CN113178241A - 一种vr康复训练系统 - Google Patents
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Abstract
本发明关于一种VR康复训练系统，特别是涉及一种虚拟现实（VR）技术与康复医疗器械结合应用的康复训练系统。所述VR康复训练系统包括：康复训练器械、VR装置、康复训练评估系统。其中，所述康复训练评估系统包括参数采集装置、计算机处理装置，所述康复训练评估系统还可以包括自我学习模块。本发明还包括一种VR康复训练场景构建系统，其特征是：所述场景构建系统包括场景定位装置、VR显示设备（2）、PC机（3）、场景展现显示屏（4）、人体部位传感器（5）和康复训练器械（6），其中，所述定位装置由场景定位传感器（1‑1）和场景定位传感器（1‑2）组成。
Description
技术领域
本发明涉及一种VR康复训练系统，特别是涉及一种虚拟现实（VR）技术与康复医疗器械结合应用的康复训练系统。
背景技术
虚拟现实（VR）技术是应用计算机产生一种模拟真实事物的虚拟环境 （如行走、取物等），并通过特定交互工具，如立体眼镜、传感手套等，使体验者“投入”到该环境，实现体验者与该虚拟环境直接进行自然交互的技术。虚拟现实系统除了一般计算机技术所具有的视觉感知外，还有听觉、力觉、运动感知，甚至包括味觉、嗅觉感知等。由于相关技术，特别是传感技术的限制，目前虚拟现实技术所具有的感知功能还仅限于视觉、力觉、触觉和运动等几种。虚拟现实系统能够使用户感到作为主角存在于模拟环境中的真实程度，如同现实世界中的感觉一样。
近年来，虚拟现实技术开始应用在肢体功能、言语康复训练中。其运用计算机和专业的软硬件显现仿真环境，实现在视、听、 触、动觉等方面的虚拟互动和反馈，使患者产生一种身临其境的感觉，让患者在虚拟环境中完成可控的功能性运动和操作，达到功能重建目的。虚拟现实技术不仅能够通过编制虚拟环境提高运动康复训练的趣味性，而且能够以形式多样的反馈不断激发并维持患者重复练习的兴趣。
但是，目前虚拟现实还基本上是从VR游戏出发，由计算机虚拟的一些游戏场景，康复训练者一般在平地上跟着虚拟游戏来做一些虚拟游戏中所规定的一些动作，并没有实际使用到康复器械。由于现成游戏是为健康人设计的，许多动作，患者无法模仿，或难于做到位。另外，有些病症患者，没有康复器械的帮助，连站立都有困难。
虽然有些VR技术康复训练系统具有康复训练器械，但大多数康复训练器械都是迁就虚拟的游戏内容，而且种类有限。不同病症患者不得不削足适履使用同一种康复训练器材。这种纯以VR或以VR为主的康复训练系统，训练效果不好。
发明内容
鉴于上述现有技术问题，根据本发明的一个方面，本发明提供了一种VR技术与实际康复训练器械紧密结合的一种康复训练系统。
根据本发明的一个方面，本发明还提供了一种以患者病情为中心，选择或特制的康复训练器械的VR康复训练系统。
根据本发明的一个方面，本发明还提供了一种以特定康复训练器械为主，VR游戏内容围绕特定康复训练器械编制，而建立的VR技术与康复医疗器械结合使用的功能训练系统。
根据本发明的一个方面，本发明还提供了一种具有评估系统的VR康复训练系统。
根据本发明的一个方面，本发明提供了一种康复训练VR场景构建系统。
现有技术的VR康复训练系统，一般是先选定一种VR游戏系统，让患者在平地上模仿VR游戏的动作进行康复训练，或者先选定VR游戏系统，再寻找与该VR游戏系统相适应的康复训练器械，最后让患者适应该器械和VR游戏。
本发明从患者的病症出发，寻找适应患者病症的康复训练器械，或针对患者病症的特殊性开发制造适应患者病症的康复训练器械，在此基础上用VR模拟患者所需要的康复训练动作。将康复训练器械与VR模拟动作结合，引导患者模仿，以达到康复训练的效果。
本发明基于实际康复训练器材和VR技术的情景灵活性，最大限度地让康复训练器材适用于不同病症的患者，让VR技术最大限度地适用于康复训练器械。
