CN111773539A - 一种基于实景与虚拟场景结合的神经康复训练装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及基于实景与虚拟场景结合的神经康复训练装置，包括可穿戴AR设备、电刺激控制单元和若干电极，电刺激控制单元与若干电极连接，可穿戴AR设备至少包括增强现实单元、评测单元、训练模式单元和电刺激模式单元，增强现实单元生成由现实场景与虚拟场景相融合的引导性场景，评测单元基于患者的运动能力、日常活动能力以及肌痉挛状态评估患者的神经障碍等级，电刺激模式单元基于患者的神经障碍等级信息确定电刺激模式，电刺激控制单元基于电刺激模式通过至少一个电极进行电刺激训练评测单元基于患者的运动能力、日常活动能力以及肌痉挛状态评估患者的神经障碍等级，电刺激控制单元基于电刺激模式通过至少一个电极进行电刺激训练。
Description
技术领域
本发明涉及神经康复技术领域，尤其涉及一种基于实景与虚拟场景结合的神经康复训练装置。
背景技术
随着智能技术发展，智能化的虚拟技术也逐步应用在神经外科的护理以及康复训练中。现有的康复训练装置包括康复训练机器人、康复训练系统、基于虚拟场景的康复训练系统等等。手术后的神经康复训练是长期性的，长期在医院进行住院进行康复训练，对于医院不利于医院的病床流转率，对于患者也不利于其经济情况以及家属的长期陪护时间的占用。因此，坚持居家康复训练时较好的选择。然而，当前的虚拟场景的康复训练装置存在不足，患者本身行动不便，在戴上虚拟场景的装置后就失去了对实际生活场景的查看视野，从而容易在病床训练时容易掉下床摔伤，或者在病房内行走训练时容易被物体阻碍或绊倒，较大的户外场景训练时无法避开突然出现的儿童、玩具等障碍物。这就要求患者在进行虚拟场景的康复训练时，需要较大的训练场地进行行动训练，或者需要护士或者家属在旁监护以防患者掉下病床、避开障碍物等。因此，在患者戴上虚拟场景装置后，无法在较小的病床上、病房内或者居家室内环境中进行独立的神经康复训练。
例如，中国专利CN107626040A公开了一种基于可交互虚拟现实和神经电刺激的康复系统，其特征是，包括以下功能设备：交互输入设备，用于采集患者动作信号；运动想象设备，产生虚拟肢体，给予患者沉浸式体验；电刺激设备，产生神经生物电刺激患者运动；数据分析设备，分析和显示患者数据；系统处理器，与上述各设备相连，用于接收、发送和处理数据，并控制设备执行各种训练内容。该发明明显地隔绝了患者查看现实场景的视野，使得患者只能在固定的地点进行康复训练，而无法实现与日常生活场景交互的康复训练。
此外，一方面由于对本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于发明人做出本发明时研究了大量文献和专利，但篇幅所限并未详细罗列所有的细节与内容，然而这绝非本发明不具备这些现有技术的特征，相反本发明已经具备现有技术的所有特征，而且申请人保留在背景技术中增加相关现有技术之权利。
发明内容
现有技术中的虚拟场景的康复训练，电刺激模式与虚拟场景无法进行交互式反馈。并且，患者在通过虚拟场景进行康复训练的过程中，现实场景的视野完全被遮挡，不利于具有自主运动能力的患者独立进行安全的康复训练，占用了家属或者陪护人员的大量时间和精力。
针对现有技术之不足，本发明提供一种基于实景与虚拟场景结合的神经康复训练装置，所述康复训练装置至少包括可穿戴AR设备、电刺激控制单元和若干电极，所述可穿戴AR设备至少包括增强现实单元、评测单元、训练模式单元和电刺激模式单元，增强现实单元生成由现实场景与虚拟场景相融合的引导性场景，在患者基于所述引导性场景及其训练引导指令进行肢体活动的过程中，所述评测单元基于患者的运动能力、日常活动能力以及肌痉挛状态评估患者的神经障碍等级，在响应训练模式单元发送的训练模式信息后，所述电刺激模式单元基于患者的神经障碍等级信息确定电刺激模式，所述电刺激控制单元基于所述电刺激模式通过至少一个电极进行电刺激训练。本发明通过可穿戴AR设备与肌肉神经电刺激的交互式反馈，能够增加用户康复训练模式的种类，使得用户能够单独在床上、室内进行安全的康复训练和合理的电刺激，从而辅助用户快速康复。
