CN115671706A - 一种用于认知障碍的vr游戏训练系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于认知障碍的VR游戏训练系统，包括用户端、VR传感设备和测试训练子系统；测试训练子系统包括信息采集模块、认知障碍评估模块和VR控制模块，认知障碍评估模块接收并处理信息采集模块采集到的用户信息，通过设置标准模型与信息进行对比得到认知障碍测试结果，根据认知障碍测试结果进行相应的VR游戏训练；同时，VR控制模块能够在认知障碍测试以及VR游戏训练过程中通过获取脑电波信息控制VR场景的变换，使得播放的场景能够更为有效的适应用户当前的状态。本发明利用脑电波技术与VR技术相结合，使VR环境主动与患者互动，为用户提供更为有效的场景元素，实现沉浸式VR游戏训练。

Description

一种用于认知障碍的VR游戏训练系统

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，尤其涉及一种用于认知障碍的VR游戏训练系统。

背景技术

认知是人脑接受外界信息，经过加工处理，转换成内在的心理活动，从而获取知识或应用知识的过程。它包括记忆、语言、视空间、执行、计算和理解判断等方面。认知障碍是指上述几项认知功能中的一项或多项受损，可以不同程度影响患者的社会功能和生活质量，严重时甚至导致患者死亡。神经系统退行性疾病、心血管疾病、营养代谢障碍、感染、外伤、肿瘤、药物滥用等多种原因均可导致认知功能障碍。认知训练是指通过对不同认知域和认知加工过程的训练来提升认知功能、增加认知储备。随着传感器技术、穿戴式技术、机器人技术、人机交互技术以及3D游戏动画技术的快速发展，全球从事医学康复相关研究的学者以及医疗第一线的医师或治疗师，纷纷尝试利用并整合上述的科技，以虚拟现实(VR)技术为学理基础，并融入以用户(病患)为中心的设计概念，运用人机接口所提供的互动模式及策略，进行各式诊断治疗工具的开发。

然而目前，对于认知障碍诊断及训练过程中VR场景的控制方式，一般采用体感传感器的方式，在身体的各个部位佩带方位传感器，当用户身体出现姿态变化时，将姿态变化所对应的指令发送给虚拟现实系统，从而为用户提供仿真的控制体验，比如通过检测用户手部、脚部、头部的姿态，对虚拟现实中的角色进行控制。由于目前的控制方式一般是局限动作控制，控制方式较为单一，不能提供更为有效的用户场景体验。

因此，如何提出一种用于认知障碍的VR游戏训练系统，在认知障碍测试以及VR游戏训练过程中提供更为有效地用户场景体验，是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明通过提供了一种用于认知障碍的VR游戏训练系统，用以在认知障碍测试以及VR游戏训练过程中提供更为有效的用户场景体验，使VR环境主动与患者互动，实现沉浸式VR游戏训练。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案，包括：

一种用于认知障碍的VR游戏训练系统，包括用户端、VR传感设备和测试训练子系统；

所述用户端用于根据用户需求选择相应的模式；所述VR传感设备用于监测用户信息并将所述用户信息传输至测试训练子系统；所述测试训练子系统根据用户端的用户选择结果以及所述用户信息进行认知障碍检测/VR游戏训练；

所述测试训练子系统包括信息采集模块、认知障碍评估模块和VR控制模块，两两之间通信连接；

所述信息采集模块包括动作采集单元、语音采集单元和脑电波采集单元，将采集到的动作、语音信息和脑电波信息分别传输至认知障碍评估模块和VR控制模块；

所述认知障碍评估模块包括信息特征提取单元、分析单元和储存单元，所述信息特征提取单元用于进行动作信息以及语音信息的特征提取，获得特征信息；分析单元根据所述特征信息进行认知障碍检测；所述存储单元用于储存用户的认知障碍检测分析数据；