该系统结合实际康复训练器材的个体适应性和VR康复训练的灵活性优点，应用个性化的运动学参数来评估VR康复训练的效果。
本发明的VR技术与康复医疗器械结合使用的功能训练系统包括：康复训练器械、VR装置、康复训练评估系统。其中，VR装置与康复训练评估系统连接。本申请各装置之间的连接，既可以是有线连接，也可以是无线连接。
所述康复训练器械可采用传统相关的康复训练器械，也可以采用针对特殊病症新开发的康复训练器械，只是对不同病症，采用对应的康复训练器械。例如：对上肢康复训练，应采用上肢康复训练器材，例如划船训练器械、拉举器械等；对下肢康复训练，应采用下肢康复训练器材，如平行杆器械、医用跑台辅助步行器械等。为了适应患者的情况，康复器械的相关握手、支撑杆、吊带等可设计成高低或前后可调节的方式，最好是可电动调节方式，可由患者自己调节/或系统智能调节。
本发明的所述VR装置包括显示器和电脑主机。所述显示器可以是两个，一个为VR显示器，戴在患者头上，用以显示VR游戏场景，另一个为电脑主机显示器，用以显示游戏场景、游戏数据等；所述电脑主机，用以存储游戏软件并与本发明评估系统的计算机互动，依据评估系统的计算机传输的参数，选定相应的游戏软件，所述VR装置的电脑主机可以与评估系统的计算机共用一台主机，通过主界面上的按钮切换所需要的场景，也可以是相互连接的两台电脑主机，如果采用两台电脑主机，两者需要连接。
在本发明的一个实施例中，所述游戏节目软件根据不同的病症需求，设计成适用于特定病症康复训练的软件，例如；适用上肢训练的软件或适用下肢训练的软件，每种软件可设计若干种，不同种类的游戏软件应适应不同的康复训练器材，以针对性更强的游戏来达到更合理的训练。同一种类的游戏，如步行游戏，中可设计不同的场景，来增加使用者玩游戏的兴趣，达到主动、快乐的康复训练目的。如在本发明的部分实施例中，步行游戏可以设置为健身房步行场景，患者可以在器械读表（读表可以是VR虚拟的）上看到自己的训练结果；公园散步场景，患者可以转身避开遮阳伞、弯腰钻过假山门洞；雪山栈道场景，患者可以锻炼平衡、稳步的动作；以及森林越野场景，患者可以做避开水洼、石头障碍的锻炼。
所述康复训练评估系统包括参数采集装置和计算机处理装置。所述参数采集装置与所述计算机处理装置连接，将采集和记录的患者训练参数传送给所述计算机处理装置，用以分析使用者的康复训练情况；所述计算机处理装置与所述VR装置的计算机主机连接，以向VR装置的计算机主机发出指令，选择相关的游戏软件。
在本发明的一个实施例中，所述参数采集装置具有参数采集部件。
在本发明的一个实施例中，所述参数采集部件可以是常用的HTC-VIVE型传感器，所述传感器可以绑定在靠近患者病灶的位置，例如：在下肢训练时，靠近踝的位置；在上肢训练时，靠近腕关节位置，采集使用者的动作参数，例如速度、加速度、步幅、抬手高度、活动范围等参数。
所述计算机处理装置包括参数存储模块、参数处理模块和/或显示器。
所述参数存储模块可以存储和/或预存康复训练所希望的参数和信息。
例如，在本发明的一个实施例中，所述参数存储模块可以存储和/或预存两类参数和信息，第一类参数是患者病况评估功能参数；第二类参数是康复训练功能参数。
在本发明的一个实施例中，患者病况评估功能参数可以是，康复训练开始前由医生检查确定的病况参数或第一次患者试用本发明的康复训练系统，系统采集并确认的病况初始参数和/或病况分级参数和/或上次康复训练结束时存储的病况参数等。其他与患者病情有关的功能参数或信息也可依据需要进一步选择性地采集和存储和/或预存，例如病人病程的时间、年龄、身高、性别等参数。
在本发明的一个实施例中，所述康复训练功能参数可以包括训练阶段参数。所述训练阶段参数是指本系统依据病情的严重性制定的适合患者病情的从易到难循序渐进的几个康复训练阶段。例如，在本发明的一个实施例中，所述康复训练阶段参数是与患者初始病情参数相比较后而确定的康复训练开始的训练阶段。在本发明的另一个实施例中，所述康复训练阶段参数是与患者上次和/或上几次康复训练参数相比较后而确定的向上或向下变换康复训练阶段等级的参数。