所述训练模式单元基于所述评测单元发送的评测类别以及所述增强现实单元采集的现实场景选择能够与所述现实场景相融合的至少一个评测运动模式，所述增强现实单元响应于所述训练模式单元发送的评测运动模式信息在显示屏幕上呈现具有现实场景与虚拟场景相融合的引导性场景。
优选的，所述评测单元的评测类别至少包括运动能力评测、日常生活活动评测和肌痉挛评测，所述评测单元基于患者的肢体活动位置与指定运动位置的差异情况对运动能力、日常生活活动能力和肌痉挛状态进行评估。在未进行电刺激的情况下，所述评测单元基于所述电刺激控制单元发送的由至少一个电极在指定运动部位采集的肌电信号确定与所述电极对应的肌肉位置并进行肌痉挛状态评估。在康复训练的初期，对患者的肌肉神经的功能性评估有利于匹配合理的训练模式和训练参数，避免用户过度训练或者训练不足。
优选的，在患者基于所述增强现实单元显示的引导性场景进行肢体活动的康复训练的过程中，所述至少一个电极基于电刺激控制单元的控制信号以预设的波宽、频率对肌肉进行脉冲电流刺激。在患者康复训练的过程中，适当的电刺激能够增强肌肉神经的功能性，使得患者的肌肉神经能够快速恢复功能。
优选的，在所述电极采集的训练主动肌的瞬态的表面肌电峰值超过目标峰值的情况下，所述电刺激控制单元向所述电刺激模式单元发送奖励电刺激模式指令，所述电刺激模式单元按照奖励电刺激模式进行电刺激。基于肌电信息的反馈信息进行奖励式刺激，有利于肌肉神经的进一步功能性稳定。
优选的，所述增强现实单元至少包括彼此数据连接的现实场景采集模块、引导性场景图像计算模块和场景融合模块，现实场景采集模块用于采集现实场景图像的空间参数，所述引导性场景图像计算模块用于根据现实场景图像的空间参数、所述训练模式单元发送的虚拟场景计算出在预设的三维模型中的虚拟物参数，所述场景融合模块用于将获取的虚拟物参数与现实场景在显示屏幕上融合显示。本发明的增强现实单元形成的引导性场景更为自然和逼真，减少患者的眼部疲劳。
优选的，所述装置与至少一个终端以有线或无线的方式连接，所述训练模式单元基于所述终端发送的模式指令进行训练模式的限制、训练参数变更和/或训练难度范围变更。例如，医生或者护士基于患者的康复训练数据，远程评估患者的康复状况并且给出恰当的康复训练模式建议，避免患者始终在一个康复训练模式进行电刺激反馈训练。
本发明还提供一种基于实景与虚拟场景结合的神经康复训练方法，其特征在于，所述方法包括：
评测患者的神经障碍等级，基于患者的神经障碍等级信息确定电刺激模式，在显示屏幕生成由现实场景与虚拟场景相融合的引导性场景，在患者基于所述引导性场景及其训练引导指令进行肢体活动的过程中，基于所述电刺激模式通过至少一个电极对康复位置进行电刺激训练。
优选的，评测患者的神经障碍等级的方法包括：基于评测类别和采集的现实场景在显示屏幕上显示能够与所述现实场景相融合的至少一个评测运动模式，基于选择的评测运动模式显示与其对应的具有现实场景与虚拟场景相融合的引导性场景，在患者基于所述引导性场景及其训练引导指令进行肢体活动的过程中，基于患者的运动能力、日常活动能力以及肌痉挛状态评估患者的神经障碍等级。
附图说明
图1是本发明的基本结构示意图；和
图2是本发明的逻辑模块示意图。
附图标记列表
10：可穿戴AR设备；20：电刺激控制单元；30：电极；11：增强现实单元；12：评测单元；训练模式单元；14：电刺激模式单元。
具体实施方式
下面结合附图进行详细说明。
增强现实英文名称：Augmented Reality，AR，是一种实时地计算摄影机影像的位置及角度并加上相应图像的技术，将真实的环境和虚拟的物体实时地叠加到了同一个画面或空间同时存在。它是一种将真实世界信息和虚拟世界信息“无缝”集成的新技术，是把原本在现实世界的一定时间空间范围内很难体验到的实体信息视觉信息，声音，触觉等，通过电脑等科学技术，模拟仿真后再叠加，将虚拟的信息应用到真实世界，被人类感官所感知，从而达到超越现实的感官体验。
