CN112619109A - 基于ar技术的康复训练系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及医疗康复技术领域，具体涉及一种基于AR技术的康复训练系统及方法，所述系统应用于所述方法，系统包括动作传感器、AR眼镜和服务器，动作传感器用于采集患者的肢体动作信息；AR眼镜包括摄像头用于实时采集现实场景信息；服务器包括：数据存储模块：用于接收肢体动作信息、现实场景信息和康复训练计划信息；游戏管理模块：用于选取康复训练游戏；数据处理模块：用于将图像信息传递给AR眼镜和计算康复训练游戏的完成度；训练评估模块：用于进行完成度评估。本发明解决了解决由于人的主观性，导致不同监督人员对卧床病人对康复训练计划完成的合格与否评判不一，从而使得卧床病人对康复训练的兴趣欠缺，进而导致康复训练效果不佳的问题。

Description

基于AR技术的康复训练系统及方法

技术领域

本发明涉及医疗康复技术领域，具体涉及一种基于AR技术的康复训练系统及方法。

背景技术

康复训练是指损伤后进行有利于恢复或改善功能的身体活动。常与药物治疗、手术疗法等临床治疗综合进行，康复治疗前应先对病、伤、残者进行康复评定，然后制定一个康复治疗方案，由以康复医师为中心的，康复治疗师和临床医学相关人员共同组成的康复治疗组去实施，并在实施过程中不断总结、评定、调整，直至治疗结束。腿部有疾病或因事故而长期的卧床病人需要进行一定的康复训练，康复训练不仅较为枯燥，而且监督主要靠人为监督，由于人的主观性，使得卧床病人对康复训练计划完成的合格与否评判不一，因此在两者的综合影响下卧床病人对康复训练的兴趣欠缺，可能不会严格按照医护人员制定的康复训练计划来进行康复训练，导致康复训练效果不佳。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种基于AR技术的康复训练系统，解决由于人的主观性，导致不同监督人员对卧床病人对康复训练计划完成的合格与否评判不一，从而使得卧床病人对康复训练的兴趣欠缺，进而导致康复训练效果不佳的问题。

为了达到上述目的，提供了一种基于AR技术的康复训练系统，包括动作传感器、AR眼镜和服务器，所述动作传感器固定设置在患者的病患肢体上，用于采集患者的肢体动作信息并与服务器通信连接；AR眼镜包括摄像头，用于实时采集现实场景信息并与服务器通信连接；所述服务器包括：

数据存储模块：用于接收并存储患者的肢体动作信息、现实场景信息和康复训练计划信息；

游戏管理模块：用于根据康复训练计划信息从预设的康复训练游戏库中选取康复训练游戏；

数据处理模块：用于将现实场景信息与康复训练游戏进行虚实场景融合，构建第一人称视角的病患肢体的训练动作场景，还用于将肢体动作信息作为康复训练游戏的输入信息与训练动作场景进行实时虚实结合得到图像信息，并将图像信息传递给AR眼镜；还用于根据肢体动作信息计算康复训练游戏的完成度；

训练评估模块：用于根据康复训练游戏的完成度和康复训练计划信息对康复训练计划进行完成度评估。

原理及优点：

1.游戏管理模块和数据处理模块的设置，使得患者的康复训练与AR游戏相结合,能够提高患者对康复训练的兴趣，并通过完成游戏的方式让病人严格按照医护人员制定的康复训练计划来进行康复训练，从而提高康复训练的效果。而且仅需家属陪同即可，解决了传统康复训练设备需要专门的治疗师指导，导致康复训练医疗成本比较高的问题。而且康复训练游戏中，完成游戏的互动操作是数据化的，只有病人的动作达到了相应的操作，康复训练游戏才会给予相应的反馈，避免了人为监督过程中，由于人的主观性，导致不同监督人员对卧床病人对康复训练计划完成的合格与否评判不一的问题。

2.训练评估模块的设置，便于将病人对康复训练计划的完成度进行量化和可视化，让病患能清晰地看到自己康复训练计划的成果，避免病人在没有目标没有成果的情况下，一直重复训练而感觉枯燥，从而导致康复训练效果不佳的问题。

进一步，所述服务器还包括：

外接显示模块：用于将数据处理模块处理的图像信息发送给外接显示器。

外接显示器便于家属观看病人的锻炼情况，方便为病人提供鼓励支持，从而提高康复训练的效果。

进一步，所述康复训练计划信息包括若干康复训练子计划，康复训练子计划对应康复训练游戏的不同关卡，所述服务器还包括：

完成度统计模块：用于在预设时间周期内，根据康复训练游戏不同关卡的完成度统计对应康复训练子计划的完成度信息；

康复评估模块：用于将完成度评估统计模块的完成度信息与设定的阈值进行比较，并根据比较结果进行康复评估；所述阈值包括不及格阈值、合格阈值、良好阈值和优秀阈值，所述康复评估包括不及格、合格、良好、优秀和完美；

