CN116059600A - 一种基于互动投影的康复训练装置、训练方法及评估系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于康复训练技术领域，具体涉及一种基于互动投影的康复训练装置、训练方法及评估系统，所述训练方法包括：将互动视频投影在康复训练场地上；患者根据投影的互动视频进行训练，同时播放语音提醒；雷达捕捉患者每个训练动作并产生相应的信号传递至处理设备，处理设备判断训练动作完成的是否合格，若是，则进入下一训练动作，若否，则语音提醒患者再次训练；当患者完成若干训练动作组成的一套训练后，处理设备对此次训练进行评价并出具评价报告。本发明通过互动视频投影的方式，使患者能够实时看到训练动作，感官极佳，能够极大调动患者训练的积极性，无需康复指导师人工干预，降低康复指导师的劳动强度。

Description

一种基于互动投影的康复训练装置、训练方法及评估系统
技术领域
本发明属于康复训练技术领域，具体涉及一种基于互动投影的康复训练装置、训练方法及评估系统。
背景技术
由于一些疾病因素或者交通事故、外伤等因素导致的肢体损伤的患者，往往局部肢体或者全身活动不便，极大影响患者的身体健康和日常生活。根据医学理论和临床医学研究，这类肢体损伤的患者除了进行早期药物治疗和手术治疗外，还有必要进行科学、准确、适当的肢体康复训练。
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，通过康复训练可以预防肌肉萎缩和挛缩，恢复肢体的运动能力，维持良好的心肺功能。并且可以加强关节的稳定性，改善伤部组织的代谢与营养，加速损伤的愈合，使机体能量代谢趋于平衡，缩短伤愈后恢复锻炼所需的时间。
现有的康复训练设备大多大多为纯机械式，康复训练的项目比较单一，康复训练者只能完成特定的训练动作，训练效果具有较大的局限性。后来人们开发出了智能化的康复训练设备，例如现有技术CN110639178B公开的一种康复训练方法、装置、康复训练设备和介质，所述康复训练方法包括：接收用户的运动模式，获取所述运动模式对应的第一预设运动状态，当所述用户进行预设康复训练时，获取所述预设康复训练对应的用户实际运动状态，基于所述第一预设运动状态和所述用户实际运动状态，确定所述预设康复训练对应的实际等效辅助力，基于所述实际等效辅助力，引导所述用户进行所述预设康复训练；解决了现有技术中医疗康复训练效果低的技术问题。但是该康复训练装置及方法，和用户没有互动体验，训练过程枯燥，无法调动用户训练的积极性，容易导致用户被动训练，康复训练者很容易对康复训练产生厌烦情绪。
综上所述，本发明提供一种基于互动投影的康复训练装置、训练方法及评估系统。
发明内容
为了解决现有技术中康复训练装置、方法训练过程枯燥，导致用户训练积极性不高的技术问题，本发明提供一种基于互动投影的康复训练装置、训练方法及评估系统。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种基于互动投影的康复训练方法，包括以下步骤：
S1、将互动视频投影在康复训练场地上；
S2、患者根据投影的互动视频进行训练，同时播放语音提醒；
S3、雷达捕捉患者每个训练动作并产生相应的信号传递至处理设备，处理设备判断训练动作完成的是否合格，若是，则进入下一训练动作，若否，则语音提醒患者再次训练；
S4、当患者完成若干训练动作组成的一套训练后，处理设备对此次训练进行评价并出具评价报告。
进一步地，还包括在训练之前，建立雷达回波信号分类器。
更进一步地，利用示例动作构件雷达回波信号分类器：将互动视频投影在康复训练场地上，康复指导师根据互动视频进行动作训练，展示标准动作；雷达对每个标准动作进行探测和跟踪；得到标准动作的雷达回波信号，将所有标准动作的雷达回波信号构件分类器；之后对标准动作的雷达回波信号处理得到数据矩阵，对数据矩阵进行短时傅里叶变换，得到具有人体行为特征的时间-频率谱图；对数据矩阵进行快速傅里叶变换，得到具有人体距离特征的时间-距离谱图；并将分类器中的雷达回波信号与相应信号下的人体行为特征和人体距离特征建立一一对应关系。
更进一步地，步骤S3包括：
S301、使用雷达传感器对不同动作状态下的人体目标进行探测和跟踪；
S302、雷达发出的发射波与人体动作相调制，得到具有人体行为信息的雷达回波信号，对雷达回波信号进行处理，得到多周期多频率的数据矩阵S；
S303、对数据矩阵S进行短时傅里叶变换，得到具有人体行为特征的时间-频率谱图；
S304、对数据矩阵S进行快速傅里叶变换，得到具有人体距离特征的时间-距离谱图；
S305、通过时间-频率谱图提取人体行为特征，通过时间-距离谱图提取人体距离特征；
S306、根据步骤S305中提取的人体行为特征和人体距离特征，与分类器中的标准动作进行对比，并判断、输出训练动作结果。
