CN111312364A - 一种基于vr游戏的糖尿病足评估检测及防护训练系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于VR游戏的糖尿病足评估检测及防护训练系统。该系统包括硬件模块和软件模块，所述硬件模块由计算机、可穿戴3D显示装置、蓝牙耳机、深度相机、万向跑走平台、旋转评估检测台、平台基座、支撑架、安全防护圈、防护连杆、防护腰带、传感器及外围电路组成。所述软件模块为所述糖尿病足评估检测及防护训练VR游戏，内容包括评估检测部分和防护训练部分。该系统将传统的糖尿病足检测评估和防护训练融入到VR游戏中，通过游戏评分机制给出检测结果，使评估过程更加客观准确。此外，与现实中枯燥乏味的防护训练相比，VR游戏会带给患者很强的临场感，游戏化的防护训练会大大提高患者训练的积极性和主动性，从而达到更好的训练效果。
Description
技术领域
本发明涉及VR游戏和医疗评估训练技术领域。具体地涉及一种基于VR游戏的糖尿病足评估检测及防护训练系统。
背景技术
糖尿病足是糖尿病患者最严重的并发症之一，并且患病率日益增加。出现该类并发症的糖尿病患者会因为缺血或者出现神经系统病变而导致足部失去知觉，严重的甚至出现溃烂和死亡现象，具有较大的危害性。糖尿病足的最佳治疗时间是初期，必须要做到早发现早确诊早治疗才能取得最好的治疗效果。然而由于该疾病患病初期症状较之其他并发症不易分辨，加之患者对该疾病的了解甚少，因此加大了不能及时确诊及延误治疗的风险。大量研究表明，糖尿病患者可以通过经常性的正规运动训练有效降低糖尿病足的患病风险，因此对糖尿病足进行针对性的预防和护理具有重要意义。在临床上，糖尿病足的初期检测评估主要为外观检查（饱满度、湿润度、皮屑、毛发分布、龟裂等）和神经系统检查法（触觉、痛觉、振动觉、温度觉、膝踝反射等），然而大部分检测评估在很大程度上依赖于医生的主观经验，影响了诊断的可靠性，不利于糖尿病足的诊断和后期康复治疗。
近年来，人们对于生活体验的要求越来越高,虚拟现实（Virtual Reality, VR）技术也由此而生，虚拟现实技术有着沉浸感强、体验真实、构想丰富等特点，因此在很多领域得以应用，目前在游戏领域的应用颇为火热。
发明内容
为了方便糖尿病患者就糖尿病足这一并发症的检测评估和防护训练，本发明提供了一种基于VR游戏的糖尿病足评估检测及防护训练系统。该系统将传统的糖尿病足检测评估和防护训练融入到VR游戏中，体验者可在VR游戏中完成糖尿病足评估检测或防护训练。
该系统包括硬件模块和软件模块。
所述硬件模块由计算机、可穿戴3D显示装置、蓝牙耳机、深度相机、万向跑走平台、旋转评估检测台、平台基座、支撑架、安全防护圈、防护连杆、防护腰带、传感器及外围电路组成。
所述计算机主要用于信息处理分析，并与可穿戴3D显示装置、深度相机、万向跑走平台、旋转评估检测台进行通讯和传送控制指令。
所述可穿戴3D显示装置可以为可穿戴3D显示头盔，用于更加真实地呈现评估检测和防护训练VR游戏画面，让体验者获得更好的临场感。
所述蓝牙耳机通过蓝牙方式与计算机相连接，主要用于实现评估检测和防护训练VR游戏中的人机语音交互。
所述万向跑走平台主要为了让体验者在游戏中实现原地行走、奔跑和跳跃等，体验者只需在万向跑走平台范围内便能完成评估检测和防护训练VR游戏中的各项动作。所述万向跑走平台固定于平台基座上，平台基座内部为空心结构，内可安置部分传感器和外围控制电路单元。
所述支撑架下端固定于平台基座上，上端中央部位与所述深度相机相连。所述深度相机用于实时获取体验者的位置、姿态等信息，该信息作为配合旋转检测台和万向跑走平台的动作条件。