神经肌肉电刺激(Neuromuscular Electrical Stimulation,NMES)是一项应用20-50Hz低频电流通过电极刺激特定肌肉群使其抽搐或者收缩，继而达到“功能”修复的技术。
针对现有技术之不足，本发明提供一种基于实景与虚拟场景结合的神经康复训练装置，其特征在于，康复训练装置至少包括可穿戴AR设备10、与可穿戴AR设备10以有线或无线方式连接的电刺激控制单元20和若干电极30，电刺激控制单元20与若干电极30连接。电刺激控制单元20可以是专用集成芯片、服务器、计算机中的一种或几种。
其中，可穿戴AR设备10至少包括增强现实单元11、评测单元12、训练模式单元13和电刺激模式单元14。训练模式单元13基于评测单元12发送的评测类别以及增强现实单元11采集的现实场景选择能够与现实场景相融合的至少一个评测运动模式。增强现实单元11响应于训练模式单元13发送的评测运动模式的请求信息在显示屏幕上呈现具有现实场景与虚拟场景结合的引导性场景。在患者基于引导性场景及其训练引导指令进行肢体活动的过程中，评测单元12基于患者的运动能力、日常活动能力以及肌痉挛状态评估患者的神经障碍等级。
神经障碍等级主要划分六级：
0级：无肌肉收缩；
1级：肌肉稍有收缩；
2级：不对抗地心引力方向，能达到关节完全动度；
3级：对抗地心引力方向，能达到关节完全动度，但不能加任何阻力；
4级：对抗地心引力方向并加一定阻力，能达到关节完全动度；
5级：正常。
电刺激模式单元14基于神经障碍等级信息确定电刺激模式并发送至电刺激控制单元20。电刺激控制单元20基于电刺激模式通过至少一个电极进行电刺激训练。本发明通过可穿戴AR设备与肌肉神经电刺激的交互式反馈，能够增加用户康复训练模式的种类，使得用户能够单独在床上、室内进行安全的康复训练和合理的电刺激，从而辅助用户快速康复。增强现实单元11为能够实现增强现实场景的装置。
评测单元12、训练模式单元13和电刺激模式单元14均可以是专用集成芯片、处理器、服务器中的一种或几种。优选的，出于体积缩小的考虑，优先选用专用集成芯片。
优选的，本发明的电极不局限于医用电极，可以是可穿戴的电极装置。电极装置的电极采集面以周向可调节的方式设置在上肢、下肢的各个部位，便于电极对肌电信号进行采集。例如电极装置包括能够包裹手臂且半径弹性变化的壳体。壳体的内侧面设置有贴片、脉冲电流控制器、无线通讯器和电源。贴片上设置有若干电极。电极可以是条形电极。
优选的，评测单元12的评测类别至少包括运动能力评测、日常生活活动评测和肌痉挛评测。评测单元12用于对患者的康复训练的状态进行评估、训练过程中的训练模式以及训练完成后的康复情况进行评估。增强现实单元11基于评测单元12发送的评测类别以及采集的现实场景形成由虚拟场景与现实场景相融合的具有引导性的引导性场景，从而患者基于引导场景以及引导指令进行自主性肢体活动。评测单元12基于患者的肢体活动与指定运动位置的差距对运动能力、日常生活活动能力进行评估。在康复训练的初期，对患者的肌肉神经的功能性评估有利于匹配合理的训练模式和训练参数，避免用户过度训练或者训练不足。
例如，增强显示单元中的图像采集装置能够基于肢体图像来确定肢体活动位置，评测单元12计算肢体活动位置与指定运动位置的差距程度。差距程度小于预设阈值，则运动能力较好。差距程度大于预设阈值，则运动能力较差。优选的，患者可以在日常生活的限定时间内仅佩戴可穿戴AR设备10来采集日常动作幅度。评测单元12将日常动作幅度与人体标准动作进行对比，从而进行日常生活活动能力的评估。
本发明中的引导性场景，用于引导患者进行自主的康复性动作。例如，在病床上进行的腿部肌肉的康复训练，增强现实单元与虚拟的具有设定视觉距离的动物融合形成引导性场景。引导性指令为用脚步触碰该动物，例如触碰小鸡。在患者成功触碰小鸡时增强现实单元反馈小鸡的“叽叽”叫声。患者不需要知道腿部需要移动的参数、动作幅度等信息，只需要按照引导性场景的引导，就能够进行康复训练的动作，并且具有趣味性。同时，患者能够看到病床周边的现实场景，在动作幅度较大或者平衡不稳定时能够自主地进行安全的动作调整，不具有安全隐患的问题。