在本发明的一个实施例中，所述康复训练参数还可以包括康复训练计划参数。所述训练计划参数是指本系统依据病情参数和所述训练阶段参数自动制定的康复恢复的时间安排，以供医生和患者参考执行。
所述计算机处理装置的参数处理模块，对采集的患者初始病况时动作参数，与计算机处理装置预存的康复阶段标准参数比对，对患者的病状进行分类，依据病状分类参数，来推荐初始游戏节目；在康复训练计划中，将所述参数采集装置采集的患者当前动作参数，与所述计算机处理装置的参数预存模块中存储的患者的最近一次或几次康复训练动作参数比较，和/或与康复阶段标准参数比对，来确定保持当前训练阶段或更换上一级或下一级训练阶段的游戏节目，并在训练后评估使用者训练前后的效果和训练后病症恢复的程度。
本发明所述评估系统还可以包括自我学习模块，该模块具备自我学习功能，通过游戏训练中，“学懂”患者的恢复情况，自动调节游戏的难易程度。
例如，在使用该系统时，所述自我学习模块，首先对患者进行身体状态和机能进行评估，在评估过程中记录：如身体前倾、后仰、左斜、右摆时，头部离开原点的距离；左、右腿单脚站立时间，抬脚高度等；固定距离往返过程中速度、步幅、转身时间等参数。在后续训练过程中，系统会自动给患者推荐初始参数，例如障碍物水洼宽度、障碍物石头高度、障碍物破损栈道间宽等。在训练的过程中，通过传感器，采集上述参数，所述评估系统计算机将其与设定的障碍物参数进行对比，调整障碍物参数，如采集到的抬腿高度远大于障碍物的高度，系统自动调高障碍物高度以增加难度，反之降低障碍物高度，且系统会记录患者当前次的训练参数，该患者下次再来康复训练时，系统直接推荐使用上次的训练参数。
本发明的VR康复训练系统还可以构建一个场景构建系统。该场景构建系统包括：一台或一套康复训练器械，该康复训练器械与本发明康复训练系统的康复训练器械为同一台/套康复训练器械；VR显示设备，所述VR显示设备可以是戴在患者头上的VR显示器，所述VR显示设备与本发明的VR装置为同一显示装置；场景定位装置，用以规划游戏区域和在训练场景中起定位作用，所述场景定位装置由至少两个场景定位传感器组成，即场景定位传感器1-1和场景定位传感器1-2；人体部位传感器（5），用以采集患者的运动学参数；电脑主机，用来接收、储存和处理人体部位传感器（5）采集的患者运动学参数，所述场景构建系统的电脑主机可以与评估系统的计算机共用一台电脑主机，也可以单独设立另外一台电脑主机，分别设立电脑主机时，场景构建系统的电脑主机需要与评估系统的计算机连接；显示屏，用以显示训练场景、训练参数、可视化数据，呈现给医护人员、陪同家属、参观人员等观看。
本发明基于VR康复训练的优点，结合实际康复训练器材，应用运动学参数来评估VR康复训练效果，与现有技术相比，其具有以下优势和创新性：
1，康复训练器械和VR虚拟游戏更适合患者的病情；
2，可实现人机交互的VR评估和训练系统，对康复训练结果进行科学的评估，为医护人员制定训练方案提供客观依据；
3，患者可操控系统，还可激发患者参与训练的积极性，同时也可以减轻医疗机构的人员成本；
4，本发明针对传统训练的简单枯燥无味，患者易疲劳等问题，结合康复训练器械、训练任务的等级设置，通过训练任务的设置，将枯燥的训练变成集娱乐与康复，让患者在娱乐中锻炼，提高患者训练效果，即在游戏中减少患者的心理压力，疏导负面情绪。
附图说明
结合附图，可以更好地理解本发明。但是附图仅仅是示例性的，不是对本发明的保护范围的限制。
图1示出的是本发明的场景构建系统。
图2示出的是本发明的VR技术与康复医疗器械的结合使用的功能训练系统的训练流程图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施例作进一步详述，但不构成对本发明的任何限制。
本发明以临床上肢和下肢康复评估和训练为基础，以传感器测定的运动学参数为切入点，结合康复训练器械，达到精准评估、快乐训练的目的。