所述旋转评估检测台以轴承连接方式安装在平台基座上，其上表面与所述万向跑走平台上表面位于同一水平面上，设有四个评估检测区，所述四个评估检测区上设有不同程度的突起，第一和第二评估区为两个大小等级的鹅卵石状突起，第三和第四评估区为两个大小等级的指压板状突起，用于体验者的触觉和痛觉评估检测。所述第一评估检测区为较小的鹅卵石状突起，该区突起由电热材料制作，通电时可实现迅速升温，用于体验者的温度觉评估检测。
所述安全防护圈两端分别与两个防护连杆通过销钉铰链方式连接，两个防护连杆均已滑槽导轨方式连接于两侧的支撑架上，实现安全防护圈上下位置可调。两个防护连杆末端均设有锁紧螺母，可实现安全防护圈位置固定。
所述防护腰带由弹性材料制成，通过四根柔性金属锁链连接于安全防护圈内侧，所述四根柔性金属锁链与防护腰带之间为销钉铰链连接，与安全防护圈为滑槽导轨链接，体验者可在安全防护圈范围内自由转动。
所述传感器及外围电路主要包括位置传感器、速度传感器和温度传感器，及其对应的外围电路部分。
所述软件模块主要为游戏开发部分，所述VR游戏3D场景模型可使用三维建模渲染和三维动画制作软件Maya等进行建模。使用游戏开发工具Unity3D进行场景及程序设计。
所述糖尿病足评估检测及防护训练VR游戏内容主要包括评估检测部分和防护训练部分。
评估检测部分各环节进行完毕之后，系统会对体验者各环节的得分加权平均算出最终评估检测得分，最终得分会落在三个不同的分数区间内，分别对应体验者患糖尿病足疾病的低风险、中风险和高风险可能性。所述VR游戏还可以根据体验者的评估检测结果，在日常饮食、作息和防护训练上给出指导意见和方案。
当体验者选择防护训练选项后，游戏中的虚拟引导者会带领体验者完成相对应的各项防护训练游戏，每项游戏完成后也会有得分，最后系统根据当天的训练的分数，给出体验者该日训练是否达标。
为了提高所述糖尿病足评估检测及防护训练系统的准确性和可靠性，在设计游戏的评分机制时，需要有足够的临床数据，通过机器学习方法训练评分机制模型。
所述VR游戏还可以为不同体验者建立个人档案并保存，用来保存不同体验者的评估检测和防防护训练信息，记录相关数据，并保存于云端服务器，便于长期的数据跟踪与分析。体验者只需选择自己的用户名，便可查看自己相关的所有评估检测和防护训练记录，使用适合自己的防护训练方案，方便不同体验者共用一套设备。
本发明的优点在于：该系统将传统的糖尿病足检测评估和防护训练融入到VR游戏中，（1）一定程度上可减小患者的就医压力，有利于患者及时诊断治疗；（2）通过游戏评分机制给出检测结果，使评估过程更加客观准确；（3）与现实中枯燥乏味的防护训练相比，游戏化的防护训练会大大提高患者训练的积极性和主动性，VR游戏会带给患者很强的临场感，从而达到更好的训练效果。
附图说明
图1为本发明一种基于VR游戏的糖尿病足评估检测及防护训练系统的结构示意图，
图2为本发明一种基于VR游戏的糖尿病足评估检测及防护训练系统的功能示意图，
其中，1为计算机，2为可穿戴3D显示装置、3为蓝牙耳机、4为深度相机、5为万向跑走平台、6为旋转评估检测台、7为平台基座、8为支撑架、9为安全防护圈、10为防护连杆、11为防护腰带、12为第一评估检测区、13为第二评估检测区、14为第三评估检测区、15为第四评估检测区、16为锁紧螺母、17为柔性金属锁链、18为安全防护圈内侧滑槽导轨。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地较为详细描述，显然，所描述的实施例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做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，该系统包括硬件模块和软件模块。
