和/或左肩关节、和/或右肘关节、和/或左腕关节、和/或右髋关节、和/或左髋关节、和/或右膝关节、和/或左膝关节、和/或右踝关节、和/或左踝关节、和/或颈椎关节、和/或腰椎关节。
进一步地，所述识别模块通过所述人体非接触的传感器侦测的用户的动作和/或语音信息；所述人体非接触的传感器包括视频传感器，通过采集用户的视频和/或图像信息来侦测用户的动作信息；
优选地，所述视频传感器为3D体感摄影机。
进一步地，所述康复体感游戏软件的锻炼部位是人体的发声部位，所述识别模块侦测的用户的语音信息包括：声音的来源方向、和/或声音强度；处理模块中与锻炼发声部位相对应的康复体感游戏软件通过将所述声音信息与该康复体感游戏软件内预设的数学模型相匹配，匹配结果通过所述游戏效果的形式展现。
进一步地，所述康复体感游戏软件内预设的数学模型包括：声音的特征的声音参数；当发声部位机能正常时，所述发声部位所发出声音所对应的声音参数为标准声音参数；
识别模块侦测用户的发声部位的语音信息，并将其转化为语音数据信息发送给处理模块，处理模块从所述语音数据信息中提取用户的声音参数，该声音参数为真实声音参数；
所述康复体感游戏软件判断所述真实声音参数与标准声音参数的匹配情况，并根据判断结果触发游戏软件中相应的游戏效果；
优选地，所述声音参数包括响度；
进一步地，所述识别模块包括由多个音频传感器组成的麦克风阵列，处理模块通过麦克风阵列中不同的音频传感器的声音参数的差别来定位声源位置，所述康复体感游戏软件根据声源位置的变化实现相应的游戏效果；
优选地，所述麦克风阵列设置在视频传感器的下部。
进一步地，所述游戏效果包括：处理模块根据识别模块识别的用户的动作和/或语音信息与康复体感游戏软件内预设的数学模型的匹配结果而进行的打分；
优选地，所述处理模块包括显示装置和/或发声装置，将接收到的所述游戏效果，以图像或者语音的形式反馈给用户。
进一步地，康复过程包括如下步骤：
S1、识别模块侦测用户的动作和/或语音信息，并将所述动作和/或语音信息转化为数据信息；
S2、处理模块接收识别所述数据信息，并在用户的动作和/或语音的控制下在康复游戏软件中实现相应的游戏效果；
S3、处理模块将所述游戏效果反馈给用户，用户根据游戏效果获知其康复训练效果。
采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比具有以下有益效果。
本发明的一种基于体感的作业疗法康复方法，该康复方法通过用户使用动作和/或语音，控制执行按照人体锻炼部位的不同而进行区分的康复体感游戏软件，来完成康复锻炼，特别适合于替代使用以往的作业疗法所进行的康复训练。该方法的康复体感游戏软件通过游戏交互画面来指导用户自主完成整个的康复过程，提高了用户的信心和自主性，使用户参与的热情和效果极大地提高，有利用用户对康复训练过程的配合和坚持，从而达到理想的康复效果。
本发明的康复方法具有极佳的拓展性，能够在不增加硬件设备的前提下，仅仅依靠增加/修改康复体感游戏软件的方式，就能进行作业项目的调整，实现不同给的作业疗法的治疗效果，其后期升级和维护的成本极低。
本发明利用在正常机能下人体可运动各部位的正确的运动相互位置关系等因素，来和患者所对应的该部位之间相互的运动位置关系的比较，来发现并纠正用户的姿势动作，使用户的运动方式按照正确的运动趋势进行锻炼。使用户随着游戏的进行而渗透着同步进行相应的康复锻炼。这种利用各部位相互关系的定位比较方法，可以避免由于用户和康复设备之间的位置关系而造成的由用户活动部位绝对位置而造成的测量误差。即本设备的锻炼部位是分别以每个使用者自身为坐标参考，而并不设置某一个绝对的参考坐标，从而实现了无论用户与测试设备是什么位置关系，都能够准确地对该用户的动作进行准确地定位和指导。
本发明利用非接触的传感器，特别是用到了3D体感摄影机来对用户的动作进行识别。这种与用户非接触的动作采集方式，简化了体感游戏的准备过程。并且当多人同时进行使用时，仅需要对软件进行调整，而不需要再增加多套体感配件。这样就令同时使用同一套训练装置进行康复锻炼的人数，不再受体感配件数量的限制，从而极大地降低了运行的费用，并拓宽了该康复设备的应用场景。