难度调节模块：用于根据康复评估调整康复训练游戏的游戏难度。

康复评估模块的设置，便于量化评估病人的康复情况，使得病人能够清楚得知自己长时间努力锻炼的结果，提供一个信息反馈，避免病人在没有目标没有成果的情况下，一直重复训练而感觉枯燥，从而导致康复训练效果不佳的问题。难度调节模块的设置便于康复评估来调整康复训练游戏的游戏难度，避免游戏过难或过于简单，导致病人的兴趣降低。

进一步，所述动作传感器为角度传感器或带有角度的多轴传感器。

角度传感器或带有角度的多轴传感器的设置，能够使动作信息采集精准，使得病人的动作能精准反馈到AR游戏中，从而便于提高病人康复训练的效果。

本发明的目的之二在于提供一种基于AR技术的康复训练方法，上述系统应用于本方法，具体包括以下步骤：

数据存储步骤：接收并存储患者的肢体动作信息、现实场景信息和康复训练计划信息；

游戏管理步骤：根据康复训练计划信息从预设的康复训练游戏库中选取康复训练游戏；

数据处理步骤：将现实场景信息与康复训练游戏进行虚实场景融合，构建第一人称视角的病患肢体的训练动作场景，还用于将肢体动作信息作为康复训练游戏的输入信息与训练动作场景进行实时虚实结合得到图像信息，并将图像信息传递给AR眼镜；还用于根据肢体动作信息计算康复训练游戏的完成度；

训练评估步骤：根据康复训练游戏的完成度和康复训练计划信息对康复训练计划进行完成度评估。

原理及优点：

1.游戏管理步骤和数据处理步骤的设置，使得患者的康复训练与AR游戏相结合,能够提高患者对康复训练的兴趣，并通过完成游戏的方式让病人严格按照医护人员制定的康复训练计划来进行康复训练，从而提高康复训练的效果。而且仅需家属陪同即可，解决了传统康复训练设备需要专门的治疗师指导，导致康复训练医疗成本比较高的问题。而且康复训练游戏中，完成游戏的互动操作是数据化的，只有病人的动作达到了相应的操作，康复训练游戏才会给予相应的反馈，避免了人为监督过程中，由于人的主观性，导致不同监督人员对卧床病人对康复训练计划完成的合格与否评判不一的问题。

2.训练评估步骤的设置，便于将病人对康复训练计划的完成度进行量化和可视化，让病患能清晰地看到自己康复训练计划的成果，避免病人在没有目标没有成果的情况下，一直重复训练而感觉枯燥，从而导致康复训练效果不佳的问题。而且本方案支持居家医疗，自我康复，设备小巧、易携带，价格低廉，医疗成本低，满足普通人群需求，能有效地缓解当前康复科室医疗资源紧张的状况。

进一步，还包括以下步骤：

外接显示步骤：将数据处理步骤处理的图像信息发送给外接显示器。

外接显示步骤中，通过设置外接显示器便于家属观看病人的锻炼情况，方便为病人提供鼓励支持，从而提高康复训练的效果。

进一步，所述康复训练计划信息包括若干康复训练子计划，康复训练子计划对应康复训练游戏的不同关卡，所述方法还包括以下步骤：

完成度统计步骤：在预设时间周期内，根据康复训练游戏不同关卡的完成度统计对应康复训练子计划的完成度信息；

康复评估步骤：将完成度评估统计步骤的完成度信息与设定的阈值进行比较，并根据比较结果进行康复评估；所述阈值包括不及格阈值、合格阈值、良好阈值和优秀阈值，所述康复评估包括不及格、合格、良好、优秀和完美；

难度调节步骤：根据康复评估调整康复训练游戏的游戏难度。

康复评估步骤的设置，便于量化评估病人的康复情况，使得病人能够清楚得知自己长时间努力锻炼的结果，提供一个信息反馈，避免病人在没有目标没有成果的情况下，一直重复训练而感觉枯燥，从而导致康复训练效果不佳的问题。难度调节步骤的设置便于康复评估来调整康复训练游戏的游戏难度，避免游戏过难或过于简单，导致病人的兴趣降低。