所述硬件模块由计算机1、可穿戴3D显示装置2、蓝牙耳机3、深度相机4、万向跑走平台5、旋转评估检测台6、平台基座7、支撑架8、安全防护圈9、防护连杆10、防护腰带11、传感器及外围电路组成。
所述计算机1主要用于信息处理分析，并与可穿戴3D显示装置2、蓝牙耳机3、深度相机4、万向跑走平台5、旋转评估检测台6进行通讯和传送控制指令。
所述可穿戴3D显示装置2可以为可穿戴3D显示头盔，主要用于更加真实地呈现评估检测和防护训练VR游戏画面，让体验者获得更好的临场感。
所述蓝牙耳机3通过蓝牙方式与计算机相连接，主要用于实现评估检测和防护训练VR游戏中的人机语音交互。
所述万向跑走平台5主要为了让体验者在游戏中实现原地行走、奔跑和跳跃等，体验者只需在万向跑走平台5范围内便能完成评估检测和防护训练VR游戏中的各项动作。所述万向跑走平台5固定于平台基座7上，平台基座7内部为空心结构，内可安置部分传感器和外围控制电路单元。
所述支撑架8下端固定于平台基座7上，上端中央部位与所述深度相机4相连。所述深度相机4用于实时获取体验者的位置、姿态等信息，该信息作为配合旋转检测台6和万向跑走平台5的动作条件。
所述旋转评估检测台6以轴承连接方式安装在平台基座7上，其下表面与步进电机通过摩擦传动的方式相耦合，实现特定角度的转动，其上表面与所述万向跑走平台5上表面位于同一水平面上，设有四个评估检测区：第一评估检测区12、第二评估检测区13、第三评估检测区14和第四评估检测区15，所述四个评估检测区上设有不同程度的突起，第一评估检测区12和第二评估检测区13为两个大小等级的鹅卵石状突起，第三评估检测区14和第四评估检测区15为两个大小等级的指压板状突起，用于体验者的触觉和痛觉评估检测。所述第一评估检测区1为较小的鹅卵石状突起，该区突起由电热材料制作，具体可为碳晶电热材料，通电时可实现迅速升温，用于体验者的温度觉评估检测。
所述安全防护圈9两端分别与两个防护连杆10通过销钉铰链方式连接，两个防护连杆10均已滑槽导轨方式连接于两侧的支撑架8上，实现安全防护圈9上下位置可调。两个防护连杆末端均设有锁紧螺母16，可实现安全防护圈9位置固定。
所述防护腰带11由弹性材料制成，通过四根柔性金属锁链17连接于安全防护圈9内侧，所述四根柔性金属锁链17与防护腰带11之间为销钉铰链连接，与安全防护圈9内侧的滑槽导轨18耦合连接，体验者可在安全防护圈9范围内自由转动。
所述传感器及外围电路主要包括位置传感器、速度传感器和温度传感器，及其对应的外围电路部分。
所述软件模块主要为游戏开发部分，所述VR游戏3D场景模型可使用三维建模渲染和三维动画制作软件Maya等进行建模。使用游戏开发工具Unity3D进行场景及程序设计。
所述糖尿病足评估检测及防护训练VR游戏内容主要包括评估检测部分和防护训练部分。
评估检测部分各环节进行完毕之后，系统会对体验者各环节的得分加权平均算出最终评估检测得分，最终得分会落在三个不同的分数区间内，分别对应体验者患糖尿病足疾病的低风险、中风险和高风险可能性。所述VR游戏还可以根据体验者的评估检测结果，在日常饮食、作息和防护训练上给出指导意见和方案。
当体验者选择防护训练选项后，游戏中的虚拟引导者会带领体验者完成相对应的各项防护训练游戏，每项游戏完成后也会有得分，最后系统根据当天的训练的分数，给出体验者该日训练是否达标。
为了提高所述糖尿病足评估检测及防护训练系统的准确性和可靠性，在设计游戏的评分机制时，需要有足够的临床数据，通过机器学习方法训练评分机制模型。