本发明还适用于人体的发声部位的康复训练。发声部位的康复训练同样通过康复游戏的方式，来鼓励患者参与康复训练，并纠正患者的发声缺陷。该康复方法使发声训练的过程不依靠专业的训练师就可以由用户自己进行，不但减轻了医护人员的工作负担，而且使用户在自己的家中就能够进行专业的发声训练成为可能。
用户在使用本发明进行康复锻炼的时候，其锻炼的结果和康复实现过程是由不同的游戏效果实现的，为了能够用最直接明了的方式向用户展示其锻炼的效果，本发明使用打分的方式来对用户的康复锻炼过程进行反馈，用户通过打分的高低了解自己当前的康复进度和需要提高的部分，使用户能够自行、自主地进行康复锻炼的全过程。使用户摆脱了过去由医护人员指导监督的康复训练模式，使用户自信心提升，参与意愿提升，从而更加配合各个阶段的康复锻炼计划的实施，使康复训练的效果得到大幅度的提高。
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。
附图说明
附图作为本发明的一部分，用来提供对本发明的进一步的理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。显然，下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。在附图中：
图1是本发明的一种基于体感的作业疗法康复方法示意图；
图2是本发明的一种基于体感的作业疗法康复方法的系统硬件示意图；
图3是本发明的一种基于体感的作业疗法康复方法的流程示意图；
图4是本发明的一种基于体感的作业疗法康复方法的测量流程示意图
图中：1、用户；2、麦克风矩阵；3、显示器；4、3D体感摄影机；5、系统主机。
需要说明的是，这些附图和文字描述并不旨在以任何方式限制本发明的构思范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明的概念。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，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。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。
如图1至图4所示，本发明公开了一种基于体感的作业疗法康复方法，包括依次电气连接的识别模块和处理模块；所述识别模块侦测用户的动作和/或语音信息，并将所述动作和/或语音信息转化为数据信息；所述处理模块存储有多个按照人体锻炼部位的不同而进行区分的康复体感游戏软件，处理模块接收识别模块传来的所述数据信息，并在用户的动作和/或语音的控制下在康复游戏软件中实现相应的游戏效果，用户根据游戏效果获知其康复训练效果。本发明丰富了作业疗法的实现方式，使患者康复训练过程更加生动高效，减轻患者的心理负担，并且使用体感游戏作为作业疗法康复手段，不但方便多用户同时使用，而且使用户的操作过程更加简便，并极大地降低了运行费用，适合于多种场景的应用。
实施例1
如图1和图2所示，本实施例中揭示了一种基于体感的作业疗法康复方法。该康复方法应用于康复训练，特别是应用于以往的作业疗法所进行的康复训练。该康复方法包括依次电气连接的识别模块、处理模块。
其中，所述识别模块使用与人体非接触的传感器侦测用户的动作和/或语音信息，并将所述动作和/或语音信息转化为数据信息。本发明利用视频和声音等不需要和人体接触的就能够进行采集的信息作为体感游戏的控制数据来源。这种利用动作来进行体感游戏的装置目前已经出现，例如微软的Kinect，玩家就是利用动作和语音的方式来进行游戏的操控，然而目前体感游戏目前都定位在休闲娱乐多于健身，并不具有康复训练效果，同时也没有对作业疗法进行针对性的设计。本发明是利用了如Kinect这样的体感设备，将其引入体感康复训练，并进行与康复训练相对应的针对性设计，使其满足康复锻炼的要求。
如图1所示，本发明的康复方法的所述处理模块存储有多个按照人体锻炼部位的不同而进行区分的康复体感游戏软件。所述康复体感游戏软件的锻炼部位是人体的可运动部位，例如：上肢的手部、肩部、肘部，下肢的腰部、膝部、脚部等位置。