图1示意性示出了本发明的VR技术与康复医疗器械结合使用的功能训练系统的场景构建系统。该系统包括场景定位传感器1-1和场景定位传感器1-2、VR显示设备（2）、PC机（3）、场景展现显示屏（4）、人体部位传感器（5）、康复器械（6）。其中，所述VR显示设备（2）也是VR装置的头显装置；所述PC机（3）与评估系统的计算机相连，或两者共用该PC机（3）；所述人体部位传感器（5）也是评估系统的参数采集部件；所述康复器械即是本发明康复训练系统的康复器械。
所述场景定位传感器1-1和场景定位传感器1-2，主要用于场景搭建，通过场景传感器，搭建患者在康复训练时的场景。所述VR显示设备（2）可包含有线头显和无线头显，图2所示的是有线头显，将VR游戏呈现给使用者，让使用者有一种身临其境的感觉，增强使用者玩游戏的趣味性。所述PC机（3）接收场景定位传感器1-1和场景定位传感器1-2的信号，搭建康复训练的视觉场景和人体部位传感器（5）采集的运动参数。所述人体部位传感器（5）连接至患者的下肢、肩、肘、腕，主要采集使用者的运动参数。所述场景展现显示屏（4）能够实时展现患者的运动数据。所述康复器械（6）为患者实际使用的康复训练器械。
如图2所示，本发明的VR技术与康复医疗器械的结合使用的功能训练系统的操作流程包括以下几个步骤。
第一步，启动系统；各环节初始化。
第二步，系统自检；系统检测程序完整性以及合法性。
第三步，医生端信息载入；医生会事先在医生端注册一个个人账号，来使用该系统。
第四步，系统判定后台存储是否有患者的病历资料，如果有，系统提示是否需要制定或修改训练方案，如果没有，医生需录入患者的病历资料，然后提示医生制定训练方案。
第五步，如果需要制定或者修改训练方案，医生在医生端界面选定游戏内容保存后，跳入第六步；如果不需要制定或修改训练方案直接跳入第六步。
第六步，依据评估系统界面语音、动作等提示，对患者情况进行评估，并将处理后的评估数据储存在本地，以待后续评估使用。
第七步，开始进行康复训练，依据游戏画面、语音提示等边游戏边训练。
第八步，训练的过程中采集患者的训练数据，并进行分析与处理。
第九步，第七步和第八步流程过程中，系统自学习系统开启，通过分析患者的训练数据，自动在患者训练过程中修改训练难度。
第十步，游戏完成，判断是否训练结束，如果是，当天训练结束，如果否，跳入第七步再次训练。
在本领域中，增加、减少或改变某一个相同或相类似的装置，增加、减少或改变某一个上述步骤，增加、减少或改变某一个参数，结果仅是在本发明功能效果的基础上增加、减少或改变相应的功能和效果，这些对本领域普通技术人员显而易见的变化，均在本发明的发明概念范围之内。
Claims (6)
1.一种VR康复训练系统，所述系统包括：康复训练器械、VR装置、康复训练评估系统。
2.一种根据权利要求1所述的VR康复训练系统，其中，所述康复训练评估系统包括参数采集装置、计算机处理装置，所述计算机处理装置与所述参数采集装置和所述VR装置有线或无线连接。
3.一种根据权利要求2所述的VR康复训练系统，其中，所述参数采集装置具有参数采集部件，所述参数采集部件是传感器，所述传感器可以绑定在靠近使用者病灶的位置，用以采集使用者的动作参数。
4.一种根据权利要求2所述的VR康复训练系统，其中，所述计算机处理装置包括参数存储模块、参数处理模块和/或显示器。
5.一种根据权利要求1所述的VR康复训练系统，其中，所述康复训练评估系统还可以包括自我学习模块。
6.一种VR康复训练场景构建系统，其特征是：所述场景构建系统包括场景定位装置、VR显示设备（2）、PC机（3）、场景展现显示屏（4）、人体部位传感器（5）和康复训练器械（6），其中，所述定位装置由场景定位传感器（1-1）和场景定位传感器（1-2）组成。
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2021
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