所述VR游戏还可以为不同体验者建立个人档案并保存，用来保存不同体验者的评估检测和防护训练信息，记录相关数据，并保存于云端服务器，便于长期的数据跟踪与分析。体验者只需选择自己的用户名，便可查看自己相关的所有评估检测和防护训练记录，使用适合自己的防护训练方案，方便不同体验者共用一套设备。
如图2所示，系统按照功能划分为三个层次，分别为表现层、通信层、基础数据层。每一层次拥有对应的模块，每个模块实现相应层次中的对应功能。
进一步地，所述基于VR游戏的糖尿病足评估检测及防护训练系统的使用过程主要为：
体验者穿戴好可穿戴3D显示器（如Oculus等）和蓝牙耳机，站在万向跑走平台上，并系好防护腰带，开机进入所述VR游戏，游戏中设置的虚拟引导者走出画面向体验者问好，虚拟引导者会询问体验者进行哪一部分游戏：一评估检测部分或者二防护训练部分，体验者只需回答一或二即可，系统通过语音识别技术接收到体验者给出的控制信号，进入到相应的游戏部分。
进入到评估检测游戏部分后，游戏中的虚拟引导者将会带领体验者依次完成触觉痛觉评估检测和温度觉评估检测。在触觉痛觉评估检测中，深度相机会获取体验者和旋转评估检测台四个区域的相对位置信息，系统分析处理后，通过虚拟引导者引导体验者踏在旋转评估检测台的对应区域内，完成四个不同等级的触觉痛觉评估检测，每个区域虚拟引导者都会询问一次体验者的疼痛等级：一代表体验者感觉接触到突起、二代表感觉微痛、三代表感觉很痛，根据系统的评分机制模型，计算出体验者在该环节中的分数。类似地，当体验者开始温度觉评估检测时，系统可通过控制电磁继电器的开合控制第一评估检测区鹅卵石状突起的通断电。根据温度传感器传回的温度值，每升高10℃，虚拟引导者都会询问一次体验者的温度觉等级，系统记下当体验者开始感觉到温度升高和感觉到发烫时（一般为60℃左右）两个时刻的温度值，根据系统的评分机制模型，计算出体验者在该环节中的分数。评估检测部分各环节进行完毕之后，系统会对体验者各环节的得分加权平均算出最终评估检测得分，最终得分会落在三个不同的分数区间内，分别对应体验者患糖尿病足疾病的低风险、中风险和高风险可能性。所述VR游戏还可以根据体验者的评估检测结果，在日常饮食、作息和防护训练上给出指导意见和方案。
进入到防护训练游戏部分后，游戏中的虚拟引导者会带领体验者完成相对应的各项防护训练，例如“鹅卵石按摩”、“别踩白块”、“跳板过河”等训练游戏，“鹅卵石按摩”游戏通过旋转评估检测台的第一和第二评估检测区上的鹅卵石突起按摩体验者的足底，促进足部血液循环，“别踩白块”和“跳板过河”游戏可锻炼体验者的膝、踝反射、训练足神经的灵敏性，可有效预防和缓解糖尿病足疾病。每项游戏完成后也会有得分，最后系统根据当天的训练得分数，给出体验者该日训练是否达标。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于VR游戏的糖尿病足评估检测及防护训练系统，其特征在于，该系统包括硬件模块和软件模块，所述硬件模块由计算机（1）、可穿戴3D显示装置（2）、蓝牙耳机（3）、深度相机（4）、万向跑走平台（5）、旋转评估检测台（6）、平台基座（7）、支撑架（8）、安全防护圈（9）、防护连杆（10）、防护腰带（11）、传感器及外围电路组成；所述软件模块为所述糖尿病足评估检测及防护训练VR游戏，内容包括评估检测部分和防护训练部分，VR游戏3D场景模型用三维建模渲染和三维动画制作软件Maya等进行建模，使用游戏开发工具Unity3D进行场景及程序设计。
2.根据权利要求1所述的糖尿病足评估检测及防护训练系统，其特征在于，所述计算机（1）主要用于信息处理分析，并与可穿戴3D显示装置（2）、蓝牙耳机（3）、深度相机（4）、万向跑走平台（5）、旋转评估检测台（6）进行通讯和传送控制指令；可穿戴3D显示装置（2）用于呈现评估检测和防护训练VR游戏画面；蓝牙耳机（3）用于实现评估检测和防护训练VR游戏中的人机语音交互。