如图2所示，本实施例的所述人体非接触的传感器是3D体感摄影机4，3D体感摄影机4侦测的用户的动作信息包括：用户的锻炼部位的活动的幅度、和/或位置、和/或速度的信息。处理模块中与该锻炼部位相对应的康复体感游戏软件通过将所述动作信息与该康复体感游戏软件内预设的数学模型相匹配，匹配结果通过所述游戏效果的形式展现。
使用体感摄影机4能够同时采集在摄影机视野内的所有用户的动作信息，能够实现多用户的动作信息的同时采集。对于该康复系统的运营者来说，使用一套这样的康复方法，在对多用户服务同时服务和对单个用户提供服务的成本是相同的，这就极大节省了运营的硬件成本。同时由于能够在不增加额外配件的情况下实现多人同时进行康复锻炼，也就拓展了该设备的投放情境，也就是说除了康复医院或者家庭外，还可以放在社区活动室等公共区域，为需要对同一位置进行康复训练的用户同时提供服务，提高了康复训练的效率，并让更多人受益。
本系统的所述康复体感游戏软件中每个锻炼部位的运动通过相互关联的至少两个可活动关节的相对转动实现，康复体感游戏软件内预设的数学模型包括：当该锻炼部位机能正常时，实现指定动作时的与该锻炼部分相关联的两个可活动关节在水平或者重心方向的相对夹角范围，该夹角范围为参考夹角范围；
识别模块侦测用户的锻炼部位执行所述指定动作时的动作信息，并将其转化为动作数据信息发送给处理模块，处理模块从所述动作数据信息中提取出与所述康复体感游戏软件中相对应的，与该锻炼部分相关联的两个可活动关节在水平或者重心方向的相对夹角，该夹角为真实夹角；所述康复体感游戏软件判断所述真实夹角是否落入所述参考夹角范围内，并根据判断结果触发游戏软件中相应的游戏效果；
优选地，所述活动关节包括：右肩关节、和/或左肩关节、和/或右肘关节、和/或左腕关节、和/或右髋关节、和/或左髋关节、和/或右膝关节、和/或左膝关节、和/或右踝关节、和/或左踝关节、和/或颈椎关节、和/或腰椎关节。
本实施例使用Kinect收集视野范围内的每一点，并形成一幅代表周围环境的景深图像。接着，Kinect会对景深图像进行像素级评估，来辨别人体的不同部位，采用分割策略将人体从背景环境中分离。再通过人工智能系统来处理大量的数据，识别手、脚及身体的其他部位，最后根据追踪到的20个关节点来生成一幅骨架系统。
实现Kinect姿势识别。为了实现姿势判断，将每一个姿势的相关关节点取出，每次取两个关节点进行一次角度上的判断，如果同时满足需要的条件，即每两个关节点的角度都在阈值范围内，判断为有效姿势。判断规则为：以第一个点为中心来判断第二个点与其夹角是否在一定的范围内，将希望满足的角度记做Angle，Threshold为阈值，此次判断的权重记为Weightfactor。则此条件可以简单记做：condition＝{pointOne，pointTwo，Angle，Threshold，Weightfactor}
例如举起右手这个姿势，可选择右肩点、右肘点、右手腕点三个关节点。当Kinect追踪到骨骼点以后，首先判断右肩点和右肘点。以右肩点为中心，判断右肘点和其夹角是否为0度，为了识别的准确，假设在25度的范围内就认为这个角度是可以接受的，25就为阈值，因为举起右手的这个姿势重点是判断上述三个关节点，因此，这个判断的权重因子记为1，否则记为0，则上述条件记做：condition＝{JointType.ShoulderRight，JointType.ElbowRight，0，25，1}接着再判断右肘点和右手腕点是否能满足90度的要求，阈值仍然取25度。等到这两个条件都满足以后，可以说举起右手这个姿势已经基本判别完毕。为了使误识率降低，可以将左肩点、左肘点、左手腕点也进行一次判断，判断其是否处于自然下垂状态。否则，程序会将举起双手也判断为举起右手，因此举起右手姿势要满足的四个条件就为：
condition1＝{JointType.ShoulderRight，JointType.ElbowRight，0，25，1}
condition2＝{JointType.ElbowRight，JointType.WristRight，90，25，1}
condition3＝{JointType.ShoulderLeft，JointType.ElbowLeft，180，25，0}
condition4＝{JointType.ElbowLeft，JointType.WristLeft，180，25，0}