优选的，在未进行电刺激的情况下，评测单元12基于电刺激控制单元20发送的由至少一个电极30在指定运动部位采集的肌电信号确定与电极对应的肌肉位置并进行肌痉挛状态评估。肌痉挛状态的评估是重要的指标。例如，将肌痉挛状态分为6个等级，0级为肌张力正常，4级为肌张力最高。对患者初期的肌痉挛进行评估，有利于获得患者的肌肉神经状态的初始状态评估，从而对电刺激参数进行合理的刺激模式匹配。
优选的，在患者基于增强现实单元10显示的引导性场景进行肢体活动的康复训练的过程中，至少一个电极30基于电刺激控制单元20的控制信号以预设的波宽、频率对肌肉进行脉冲电流刺激。在患者康复训练的过程中，适当的电刺激能够增强肌肉神经的功能性，使得患者的肌肉神经能够快速恢复功能。利用电刺激兴奋和运动的交互进行或者同时进行，有利于加强康复训练效果。电刺激状态包括在达到目标阈值时进行刺激、在兴奋开始产生明显的动作电位时进行刺激、在无法产生动作电位、但起到预热作用时进行电刺激。
优选的，在电极30采集的训练主动肌的瞬态的表面肌电峰值超过目标峰值的情况下，电刺激控制单元20向电刺激模式单元14发送奖励电刺激模式指令，电刺激模式单元14按照奖励电刺激模式进行电刺激。基于肌电信息的反馈信息进行奖励式刺激，有利于肌肉神经的进一步功能性稳定。优选的，奖励电刺激模式的刺激强度是预设好的。基于肌肉部位不同，奖励电刺激模式的刺激强度不同。刺激强度至少包括电刺激强度脉宽、频率、持续时间、时间强度变化等。
优选的，在电极30采集的训练主动肌的瞬态的表面肌电峰值在限定时间内无法达到目标阈值的情况下，增强现实单元10基于评测单元12的难度变更指令变更引导性场景内的虚拟场景，或者增强现实单元10基于患者通过按键、语音或者手势发出的变更指令变更引导性场景内的虚拟场景，电刺激控制单元20向电刺激模式单元14发送辅助电刺激模式指令，电刺激模式单元14按照辅助电刺激模式进行电刺激从而刺激肌肉神经的功能性。在康复训练无法达到目标的情况下，进行辅助性的电刺激训练，或者降低虚拟场景内的动作难度，既有利于鼓励患者的信心，又有利于增强肌肉的电刺激功能，增强肌肉的神经功能。
变更引导性场景，既能够使得患者的趣味性增强，有能够基于引导性场景内的内容变化来调节康复训练的动作难度。例如，将引导性场景内的小鸡调节为气球、赛车等移动性物体，在用户的动作成功触发后，气球、赛车等移动或者变化为其他虚拟场景。或者，在用户的肢体成功达到指定位置后，指定位置突然闪现龙、鲜花、偶像等令人惊喜的虚拟场景，甚至是恋人以及家人的话语、图像或视频，或者是预设的虚拟货币额度等具有鼓励性的内容场景。
优选的，在电极30采集的训练主动肌的瞬态的表面肌电峰值在限定时间内无法达到目标阈值，并且增强现实单元10采集的患者的动作频低于主动性阈值的情况下，电刺激控制单元20向电刺激模式单元14主动发送与训练模式对应的电刺激模式指令。电刺激模式单元14按照指定的电刺激模式进行电刺激从而刺激肌肉神经的功能性。针对行动能力较弱，或者不愿意主动进行康复训练具有敷衍态度的患者，动作频率低是不愿意配合的指征之一。本发明在预设时间达不到目标训练的情况下主动进行强制性电刺激，避免患者由于不配合而出现康复训练不具有效果的现象。本发明的引导性场景的趣味性设计，也能够增强不积极患者的积极性。
电刺激模式单元14的刺激参数主要包括频率、脉宽、强度、通断比和波升时间与波降时间。
频率：20HZ以下肌肉可产生间断收缩，30HZ及以上可产生强直性收缩。本发明优选35HZ进行助力训练。
脉宽：100微秒以下为感觉水平的刺激。100～600微秒为运动水平的刺激。
强度：0～50mA为常规肌电刺激的行业标准，0～100mA为肌电电生理的标准。
通断比：刺激时间与休息时间的比例，能够影响肌肉收缩力的大小。