VR控制模块包括VR场景控制单元、VR游戏训练单元和VR训练评估单元，所述VR场景控制单元中预先设置脑电波信息与VR场景元素的对应关系表，用于根据采集到的脑电波信息查找相对应的虚拟场景元素并修改认知障碍检测/VR游戏训练过程中即将出现的场景信息；所述VR游戏训练单元用于根据所述分析单元的分析结果选择相应的VR游戏进行训练；所述VR训练评估单元用于获得用户的训练评估报告，并将本次训练评估报告和上次评分进行比较分析，得到用户病情变化趋势。

优选的，所述用户端包括认知障碍检测模式和VR游戏训练模式，用户可根据实际需要进行选择，已经诊断为认知障碍的用户可直接选择VR游戏训练模式进行VR游戏训练。

优选的，所述VR传感设备包括操作手柄、VC头戴显示器、麦克风以及用于获取脑电波信息的脑电波头盔。

优选的，所述特征信息提取单元的动作信息特征提取包括将所述动作信息分为头部动作信息、手部动作信息和腿部动作信息；并将头部动作信息、手部动作信息和腿部动作信息均进行数据化处理，综合形成动作特征信息；语音信息特征提取包括将语音转换为文本，保留语速以及停顿特征信息并进行数据化处理，综合形成语音特征信息。

优选的，所述分析单元设置有标准模型，包括动作标准模型和语言标准模型，所述动作标准模型根据非障碍人群的动作特征信息生成；所述语言标准模型根据非认知障碍人群的语音特征信息生成；

所述分析单元用于将所述动作特征信息和所述语音特征信息分别与所述动作标准模型和语言标准模型进行比对；当比对结果是特征信息与标准模型的符合程度小于100％，大于90％时，则输出分析结果为非认知障碍；当对比结果是特征信息与标准模型的符合程度小于90％，大于30％时，分析结果是待优选的诊断；当对比结果与所述非认知障碍人群的标准的标准模型的符合程度小于30％时，则输出分析结果为相应的认知障碍类型。

优选的，所述场景元素信息包括背景音乐、背景颜色以及背景画面。

优选的，所述脑电波信息与VR场景元素的对应关系表是通过获取多个用户对于不同场景元素或者不同场景元素组合所对应的脑电波信息，根据获取的多个用户的脑电波信息取平均值，建立所述脑电波信息与VR场景元素的对应关系表。

优选的，所述VR游戏训练单元包括记忆障碍类游戏、语言障碍类游戏、动作障碍类游戏以及综合训练类游戏，根据不同的障碍类型进行对应的训练。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明提供的一种用于认知障碍的VR游戏训练系统，至少具有如下技术效果或优点：

1、设置VR场景控制单元，采集用户的脑电波信息，并根据预先设定的脑电波信息与VR场景元素的对应关系表修改认知障碍检测/VR游戏训练过程中即将出现的场景信息，使VR场景主动与患者互动，播放的场景能够更为有效的适应用户当前的状态，有利于为用户提供更为有效的场景元素。

2、在分析单元设置动作标准模型以及语音标准模型，将相应的特征信息传输至分析单元与对应的标准模型进行分析比对，输出诊断结果，实现更高效和更准确的认知障碍诊断。

附图说明

图1为本发明一种用于认知障碍的VR游戏训练系统的系统框架图。

具体实施方式

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

本发明实施例提出一种用于认知障碍的VR游戏训练系统，如图1所示，包括用户端、VR传感设备和测试训练子系统；

用户端用于根据用户需求选择相应的模式；VR传感设备用于监测用户信息并将用户信息传输至测试训练子系统；测试训练子系统根据用户端的用户选择结果以及用户信息进行认知障碍检测/VR游戏训练；

测试训练子系统包括信息采集模块、认知障碍评估模块和VR控制模块，两两之间通信连接；

信息采集模块包括动作采集单元、语音采集单元和脑电波采集单元，将采集到的动作、语音信息和脑电波信息分别传输至认知障碍评估模块和VR控制模块；

认知障碍评估模块包括信息特征提取单元、分析单元和储存单元，信息特征提取单元用于进行动作信息以及语音信息的特征提取，获得特征信息；特征信息提取单元的动作信息特征提取包括将动作信息分为头部动作信息、手部动作信息和腿部动作信息；并将头部动作信息、手部动作信息和腿部动作信息均进行数据化处理，综合形成动作特征信息；语音信息特征提取包括将语音转换为文本，提取语速以及停顿特征信息并进行数据化处理，综合形成语音特征信息。