为了尽可能多地识别不同的姿势和方便添加新的姿势，可以创设一个姿势库(存储条件的数组)用来方便存储和录入已有的姿势。将常用的姿势添加进姿势库(数组)中，在程序中调用即可
识别情况：在Kinect识别过程中会在所识别区域内建立一个三维坐标系，每一给点都有一个唯一的位置标识。同样我们的游戏的游戏元素在识别区域内同样会有一个位置坐标。
处理模块中设置有反馈模块，反馈模块接收所述游戏效果，并将所述游戏效果反馈给用户。游戏进行过程中，当游戏元素运动到的位置与Kinect所识别的20个关节点中的特定点重合时，即可触发相应的效果。或者当Kinect识别到特定的关节动作之后，游戏会做出相应的反馈。用户根据游戏效果获知其康复训练效果从而完成游戏。
本实施例中的康复体感游戏软件包括指引用户为实现不同的康复目标而进行的作业活动的提示画面，用户在提示画面的指示下用动作和/或语音操控游戏的进行，完成相应的作业活动。例如，在进行全身运动的游泳运动模块中，游戏画面中会显示一个虚拟的人形动画，其动作随着用户的动作而进行变换。在游戏的选项中会有提示选项，用户选中该选项后，游戏中的人形动画会向用户展示正确的游泳动作所呈现出的动画效果。用户就可以在接下来的康复过程中进行参照，以达到应有的效果。
所述处理模块中具有存储模块，存储用户作业活动的活动进度。每个用户用可以有自己唯一的ID号，并在每次锻炼结束后将其锻炼的结果存储在以该ID号命名的文件夹中，当进行下一次康复锻炼时就可以接着上一次的锻炼继续进行。这样就实现了为每个用户提供个性化的锻炼计划，并跟踪每个人的锻炼进度，实现有针对性的训练。
本实施例的训练系统的一个很突出的优势在于，在需要增加训练科目或者训练内容时，不需要对硬件设备进行任何的升级和改动，而仅通过对处理模块增加/修改康复体感游戏软件的方式，就能够实现对作业活动项目的增加/修改，以实现不同的作业疗法治疗效果。例如，在现有的系统中，如果要增加臀部的训练，那么仍然使用这套硬件设备，只是增加以臀部动作为标准的相应体感康复游戏，如图2所示，由用户1面对3D体感摄影机4，利用增加了臀部游戏的系统主机5的运算处理执行游戏的进行，3D体感摄影机4采集用户1臀部动作以控制游戏的进行。用户1通过显示器3实现与系统的互动，并观测自己的康复游戏完成情况，也就是最后的打分结果。
实施例2
本实施例是对实施例1的补充。本实施例与实施例1类似的，同样采用体感互动游戏的方式来进行康复锻炼，所述康复体感游戏软件的锻炼部位是人体的发声部位。
如图2所示，本实施例中的识别模块包括麦克风矩阵2，用于侦测用户的语音信息。所述语音信息包括：声音的来源方向、和/或声音强度；处理模块中与锻炼发声部位相对应的康复体感游戏软件通过将所述声音信息与该康复体感游戏软件内预设的数学模型相匹配，匹配结果通过所述游戏效果的形式展现。
所述康复体感游戏软件内预设的数学模型包括：声音的特征的声音参数；当发声部位机能正常时，所述发声部分所发出声音所对应的声音参数为标准声音参数。识别模块侦测用户的发声部位的语音信息，并将其转化为语音数据信息发送给处理模块，处理模块从所述语音数据信息中提取用户的声音参数，该声音参数为真实声音参数；所述康复体感游戏软件判断所述真实声音参数与标准声音参数的匹配情况，并根据判断结果触发游戏软件中相应的游戏效果。
如图1所示，本实施例中的康复方法中发声训练游戏至少包括高低音训练游戏和声强训练游戏，所利用的声音参数就包括用户发声的响度。在发声康复训练的过程中，用户根据游戏的提示，面对音频采集设备进行发音。此时，在游戏的界面中会出现由用户的声音的强弱或者音调或者是方向控制的游戏画面。与实施例1类似的，游戏中会有标准的发音所对应的数据模型和游戏画面，用户的发音将直接影响到其进行音频控制游戏结束后的反馈结果，用户根据游戏后的包括打分在内的游戏效果，得到其进行发生训练的游戏结果，了解自己的发音方面是否存在问题，及需要进一步改进或者加强训练的地方。
如图2所示，由多个音频传感器组成的麦克风阵列2，面对用户1设置，所述麦克风阵列2设置在3D体感摄影机4的下部。满足同时对用户进行视频和音频的采集要求。处理模块通过麦克风阵列2中不同的音频传感器的声音参数的差别来定位声源位置，所述康复体感游戏软件根据声源位置的变化实现相应的游戏效果。在其他的实施例中，麦克风矩阵的安装位置根据音频采集的要求进行调整，放置在体感康复系统的不同位置，以达到最佳的采集效果。