优选的，在患者基于增强现实单元10的引导性场景自主完成引导性动作的情况下，评测单元12基于自主运动的表面肌电曲线(6～10S)、纯被动电刺激功能位阈值和/或最大用力下维持功能位的刺激阈值评估主动肌的功能评估。表面肌电曲线趋近于正常的肌电曲线，达到纯被动电刺激功能位阈值的刺激强度越小，最大用力下维持功能位的强度越小，则康复训练效果越好。评测单元对这些内容进行评估，能够快速对比出患者的康复训练变化，形成每一次或者每一阶段的康复训练进步效果，使得患者能够具有积极向上的配合的信心和乐观的心态。
优选的，增强现实单元11至少包括彼此数据连接的现实场景采集模块、引导性场景图像计算模块和场景融合模块，现实场景采集模块用于采集现实场景图像的空间参数，引导性场景图像计算模块用于根据现实场景图像的空间参数、训练模式单元13发送的虚拟场景计算出在预设的三维模型中的虚拟物参数，场景融合模块用于将获取的虚拟物参数与现实场景在显示屏幕上融合显示。本发明的增强现实单元形成的引导性场景更为自然和逼真，减少患者的眼部疲劳。
优选的，装置与至少一个终端以有线或无线的方式连接，训练模式单元13基于终端发送的模式指令进行训练模式的限制、训练参数变更和/或训练难度范围变更。例如，医生或者护士基于患者的康复训练数据，远程评估患者的康复状况并且给出恰当的康复训练模式建议，避免患者始终在一个康复训练模式进行电刺激反馈训练。例如，患者自身选择的训练模式对于当前的身体情况存在训练难度，则医生或者护士通过终端给春只是奥2个可供患者选择的训练模式。
优选的，所述训练模式单元包括交互模式。所述交互模式为至少两个患者能够在同一个训练模式中进行例如趣味互动、语言互动、训练得分展示互动、训练分数竞赛等互动行为的模式。其中，可穿戴AR设备10与云服务器以有线或者无线的方式连接。至少一个患者通过训练模式单元13选择交互模式，从而至少两个患者在同一个训练模式下进行同一个训练场景的交互式肌肉神经训练。肌肉神经训练得分较高的一组可以得到对应的奖品。奖品可以是虚拟奖品，也可以是实体奖品，例如水果。奖品可以由广告商赞助。相比有现有技术中患者单独训练的孤独无趣，交互模式能够使得不同的患者进行交流，进行趣味训练比赛，从而激励患者以积极的态度进行康复训练。
优选的，可穿戴AR设备10该包括红外传感装置，例如红外摄像机。在康复训练过程中，红外传感装置基于与温度相关的红外图像确定肢体部位的位置以及动作幅度。评测单元12基于红外传感装置采集的训练部位的动作与标准动作的差距、肢体部位的温度变化以及电极发送的肌电信号来对患者的单次训练情况进行评测。在运动过程中，运动的肢体部位的温度是会变化的，将温度作为评测因素纳入评测内容能够评估患者的训练强度，弥补了仅靠时间和动作幅度来评估的不足，有利于更科学地准确评估患者的训练时间。
优选的，训练模式单元13基于评测单元12更新的评测数据进行训练模式的训练参数的调整，从而有利于实现针对患者个性化的训练模式。例如，患者训练部位每次做5个康复动作，肢体温度明显上升约0.1度，则患者是在积极的进行康复训练，训练强度偏大。训练模式单元则基于温度变化数据、训练动作次数来降低动作的频率，或者降低训练动作的难度指数，从而使得患者在引导性场景中按照恰当的训练频率进行训练。当患者做同样多的康复动作，肢体温度上升温度明显小于0.01度或者等于0.05度，则训练强度偏小或者训练强度恰当，训练模式单元则基于温度变化数据、训练动作次数来训练频率进行适应性调整。本发明如此设置，有利于患者的康复训练的科学和健康，避免患者在于自身个体差异较大的训练模式中进行康复训练，实现个性化的康复训练。基于肢体温度变化的调节参数不限于本发明例举的训练频率，还能够进行更多类型的训练参数的调节来适应患者。
优选的，在康复训练过程中，评测单元12基于至少一个电极30采集的肌痉挛异常数据来确定肌痉挛状态。训练模式单元13基于评测单元12发送的肌痉挛状态信息来调节电刺激模式单元14转变为肌痉挛治疗模式，从而消除或者患者的肌痉挛现象。例如，肌痉挛治疗模式包括至少两组脉冲电流交互刺激痉挛肌和拮抗肌肌腹，达到松弛痉挛肌的目的。