3.根据权利要求1所述的糖尿病足评估检测及防护训练系统，其特征在于，所述万向跑走平台（5）固定于平台基座（7）上，平台基座（7）内部为空心结构，内可安置部分传感器和外围控制电路单元；万向跑走平台（5）可使体验者在游戏中原地行走、奔跑和跳跃等，完成评估检测和防护训练VR游戏中的各项动作。
4.根据权利要求1所述的糖尿病足评估检测及防护训练系统，其特征在于，所述支撑架（8）下端固定于平台基座（7）上，上端中央部位与深度相机（4）相连，深度相机（4）用于实时获取体验者的位置、姿态等信息。
5.根据权利要求1所述的一种基于VR游戏的糖尿病足评估检测及防护训练系统，其特征在于，所述旋转评估检测台（6）以轴承连接方式安装在平台基座（7）上，其下表面与步进电机通过摩擦传动的方式相耦合，实现特定角度的转动，其上表面与万向跑走平台（3）上表面位于同一水平面上，设有四个评估检测区，四个评估检测区上设有不同程度的突起，第一评估检测区（12）和第二评估检测区（13）为两个大小等级的鹅卵石状突起，第三评估检测区（14）和第四评估检测区（15）为两个大小等级的指压板状突起，用于体验者的触觉和痛觉评估检测；第一评估检测区（12）为较小的鹅卵石状突起，该区突起由电热材料制作，通电时可实现迅速升温，用于体验者的温度觉评估检测。
6.根据权利要求1所述的糖尿病足评估检测及防护训练系统，其特征在于，所述安全防护圈（9）两端分别与防护连杆（10）通过销钉铰链方式连接，两个防护连杆均已滑槽导轨方式连接于两侧的支撑架（8）上，实现安全防护圈（9）上下位置可调；两个防护连杆末端均设有锁紧螺母（16），实现安全防护圈（9）位置固定。
7.根据权利要求1所述的糖尿病足评估检测及防护训练系统，其特征在于，所述防护腰带（11）由弹性材料制成，通过四根柔性金属锁链（17）连接于安全防护圈（9）内侧，四根柔性金属锁链（17）与防护腰带（11）之间为销钉铰链连接，与安全防护圈（9）内侧的滑槽导轨（18）耦合连接，体验者可在安全防护圈（9）范围内自由转动。
8.根据权利要求1所述的糖尿病足评估检测及防护训练系统，其特征在于，所述糖尿病足评估检测及防护训练VR游戏内容主要包括评估检测部分和防护训练部分；评估检测部分各环节进行完毕之后，系统会对体验者各环节的得分加权平均算出最终评估检测得分，最终得分会落在三个不同的分数区间内，分别对应体验者患糖尿病足疾病的低风险、中风险和高风险可能性；VR游戏还可以根据体验者的评估检测结果，在日常饮食、作息和防护训练上给出指导意见和方案；当体验者选择防护训练选项后，游戏中的虚拟引导者会带领体验者完成相对应的各项防护训练游戏，每项游戏完成后也会有得分，最后系统根据当天的训练的分数，给出体验者该日训练是否达标。
9.根据权利要求1所述的糖尿病足评估检测及防护训练系统，其特征在于，为了提高所述糖尿病足评估检测及防护训练系统的准确性和可靠性，在设计游戏的评分机制时，需要有足够的临床数据，通过机器学习方法训练评分机制模型。
10.根据权利要求1所述的糖尿病足评估检测及防护训练系统，其特征在于，所述VR游戏还可以为不同体验者建立个人档案并保存，用来保存不同体验者的评估检测和防护训练信息，记录相关数据，并保存于云端服务器，便于长期的数据跟踪与分析；体验者只需选择自己的用户名，便可查看自己相关的所有评估检测和防护训练记录，使用适合自己的防护训练方案，方便不同体验者共用一套设备。
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