附图说明

图1为本发明基于AR技术的康复训练系统实施例的逻辑框图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

实施例

一种基于AR技术的康复训练系统，基本如附图1所示，包括动作传感器、AR眼镜和服务器，所述动作传感器固定设置在患者的病患肢体上，用于采集患者的肢体动作信息并与服务器通信连接，所述动作传感器为角度传感器或带有角度的多轴传感器，本实施例中动作传感器采用多轴传感器。AR眼镜包括摄像头，用于实时采集现实场景信息并与服务器通信连接；所述服务器包括：

数据存储模块：用于接收并存储患者的肢体动作信息、现实场景信息和康复训练计划信息；

游戏管理模块：用于根据康复训练计划信息从预设的康复训练游戏库中选取康复训练游戏；所述康复训练计划信息包括若干康复训练子计划，康复训练子计划对应康复训练游戏的不同关卡。

数据处理模块：用于将现实场景信息与康复训练游戏进行虚实场景融合，构建第一人称视角的病患肢体的训练动作场景，还用于将肢体动作信息作为康复训练游戏的输入信息与训练动作场景进行实时虚实结合得到图像信息，并将图像信息传递给AR眼镜；还用于根据肢体动作信息计算康复训练游戏的完成度；通过将患者的康复训练与AR游戏相结合,能够提高患者对康复训练的兴趣，并通过完成游戏的方式让病人严格按照医护人员制定的康复训练计划来进行康复训练，从而提高康复训练的效果。

外接显示模块：用于将数据处理模块处理的图像信息发送给外接显示器。外接显示器便于家属观看病人的锻炼情况，方便为病人提供鼓励支持，从而提高康复训练的效果。

训练评估模块：用于根据康复训练游戏的完成度和康复训练计划信息对康复训练计划进行完成度评估。便于将病人对康复训练计划的完成度进行量化和可视化，让病患能清晰地看到自己康复训练计划的成果，避免病人在没有目标没有成果的情况下，一直重复训练而感觉枯燥，从而导致康复训练效果不佳的问题。

完成度统计模块：用于在预设时间周期内，根据康复训练游戏不同关卡的完成度统计对应康复训练子计划的完成度信息；

康复评估模块：用于将完成度评估统计模块的完成度信息与设定的阈值进行比较，并根据比较结果进行康复评估；所述阈值包括不及格阈值、合格阈值、良好阈值和优秀阈值，所述康复评估包括不及格、合格、良好、优秀和完美。若完成度信息小于不及格阈值，康复评估为不及格；若完成度信息大于等于不及格阈值且小于合格阈值，康复评估为合格；若完成度信息大于等于合格阈值且小于良好阈值，康复评估为良好；若完成度信息大于等于良好阈值且小于优秀阈值，康复评估为优秀；若完成度信息大于优秀阈值，康复评估为完美。

康复评估模块的设置，便于量化评估病人的康复情况，使得病人能够清楚得知自己长时间努力锻炼的结果，提供一个信息反馈，避免病人在没有目标没有成果的情况下，一直重复训练而感觉枯燥，从而导致康复训练效果不佳的问题。

难度调节模块：用于根据康复评估调整康复训练游戏的游戏难度。例如将康复评估为不及格、合格的病人对应的康复训练游戏的难度下调，将康复评估为优秀和完美的病人对应的康复训练游戏的难度上调。

难度调节模块的设置便于康复评估来调整康复训练游戏的游戏难度，避免游戏过难或过于简单，导致病人的兴趣降低。而且仅需家属陪同即可，解决了传统康复训练设备需要专门的治疗师指导，导致康复训练医疗成本比较高的问题。本方案支持居家医疗，自我康复，设备小巧、易携带，价格低廉，医疗成本低，满足普通人群需求，能有效地缓解当前康复科室医疗资源紧张的状况。

一种基于AR技术的康复训练方法，所述方法应用于上述系统，具体包括以下步骤：

数据存储步骤：接收并存储患者的肢体动作信息、现实场景信息和康复训练计划信息；

游戏管理步骤：根据康复训练计划信息从预设的康复训练游戏库中选取康复训练游戏；

数据处理步骤：将现实场景信息与康复训练游戏进行虚实场景融合，构建第一人称视角的病患肢体的训练动作场景，还用于将肢体动作信息作为康复训练游戏的输入信息与训练动作场景进行实时虚实结合得到图像信息，并将图像信息传递给AR眼镜；还用于根据肢体动作信息计算康复训练游戏的完成度；