分析单元根据特征信息进行认知障碍检测；其中，分析单元设置有标准模型，包括动作标准模型和语言标准模型，动作标准模型根据非障碍人群的动作特征信息生成；语言标准模型根据非认知障碍人群的语音特征信息生成；

将动作特征信息和语音特征信息分别与动作标准模型和语言标准模型进行比对；当比对结果是特征信息与标准模型的符合程度小于100％，大于90％时，则输出分析结果为非认知障碍；当对比结果是特征信息与标准模型的符合程度小于90％，大于30％时，分析结果是待进一步诊断；当对比结果与非认知障碍人群的标准的标准模型的符合程度小于30％时，则输出分析结果为相应的认知障碍类型；

存储单元用于储存用户的认知障碍检测分析数据。

VR控制模块包括VR场景控制单元、VR游戏训练单元和VR训练评估单元，VR场景控制单元中预先设置脑电波信息与VR场景元素的对应关系表，用于根据采集到的脑电波信息查找相对应的虚拟场景元素并修改认知障碍检测/VR游戏训练过程中即将出现的场景信息；VR游戏训练单元用于根据分析单元的分析结果选择相应的VR游戏进行训练；VR训练评估单元用于获得用户的训练评估报告，并将本次训练评估报告和上次评分进行比较分析，得到用户病情变化趋势。

进一步，用户端包括认知障碍检测模式和VR游戏训练模式，用户可根据实际需要进行选择，已经诊断为认知障碍的用户可直接选择VR游戏训练模式进行VR游戏训练。

进一步，VR传感设备包括操作手柄、VC头戴显示器、麦克风以及用于获取脑电波信息的脑电波头盔。

进一步，场景元素信息包括背景音乐、背景颜色以及背景画面。

进一步，脑电波信息与VR场景元素的对应关系表是通过获取多个用户对于不同场景元素或者不同场景元素组合所对应的脑电波信息，根据获取的多个用户的脑电波信息取平均值，建立脑电波信息与VR场景元素的对应关系表。

通过对多个用户进行数据的采集与统计，通过设定多个VR场景元素，将每个VR场景元素单独由多个用户进行使用体验，采集体验的用户的脑电波信息，去掉处于最高强度和最低强度的脑电波信息后，对其它脑电波信息取平均值，即可得到单独的VR场景元素所对应的脑电波信息；对于不同类型的VR场景元素，比如背景画面的颜色和背景音乐，可以通过排列组合的方式，得到不同组合所对应的用户的脑电波信息，建立脑电波信息与VR场景元素组合的对应关系。

进一步，VR游戏训练单元包括记忆障碍类游戏、语言障碍类游戏、动作障碍类游戏以及综合训练类游戏，根据不同的障碍类型进行对应的训练。

本发明用户在用户端选择相应的模式后进行相应的测试或训练。

选择认知障碍检测模式时，用户佩戴好VR传感设备，将监测到的动作等信息传输到认知障碍评估模块中的信息特征提取单元进行特征提取，获得特征信息并传输至分析单元与其中的标准模型进行对比，输出诊断结果，当用户诊断为认知障碍时，用户可选择是否进入VR控制模块中的VR游戏训练单元进行相应类型的训练。

选择VR游戏训练模式时，用户直接进行游戏训练，信息采集模块通过VR传感设备获取用户训练过程中的动作、语言等信息，评估模块记录训练过程中的数据并生成训练评估报告，并将本次训练评估报告和上次评分进行比较分析，得到用户病情变化趋势。

值得注意的是，在进行认知障碍检测或VR游戏训练时，VR场景控制模块会根据采集到的脑电波信息控制VR场景的变换，根据预先得到的脑电波信息与VR场景元素的关系对应表修改即将出现的VR场景，使VR场景主动与患者互动，播放的场景能够更为有效的适应用户当前的状态，有利于为用户提供更为有效的场景元素。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种用于认知障碍的VR游戏训练系统，其特征在于，包括用户端、VR传感设备和测试训练子系统；