实施例3
本实施例是对上述实施例所述的游戏效果的补充说明。本发明所述的游戏效果包括：处理模块根据识别模块识别的用户的动作和/或语音信息与康复体感游戏软件内预设的数学模型的匹配结果而进行的打分。
该分数通过反馈模块反馈给用户。本系统主要应用于身体的康复锻炼，面对的很多都是身体有缺陷的用户。为了实现更多用户的正常使用，提高各类人群的参与度。本发明的反馈模块是显示装置或发声装置，将接收到的所述游戏效果，以图像或者语音的形式反馈给用户。
也就是说打分的结果不仅仅可以通过显示装置进行显示，使用户能够看到，还通过语音播报的方式让用户能够听到，这样就方便了视力下降或者听力减弱的各种人群的使用，这种人性化的设计提高了该系统的普及率，用户的体验更好。
实施例4
如图3所示，本实施例揭示了一种应用如上述任一实施例所述的康复方法，包括如下步骤：
S1、识别模块侦测用户的动作和/或语音信息，并将所述动作和/或语音信息转化为数据信息；
S2、处理模块接收识别所述数据信息，并在用户的动作和/或语音的控制下在康复游戏软件中实现相应的游戏效果；
S3、处理模块将所述游戏效果反馈给用户，用户根据游戏效果获知其康复训练效果。
用户在执行步骤S1之前，由医护人员或者用户根据自身的身体健康情况，选择体感游戏项目组合建议。该项目组合建议中包括体感游戏的名称，和/或游戏需要执行的次数，和/或游戏所要达到的分数标准，和/或游戏所要完成的时限。
实施例5
如图4所示，本实施例中揭示了一种基于体态测量的康复方法。应用于康复训练，特别是应用于以往的作业疗法所进行的康复训练。用户使用包括与人体非接触的传感器和多种康复锻炼项目的康复系统进行康复训练，包括如下步骤：
S01、康复系统使用传感器对用户的体态进行检测，并对用户的体态进行评价；
S02、根据步骤S01的体态评价结果为用户提供康复锻炼建议，所述康复锻炼建议包括：康复锻炼项目的组合建议；
S03、用户按照步骤S02提供的组合建议内容完成相应项目的锻炼；
S04、所述传感器对用户的体态进行再次检测，并给出本次康复锻炼的结果。
S01、康复系统使用传感器对用户的体态进行检测，并对用户的体态进行评价：
步骤S01或步骤S04的所述体态包括人体静止时、和/或运动状态下的姿态；传感器对用户静止时的姿态检测内容包括：身体的前后平衡和/或左右平衡状态。所述传感器是视频传感器，采集用户身体上与体态相关部位间的相对位置信息。优选地，所述视频传感器为3D体感摄影机。
如图2所示，用户1位于3D体感摄影机4前面，3D体感摄影机4采集与人体体态相关部位的相对位置信息。当用户1测量与人体体态前后平衡的信息时，用户1的待测部位侧对所述3D体感摄影机4，所述3D体感摄影机4采集与人体体态的前后平衡相关部位的相对位置信息。与前后平衡相关部位包括，人的头部、和/或肩部、和/或骨盆、和/或膝关节、和/或踝关节。
本实施例的3D体感摄影机4可是微软公司所出品的Kinect，使用Kinect来收集视野范围内的每一点，并形成一幅代表周围环境的景深图像。接着，Kinect会对景深图像进行像素级评估，来辨别人体的不同部位，采用分割策略将人体从背景环境中分离。再通过人工智能系统来处理大量的数据，识别手、脚及身体的其他部位，最后根据追踪到的20个关节点来生成一幅骨架系统。
所述康复系统内预存有标准体态数据模型，所述标准体态数据模型中包括标准体态下与体态相关的身体部位间的标准相对位置信息，步骤S1将视频传感器采集到的所述相对位置信息与所述标准相对位置相匹配，康复系统根据匹配结果对用户的体态进行评价。
在Kinect识别过程中会在所识别区域内建立一个三维坐标系，每一给点都有一个唯一的位置标识。同样我们的游戏的游戏元素在识别区域内同样会有一个位置坐标。只不过我们的游戏这里只用到了横坐标和纵坐标。康复系统预存的人体体态前后平衡的标准相对位置信息是头部—肩部—骨盆—膝关节—踝关节呈一条直线并且垂直于地面。
本实施例中康复系统以打分的方式对用户的体态进行评价，匹配度高的打分高于匹配度低的得分。