优选的，在患者的动作无法正常完成增强现实单元显示的功能位，即无法触发显示的引导性场景的预设位置时，训练模式单元13向电刺激模式单元14发送刺激指令进行电刺激，以帮助患者的动作到达或者趋近于功能位。
本发明不仅适用于患者的康复训练，还能够应用于运动员的运动肌肉训练，从而使得运动员的肌肉张力、强度得到进一步提升。
需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本发明公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本发明的公开范围并落入本发明的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本发明说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种基于实景与虚拟场景结合的神经康复训练装置，所述康复训练装置至少包括可穿戴AR设备(10)、电刺激控制单元(20)和若干电极(30)，其特征在于，所述可穿戴AR设备(10)至少包括增强现实单元(11)、评测单元(12)、训练模式单元(13)和电刺激模式单元(14)，
增强现实单元(11)生成由现实场景与虚拟场景相融合的引导性场景，
在患者基于所述引导性场景及其训练引导指令进行肢体活动的过程中，所述评测单元(12)基于患者的运动能力、日常活动能力以及肌痉挛状态评估患者的神经障碍等级，
在响应训练模式单元(13)发送的训练模式信息后，所述电刺激模式单元(14)基于患者的神经障碍等级信息确定电刺激模式，所述电刺激控制单元(20)基于所述电刺激模式通过至少一个电极进行电刺激训练。
2.根据权利要求1所述的基于实景与虚拟场景结合的神经康复训练装置，其特征在于，所述训练模式单元(13)基于所述评测单元(12)发送的评测类别以及所述增强现实单元(11)采集的现实场景选择能够与所述现实场景相融合的至少一个评测运动模式，
所述增强现实单元(11)响应于所述训练模式单元(13)发送的评测运动模式信息在显示屏幕上呈现具有现实场景与虚拟场景相融合的引导性场景。
3.根据权利要求2所述的基于实景与虚拟场景结合的神经康复训练装置，其特征在于，所述评测单元(12)的评测类别至少包括运动能力评测、日常生活活动评测和肌痉挛评测，所述评测单元(12)基于患者的肢体活动位置与指定运动位置的差异情况对运动能力、日常生活活动能力和肌痉挛状态进行评估。
4.根据权利要求3所述的基于实景与虚拟场景结合的神经康复训练装置，其特征在于，
在未进行电刺激的情况下，所述评测单元(12)基于所述电刺激控制单元(20)发送的由至少一个电极(30)在指定运动部位采集的肌电信号确定与所述电极对应的肌肉位置并进行肌痉挛状态评估。
5.根据权利要求4所述的基于实景与虚拟场景结合的神经康复训练装置，其特征在于，
在患者基于所述增强现实单元(10)显示的引导性场景进行康复训练的过程中，
所述至少一个电极(30)基于电刺激控制单元(20)的控制信号以预设的波宽、频率对肌肉进行脉冲电流刺激。
6.根据权利要求1～5任一项所述的基于实景与虚拟场景结合的神经康复训练装置，其特征在于，
在所述电极(30)采集的训练主动肌的瞬态的表面肌电峰值超过目标峰值的情况下，所述电刺激控制单元(20)向所述电刺激模式单元(14)发送奖励电刺激模式指令，
所述电刺激模式单元(14)按照奖励电刺激模式进行电刺激。
7.根据权利要求1～5任一项所述的基于实景与虚拟场景结合的神经康复训练装置，其特征在于，所述增强现实单元(11)至少包括彼此数据连接的现实场景采集模块、引导性场景图像计算模块和场景融合模块，
现实场景采集模块用于采集现实场景图像的空间参数，所述引导性场景图像计算模块用于根据现实场景图像的空间参数、所述训练模式单元发送的虚拟场景计算出在预设的三维模型中的虚拟物参数，所述场景融合模块用于将获取的虚拟物参数与现实场景在显示屏幕上融合显示。