外接显示步骤：将数据处理步骤处理的图像信息发送给外接显示器。

训练评估步骤：根据康复训练游戏的完成度和康复训练计划信息对康复训练计划进行完成度评估。

完成度统计步骤：在预设时间周期内，根据康复训练游戏不同关卡的完成度统计对应康复训练子计划的完成度信息；

康复评估步骤：将完成度评估统计步骤的完成度信息与设定的阈值进行比较，并根据比较结果进行康复评估；所述阈值包括不及格阈值、合格阈值、良好阈值和优秀阈值，所述康复评估包括不及格、合格、良好、优秀和完美；若完成度信息小于不及格阈值，康复评估为不及格；若完成度信息大于等于不及格阈值且小于合格阈值，康复评估为合格；若完成度信息大于等于合格阈值且小于良好阈值，康复评估为良好；若完成度信息大于等于良好阈值且小于优秀阈值，康复评估为优秀；若完成度信息大于优秀阈值，康复评估为完美。

难度调节步骤：根据康复评估调整康复训练游戏的游戏难度。例如将康复评估为不及格、合格的病人对应的康复训练游戏的难度下调，将康复评估为优秀和完美的病人对应的康复训练游戏的难度上调。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (7)

1.基于AR技术的康复训练系统，其特征在于：包括动作传感器、AR眼镜和服务器，所述动作传感器固定设置在患者的病患肢体上，用于采集患者的肢体动作信息并与服务器通信连接；AR眼镜包括摄像头，用于实时采集现实场景信息并与服务器通信连接；所述服务器包括：

数据存储模块：用于接收并存储患者的肢体动作信息、现实场景信息和康复训练计划信息；

游戏管理模块：用于根据康复训练计划信息从预设的康复训练游戏库中选取康复训练游戏；

数据处理模块：用于将现实场景信息与康复训练游戏进行虚实场景融合，构建第一人称视角的病患肢体的训练动作场景，还用于将肢体动作信息作为康复训练游戏的输入信息与训练动作场景进行实时虚实结合得到图像信息，并将图像信息传递给AR眼镜；还用于根据肢体动作信息计算康复训练游戏的完成度；

训练评估模块：用于根据康复训练游戏的完成度和康复训练计划信息对康复训练计划进行完成度评估。

2.根据权利要求1所述的基于AR技术的康复训练系统，其特征在于：所述服务器还包括：

外接显示模块：用于将数据处理模块处理的图像信息发送给外接显示器。

3.根据权利要求1所述的基于AR技术的康复训练系统，其特征在于：所述康复训练计划信息包括若干康复训练子计划，康复训练子计划对应康复训练游戏的不同关卡，所述服务器还包括：

完成度统计模块：用于在预设时间周期内，根据康复训练游戏不同关卡的完成度统计对应康复训练子计划的完成度信息；

康复评估模块：用于将完成度评估统计模块的完成度信息与设定的阈值进行比较，并根据比较结果进行康复评估；所述阈值包括不及格阈值、合格阈值、良好阈值和优秀阈值，所述康复评估包括不及格、合格、良好、优秀和完美；

难度调节模块：用于根据康复评估调整康复训练游戏的游戏难度。

4.根据权利要求1所述的基于AR技术的康复训练系统，其特征在于：所述动作传感器为角度传感器或带有角度的多轴传感器。

5.基于AR技术的康复训练方法，其特征在于：包括以下步骤：

数据存储步骤：接收并存储患者的肢体动作信息，AR眼镜采集的现实场景信息，以及病患信息和康复训练计划信息；

游戏管理步骤：根据康复训练计划信息从预设的康复训练游戏库中选取康复训练游戏；

数据处理步骤：将现实场景信息与康复训练游戏进行虚实场景融合，构建第一人称视角的病患肢体的训练动作场景，再将肢体动作信息作为康复训练游戏的输入信息与训练动作场景进行实时虚实结合得到图像信息，并将图像信息传递给AR眼镜；根据肢体动作信息计算康复训练游戏的完成度；

训练评估步骤：根据康复训练游戏的完成度和康复训练计划信息对康复训练计划进行完成度评估。

6.根据权利要求5所述的基于AR技术的康复训练方法，其特征在于：还包括以下步骤：

外接显示步骤：将数据处理步骤处理的图像信息发送给外接显示器。

7.根据权利要求5所述的基于AR技术的康复训练方法，其特征在于：所述康复训练计划信息包括若干康复训练子计划，康复训练子计划对应康复训练游戏的不同关卡，所述方法还包括以下步骤：

完成度统计步骤：在预设时间周期内，根据康复训练游戏不同关卡的完成度统计对应康复训练子计划的完成度信息；

康复评估步骤：将完成度评估统计步骤的完成度信息与设定的阈值进行比较，并根据比较结果进行康复评估；所述阈值包括不及格阈值、合格阈值、良好阈值和优秀阈值，所述康复评估包括不及格、合格、良好、优秀和完美；

难度调节步骤：根据康复评估调整康复训练游戏的游戏难度。

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