与此类似的，步骤S01包括用户待测部位正对所述视频传感器，所述视频传感器采集与人体体态的左右平衡相关部位的相对位置信息。所述与左右平衡相关部位包括，人的头部、和/或肩部、和/或骨盆、和/或膝关节、和/或踝关节。康复系统预存的人体体态左右平衡的标准相对位置信息是头部—肩部—骨盆—膝关节—踝关节相对于人体的中轴线左右对称。同样以打分的方式对用户的体态进行评价，匹配度高的打分高于匹配度低的得分。
通过以上的测量评价过程，最终就可以得到在静止状态下用户的体态打分情况，该打分情况中会明确标识出，与体态平衡相关部位的具体打分信息。比如在左右平衡的测量中，其肩部的得分偏低，那么也就意味着肩部的机能需要进行锻炼。
与此相类似的，人体非接触的传感器对用户运动状态下的姿态检测内容包括：身体的部位进行运动时的旋转平衡状态和/或踏步时的步态。
使用Kinect实现姿势识别。为了实现姿势判断，将每一个姿势的相关关节点取出，每次取两个关节点进行一次角度上的判断，如果同时满足需要的条件，即每两个关节点的角度都在阈值范围内，判断为有效姿势。判断规则为：以第一个点为中心来判断第二个点与其夹角是否在一定的范围内，将希望满足的角度记做Angle，Threshold为阈值，此次判断的权重记为Weightfactor。则此条件可以简单记做：condition＝{pointOne，pointTwo，Angle，Threshold，Weightfactor}
例如举起右手这个姿势，可选择右肩点、右肘点、右手腕点三个关节点。当Kinect追踪到骨骼点以后，首先判断右肩点和右肘点。以右肩点为中心，判断右肘点和其夹角是否为0度，为了识别的准确，假设在25度的范围内就认为这个角度是可以接受的，25就为阈值，因为举起右手的这个姿势重点是判断上述三个关节点，因此，这个判断的权重因子记为1，否则记为0，则上述条件记做：condition＝{JointType.ShoulderRight，JointType.ElbowRight，0，25，1}接着再判断右肘点和右手腕点是否能满足90度的要求，阈值仍然取25度。等到这两个条件都满足以后，可以说举起右手这个姿势已经基本判别完毕。为了使误识率降低，可以将左肩点、左肘点、左手腕点也进行一次判断，判断其是否处于自然下垂状态。否则，程序会将举起双手也判断为举起右手，因此举起右手姿势要满足的四个条件就为：
condition1＝{JointType.ShoulderRight，JointType.ElbowRight，0，25，1}
condition2＝{JointType.ElbowRight，JointType.WristRight，90，25，1}
condition3＝{JointType.ShoulderLeft，JointType.ElbowLeft，180，25，0}
condition4＝{JointType.ElbowLeft，JointType.WristLeft，180，25，0}
为了尽可能多地识别不同的姿势和方便添加新的姿势，可以创设一个姿势库(存储条件的数组)用来方便存储和录入已有的姿势。将常用的姿势添加进姿势库(数组)中，在程序中调用即可。
所述康复系统内预存有标准体态数据模型，所述标准体态数据模型中包括标准体态下身体的部位进行运动时的旋转平衡状态和/或踏步时的步态的标准相对位置信息，步骤S01将视频传感器采集到的所述相对位置信息与所述标准相对位置相匹配，康复系统根据匹配结果对用户的体态进行评价。
S02、根据步骤S01的体态评价结果为用户提供康复锻炼建议，所述康复锻炼建议包括：康复锻炼项目的组合建议：
在完成了上述步骤S01的测量评价后，进入步骤S02。如图2所示，本发明的康复系统的训练模块中包括至少一种体感康复游戏。所述的体感康复游戏存储在系统主机5中，并由用户1的动作或者语音信息进行操控，通过显示器3显示出其游戏界面。
步骤S02康复锻炼项目的组合建议包括由所述体感康复游戏组成的建议，所述建议中至少包含一种所述体感康复游戏，以及所述体感康复游戏的名称、和/或执行顺序、和/或执行次数。
以上述的测量的例子为例，当用户经过步骤S01的测试得到其肩部的体态不合格的测量结果之后，在康复锻炼建议中，肩部相关的体感康复游戏的数量、和/或游戏时长、和/或游戏执行次数，就要多于其他部位的体感游戏。