8.根据权利要求1～5任一项所述的基于实景与虚拟场景结合的神经康复训练装置，其特征在于，所述神经康复训练装置与至少一个终端以有线或无线的方式连接，
所述训练模式单元(13)基于所述终端发送的模式指令进行训练模式的限制、训练参数变更和/或训练难度范围变更。
9.一种基于实景与虚拟场景结合的神经康复训练方法，其特征在于，所述方法包括：
评测患者的神经障碍等级，
基于患者的神经障碍等级信息确定电刺激模式，
在显示屏幕生成由现实场景与虚拟场景相融合的引导性场景，
在患者基于所述引导性场景及其训练引导指令进行肢体活动的过程中，基于所述电刺激模式通过至少一个电极对康复位置进行电刺激训练。
10.根据权利要求9所述的基于实景与虚拟场景结合的神经康复训练方法，其特征在于，评测患者的神经障碍等级的方法包括：
基于评测类别和采集的现实场景在显示屏幕上显示能够与所述现实场景相融合的至少一个评测运动模式，
基于选择的评测运动模式显示与其对应的具有现实场景与虚拟场景相融合的引导性场景，
在患者基于所述引导性场景及其训练引导指令进行肢体活动的过程中，所述评测单元(12)基于患者的运动能力、日常活动能力以及肌痉挛状态评估患者的神经障碍等级。
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|---|---|
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Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112274112A (zh) * | 2020-11-03 | 2021-01-29 | 深圳市艾利特医疗科技有限公司 | 基于运动状态的神经功能检测系统、方法、装置、设备及存储介质 |
| TWI726827B (zh) * | 2020-10-29 | 2021-05-01 | 李秉家 | 使用擴增實境的互動復健系統 |
| CN113693604A (zh) * | 2021-08-30 | 2021-11-26 | 北京中医药大学东直门医院 | 肌张力等级的评估方法和装置 |
| CN113975633A (zh) * | 2021-12-08 | 2022-01-28 | 国家康复辅具研究中心 | 一种基于多源信息耦合反馈的电刺激康复训练系统 |
| CN117298452A (zh) * | 2023-11-28 | 2023-12-29 | 首都医科大学附属北京天坛医院 | 经颅交流电刺激的虚拟现实辅助下的下肢康复系统 |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102813998A (zh) * | 2012-08-01 | 2012-12-12 | 上海交通大学 | 中枢神经损伤患者用多功能复合康复系统 |
| CN107617149A (zh) * | 2017-09-12 | 2018-01-23 | 上海谱康电子科技有限公司 | 意识障碍促醒系统及其使用方法 |
| CN107626040A (zh) * | 2017-10-24 | 2018-01-26 | 杭州易脑复苏科技有限公司 | 一种基于可交互虚拟现实和神经电刺激的康复系统及方法 |
| CN108814597A (zh) * | 2018-04-16 | 2018-11-16 | 龚映清 | 一种基于运动信息与肌电交互的康复训练评测方法及系统 |
| CN108836328A (zh) * | 2018-06-07 | 2018-11-20 | 中国航天员科研训练中心 | 一种用于肌电信号监测及产生相应电刺激信号的设备 |
| CN109887569A (zh) * | 2019-01-30 | 2019-06-14 | 上海市精神卫生中心（上海市心理咨询培训中心） | 基于vr的神经发育障碍点数计算辅助训练系统及训练方法 |