所述用户端用于根据用户需求选择相应的模式；所述VR传感设备用于监测用户信息并将所述用户信息传输至测试训练子系统；所述测试训练子系统根据用户端的用户选择结果以及所述用户信息进行认知障碍检测/VR游戏训练；

所述测试训练子系统包括信息采集模块、认知障碍评估模块和VR控制模块，两两之间通信连接；

所述信息采集模块包括动作采集单元、语音采集单元和脑电波采集单元，将采集到的动作、语音信息和脑电波信息分别传输至认知障碍评估模块和VR控制模块；

所述认知障碍评估模块包括信息特征提取单元、分析单元和储存单元，所述信息特征提取单元用于进行动作信息以及语音信息的特征提取，获得特征信息；分析单元根据所述特征信息进行认知障碍检测；所述存储单元用于储存用户的认知障碍检测分析数据；

所述VR控制模块包括VR场景控制单元、VR游戏训练单元和VR训练评估单元，所述VR场景控制单元中预先设置脑电波信息与VR场景元素的对应关系表，用于根据采集到的脑电波信息查找相对应的虚拟场景元素并修改认知障碍检测/VR游戏训练过程中即将出现的场景信息；所述VR游戏训练单元用于根据所述分析单元的分析结果选择相应的VR游戏进行训练；所述VR训练评估单元用于获得用户的训练评估报告，并将本次训练评估报告和上次评分进行比较分析，得到用户病情变化趋势。

2.根据权利要求1所述的一种用于认知障碍的VR游戏训练系统，其特征在于，所述用户端包括认知障碍检测模式和VR游戏训练模式。

3.根据权利要求1所述的一种用于认知障碍的VR游戏训练系统，其特征在于，所述VR传感设备包括操作手柄、VC头戴显示器、麦克风以及用于获取脑电波信息的脑电波头盔。

4.根据权利要求1所述的一种用于认知障碍的VR游戏训练系统，其特征在于，所述特征信息提取单元的动作信息特征提取包括将所述动作信息分为头部动作信息、手部动作信息和腿部动作信息；并将头部动作信息、手部动作信息和腿部动作信息均进行数据化处理，综合形成动作特征信息；语音信息特征提取包括将语音转换为文本，保留语速以及停顿特征信息并进行数据化处理，综合形成语音特征信息。

5.根据权利要求1所述的一种用于认知障碍的VR游戏训练系统，其特征在于，所述分析单元设置有标准模型，包括动作标准模型和语言标准模型，所述动作标准模型根据非障碍人群的动作特征信息生成；所述语言标准模型根据非认知障碍人群的语音特征信息生成；

所述分析单元用于将所述动作特征信息和所述语音特征信息分别与所述动作标准模型和语言标准模型进行比对；当比对结果是特征信息与标准模型的符合程度小于100％，大于90％时，则输出分析结果为非认知障碍；当对比结果是特征信息与标准模型的符合程度小于90％，大于30％时，分析结果是待进一步诊断；当对比结果与所述非认知障碍人群的标准的标准模型的符合程度小于30％时，则输出分析结果为相应的认知障碍类型。

6.根据权利要求1所述的一种用于认知障碍的VR游戏训练系统，其特征在于，所述场景元素信息包括背景音乐、背景颜色以及背景画面。

7.根据权利要求1所述的一种用于认知障碍的VR游戏训练系统，其特征在于，所述脑电波信息与VR场景元素的对应关系表是通过获取多个用户对于不同场景元素或者不同场景元素组合所对应的脑电波信息，根据获取的多个用户的脑电波信息取平均值，建立所述脑电波信息与VR场景元素的对应关系表。

8.根据权利要求1所述的一种用于认知障碍的VR游戏训练系统，其特征在于，所述VR游戏训练单元包括记忆障碍类游戏、语言障碍类游戏、动作障碍类游戏以及综合训练类游戏，根据不同的障碍类型进行对应的训练。

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