因此，步骤S02中，会根据其具体的打分情况给出具体的作业活动的康复建议：“上肢训练的肩部训练游戏，完成三次，并且得分需达到80分；+全身训练游戏的游泳游戏，完成二次，并且得分需达到80分”，等类似的建议。步骤S2的作业活动的次数和/或标准根据康复目标设定。
S03、用户按照步骤S02提供的组合建议内容完成相应项目的锻炼。
本实施例中的康复体感游戏软件包括指引用户为实现不同的康复目标而进行的作业活动的提示画面，用户在提示画面的指示下用动作和/或语音操控游戏的进行，完成相应的作业活动。例如，在进行全身运动的游泳运动模块中，游戏画面中会显示一个虚拟的人形动画，其动作随着用户的动作而进行变换。在游戏的选项中会有提示选项，用户选中该选项后，游戏中的人形动画会向用户展示正确的游泳动作所呈现出的动画效果。用户就可以在接下来的康复过程中进行参照，以达到应有的效果。
所述康复体感游戏软件具有存储模块，存储用户作业活动的活动进度。每个用户用可以有自己唯一的ID号，并在每次锻炼结束后将其锻炼的结果存储在以该ID号命名的文件夹中，当进行下一次康复锻炼时就可以接着上一次的锻炼继续进行。这样就实现了为每个用户提供个性化的锻炼计划，并跟踪每个人的锻炼进度，实现有针对性的训练。
本实施例的训练系统的一个很突出的优势在于，在需要增加训练科目或者训练内容时，不需要对硬件设备进行任何的升级和改动，而仅通过对训练模块增加/修改康复体感游戏软件的方式，就能够实现对作业活动项目的增加/修改，以实现不同的作业疗法治疗效果。例如，在现有的系统中，如果要增加臀部的训练，那么仍然使用这套硬件设备，只是增加以臀部动作为标准的相应体感康复游戏，如图2所示，由用户1面对3D体感摄影机4，利用增加了臀部游戏的系统主机5的运算处理执行游戏的进行，3D体感摄影机4采集用户1臀部动作以控制游戏的进行。用户1通过显示器3实现与系统的互动，并观测自己的康复游戏完成情况，也就是最后的打分结果。
本实施例中，所述体感康复游戏以打分的方式提示用户执行康复体感游戏内康复内容的锻炼效果；步骤S03还包括用户完成相应项目的锻炼后，所述康复系统将用户完成体感康复游戏的打分进行汇总，并依据打分情况给出进一步的康复锻炼建议。
例如上述的例子中，步骤S02给出的康复建议是“上肢训练的肩部训练游戏，完成三次，并且得分需达到80分；+全身训练游戏的游泳游戏，完成二次，并且得分需达到80分”，用户在完成了三次肩部训练之后只有两次达到了80分，那么系统会进一步建议其“降低肩部游戏的游戏难度，同时增加游戏次数”，对肩部进行进一步的康复锻炼。
S04、所述传感器对用户的体态进行再次检测，并给出本次康复锻炼的结果：
所述步骤S04对用户的体态进行再次检测并以打分的形式给出体态检测结果。同时步骤S04还会给出本次康复锻炼的结果包括：本次康复锻炼的持续时间、和/或所完成康复锻炼项目的内容、和/或所完成康复锻炼项目的持续时间、和/或所完成康复锻炼项目的打分。使用户能够直观的看到自己本次锻炼的内容和结果，作为下次锻炼的参考目标。
以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明方案的范围内。
Claims (10)
1.一种基于体感的作业疗法康复方法，应用于康复训练，其特征在于，包括依次电气连接的识别模块和处理模块；所述识别模块侦测用户的动作和/或语音信息，并将所述动作和/或语音信息转化为数据信息；所述处理模块存储有多个按照人体锻炼部位的不同而进行区分的康复体感游戏软件，处理模块接收识别模块传来的所述数据信息，并在用户的动作和/或语音的控制下在康复游戏软件中实现相应的游戏效果，用户根据游戏效果获知其康复训练效果。
2.根据权利要求1所述的基于体感的作业疗法康复方法，其特征在于，所述康复体感游戏软件包括指引用户为实现不同的康复目标而进行的作业活动的提示画面，用户在提示画面的指示下用动作和/或语音操控游戏的进行，完成相应的作业活动；
优选地，所述处理模块中具有存储模块，存储用户作业活动的活动进度；
优选地，所述处理模块通过增加/修改康复体感游戏软件的方式，实现对作业活动项目的增加/修改，以实现不同的作业疗法治疗效果。