| CN110639172A (zh) * | 2019-10-12 | 2020-01-03 | 深圳市热丽泰和生命科技有限公司 | 基于丰富场景的增强现实康复训练系统 |
| CN111167010A (zh) * | 2018-11-13 | 2020-05-19 | Gtx医疗有限公司 | 用于患者的运动重建和/或恢复的控制系统 |
-
2020
- 2020-07-30 CN CN202010747614.1A patent/CN111773539A/zh active Pending
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102813998A (zh) * | 2012-08-01 | 2012-12-12 | 上海交通大学 | 中枢神经损伤患者用多功能复合康复系统 |
| CN107617149A (zh) * | 2017-09-12 | 2018-01-23 | 上海谱康电子科技有限公司 | 意识障碍促醒系统及其使用方法 |
| CN107626040A (zh) * | 2017-10-24 | 2018-01-26 | 杭州易脑复苏科技有限公司 | 一种基于可交互虚拟现实和神经电刺激的康复系统及方法 |
| CN108814597A (zh) * | 2018-04-16 | 2018-11-16 | 龚映清 | 一种基于运动信息与肌电交互的康复训练评测方法及系统 |
| CN108836328A (zh) * | 2018-06-07 | 2018-11-20 | 中国航天员科研训练中心 | 一种用于肌电信号监测及产生相应电刺激信号的设备 |
| CN111167010A (zh) * | 2018-11-13 | 2020-05-19 | Gtx医疗有限公司 | 用于患者的运动重建和/或恢复的控制系统 |
| CN109887569A (zh) * | 2019-01-30 | 2019-06-14 | 上海市精神卫生中心（上海市心理咨询培训中心） | 基于vr的神经发育障碍点数计算辅助训练系统及训练方法 |
| CN110639172A (zh) * | 2019-10-12 | 2020-01-03 | 深圳市热丽泰和生命科技有限公司 | 基于丰富场景的增强现实康复训练系统 |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TWI726827B (zh) * | 2020-10-29 | 2021-05-01 | 李秉家 | 使用擴增實境的互動復健系統 |
| US11935639B2 (en) | 2020-10-29 | 2024-03-19 | Ping-Chia Li | Augmented reality interactive rehabilitation system |
| CN112274112A (zh) * | 2020-11-03 | 2021-01-29 | 深圳市艾利特医疗科技有限公司 | 基于运动状态的神经功能检测系统、方法、装置、设备及存储介质 |
| CN113693604A (zh) * | 2021-08-30 | 2021-11-26 | 北京中医药大学东直门医院 | 肌张力等级的评估方法和装置 |
| CN113975633A (zh) * | 2021-12-08 | 2022-01-28 | 国家康复辅具研究中心 | 一种基于多源信息耦合反馈的电刺激康复训练系统 |
| CN117298452A (zh) * | 2023-11-28 | 2023-12-29 | 首都医科大学附属北京天坛医院 | 经颅交流电刺激的虚拟现实辅助下的下肢康复系统 |
| CN117298452B (zh) * | 2023-11-28 | 2024-03-08 | 首都医科大学附属北京天坛医院 | 经颅交流电刺激的虚拟现实辅助下的下肢康复系统 |
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