3.根据权利要求1或2所述的基于体感的作业疗法康复方法，其特征在于，所述康复体感游戏软件的锻炼部位是人体的可运动部位，所述识别模块侦测的用户的动作信息包括：用户的锻炼部位的活动的幅度、和/或位置、和/或速度的信息；处理模块中与该锻炼部位相对应的康复体感游戏软件通过将所述动作信息与该康复体感游戏软件内预设的数学模型相匹配，匹配结果通过所述游戏效果的形式展现。
4.根据权利要求3所述的基于体感的作业疗法康复方法，其特征在于，所述康复体感游戏软件中每个锻炼部位的运动通过相互关联的至少两个可活动关节的相对转动实现，康复体感游戏软件内预设的数学模型包括：当该锻炼部位机能正常时，实现指定动作时的与该锻炼部分相关联的两个可活动关节在水平或者重心方向的相对夹角范围，该夹角范围为参考夹角范围；
识别模块侦测用户的锻炼部位执行所述指定动作时的动作信息，并将其转化为动作数据信息发送给处理模块，处理模块从所述动作数据信息中提取出与所述康复体感游戏软件中相对应的，与该锻炼部分相关联的两个可活动关节在水平或者重心方向的相对夹角，该夹角为真实夹角；
所述康复体感游戏软件判断所述真实夹角是否落入所述参考夹角范围内，并根据判断结果触发游戏软件中相应的游戏效果；
优选地，所述活动关节包括：右肩关节、和/或左肩关节、和/或右肘关节、和/或左腕关节、和/或右髋关节、和/或左髋关节、和/或右膝关节、和/或左膝关节、和/或右踝关节、和/或左踝关节、和/或颈椎关节、和/或腰椎关节。
5.根据权利要求1至4任一所述的基于体感的作业疗法康复方法，其特征在于，所述识别模块通过所述人体非接触的传感器侦测的用户的动作和/或语音信息；所述人体非接触的传感器包括视频传感器，通过采集用户的视频和/或图像信息来侦测用户的动作信息；
优选地，所述视频传感器为3D体感摄影机。
6.根据权利要求1或2所述的基于体感的作业疗法康复方法，其特征在于，所述康复体感游戏软件的锻炼部位是人体的发声部位，所述识别模块侦测的用户的语音信息包括：声音的来源方向、和/或声音强度；处理模块中与锻炼发声部位相对应的康复体感游戏软件通过将所述声音信息与该康复体感游戏软件内预设的数学模型相匹配，匹配结果通过所述游戏效果的形式展现。
7.根据权利要求6所述的基于体感的作业疗法康复方法，其特征在于，所述康复体感游戏软件内预设的数学模型包括：声音的特征的声音参数；当发声部位机能正常时，所述发声部位所发出声音所对应的声音参数为标准声音参数；
识别模块侦测用户的发声部位的语音信息，并将其转化为语音数据信息发送给处理模块，处理模块从所述语音数据信息中提取用户的声音参数，该声音参数为真实声音参数；
所述康复体感游戏软件判断所述真实声音参数与标准声音参数的匹配情况，并根据判断结果触发游戏软件中相应的游戏效果；
优选地，所述声音参数包括响度。
8.根据权利要求6或7所述的基于体感的作业疗法康复方法，其特征在于，所述识别模块包括由多个音频传感器组成的麦克风阵列，处理模块通过麦克风阵列中不同的音频传感器的声音参数的差别来定位声源位置，所述康复体感游戏软件根据声源位置的变化实现相应的游戏效果；
优选地，所述麦克风阵列设置在视频传感器的下部。
9.根据权利要求1所述的基于体感的作业疗法康复方法，其特征在于，所述游戏效果包括：处理模块根据识别模块识别的用户的动作和/或语音信息与康复体感游戏软件内预设的数学模型的匹配结果而进行的打分；
优选地，所述处理模块包括显示装置和/或发声装置，将接收到的所述游戏效果，以图像或者语音的形式反馈给用户。
10.根据权利要求1至9任一所述的基于体感的作业疗法康复方法，其特征在于，康复过程包括如下步骤：
S1、识别模块侦测用户的动作和/或语音信息，并将所述动作和/或语音信息转化为数据信息；
S2、处理模块接收识别所述数据信息，并在用户的动作和/或语音的控制下在康复游戏软件中实现相应的游戏效果；
S3、处理模块将所述游戏效果反馈给用户，用户根据游戏效果获知其康复训练效果。
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| CN (1) | CN110415783A (zh) |
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