更进一步地，步骤S302中对雷达回波信号进行去直流、抑制杂波处理，得到一个M×N的多周期、多频率的数据矩阵S。
更进一步地，步骤S305中通过二维卷积神经网络处理时间-频率谱图；通过长短期记忆网络处理时间-距离谱图。
更进一步地，步骤S306中通过高斯混合模型实现人体动作的分类和识别。
本发明还提供一种基于互动投影的康复训练评估系统，采用上述康复训练方法，包括：
环境选择模块：用于选择合适的训练环境；
训练模式选择模块：用于选择难易程度不同的训练模块；
训练环境搭建模块：用于将互动视频投影到训练场地上；
雷达感应模块：用于捕捉训练动作，并将探测信号传递至互动软件模块；
互动软件模块：用于接受雷达感应模块传输的信号，并进行分析处理，并发出给出下一动作的指令；
评估分析模块：用于对整个康复训练过程进行分析处理，并输出康复评估报告。
进一步地，康复训练评估系统还包括语音反馈模块，用于播放互动软件发出的指令，并播放语音提醒。
本发明还提供一种基于互动投影的康复训练装置，采用上述康复训练方法，包括：投影仪、雷达、计算机、语音播放设备，投影仪、雷达、语音播放设备均与计算机连接；计算机中存储互动视频，投影仪用于将互动视频投影到康复训练场地上；雷达用于捕捉训练动作，并将探测信号传递至计算机；同时语音播放设备提供语音播放功能；计算机对雷达采集的信号进行处理，并判断训练动作是否合格，以及输出评价报告。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明通过互动视频投影的方式，使患者能够实时看到训练动作，感官极佳，能够极大调动患者训练的积极性。并且通过处理设备进行动作评估，无需康复指导师人工干预，降低康复指导师的劳动强度。并且能够根据患者表现实时调整训练动作，使得训练过程具有监督、督促作用，训练效果更加。
附图说明
图1为本发明康复训练方法的流程图。
图2为本发明康复训练评估系统的结构框图。
图3为本发明康复训练装置的结构框图。
具体实施方式
下面将结合附图说明对本发明的技术方案进行清楚的描述，显然，所描述的实施例并不是本发明的全部实施例，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他实施例，都属于本发明的保护范围。
本发明提供一种基于互动投影的康复训练方法，主要步骤如图1所示，包括以下步骤：
S1、建立雷达回波信号分类器：利用示例动作构件雷达回波信号分类器：将互动视频投影在康复训练场地上，康复指导师根据互动视频进行动作训练，展示标准动作；雷达对每个标准动作进行探测和跟踪；得到标准动作的雷达回波信号，将所有标准动作的雷达回波信号构件分类器；之后对标准动作的雷达回波信号处理得到数据矩阵，对数据矩阵进行短时傅里叶变换，得到具有人体行为特征的时间-频率谱图；对数据矩阵进行快速傅里叶变换，得到具有人体距离特征的时间-距离谱图；并将分类器中的雷达回波信号与相应信号下的人体行为特征和人体距离特征建立一一对应关系。
S2、通过投影仪将具有训练动作的定制互动视频投影在康复训练场地上，具体地，可以投影到平整墙面或者竖直设置的投影布或者平整地面；
S3、患者站立在适当位置，根据投影的互动视频进行训练，互动视频中包含若干固定画面的训练动作，而是否继续下一训练动作的播放需要依据当前训练动作的训练结果决定；同时播放语音提醒，语音提醒内容包括不限于：提醒患者进行动作训练，提醒患者固定，提醒患者站立位置偏离视野等等；
S4、雷达捕捉患者每个训练动作并产生相应的信号传递至处理设备，处理设备判断训练动作完成的是否合格，若是，则进入下一训练动作，若否，则语音提醒患者再次训练；
具体步骤包括：
使用雷达传感器对不同动作状态下的人体目标进行探测和跟踪；
雷达发出的发射波与人体动作相调制，得到具有人体行为信息的雷达回波信号，对雷达回波信号进行去直流、抑制杂波处理，得到一个M×N的多周期、多频率的数据矩阵S；
对数据矩阵S进行短时傅里叶变换，得到具有人体行为特征的时间-频率谱图；对数据矩阵S进行快速傅里叶变换，得到具有人体距离特征的时间-距离谱图；使用二维卷积神经网络处理时间-频率谱图提取人体行为特征，使用长短期记忆网络处理时间-距离谱图提取人体距离特征；
将人体行为特征和人体距离特征输入到分类器中，通过高斯混合模型与分类器中的标准动作进行对比，并判断、输出训练动作结果，评估训练动作是否合格。
S5、当患者完成若干训练动作组成的一套训练后，处理设备对此次训练进行评价并出具评价报告；评价报告中指出哪些动作需要加强训练，哪些动作已经熟练，引导患者进行针对性的加强训练。
本发明还提供一种基于互动投影的康复训练评估系统，采用上述康复训练方法，如图2所示，包括：
环境选择模块：能够根据康复训练患者的行动动能的评定结果，选择合适的训练环境；例如，步行训练环境包括平地直行环境、平地转弯环境、平地绕圈环境中的一种或多种。
训练模式选择模块：用于选择难易程度不同的训练模块，训练模块包括容易、中等、较难和自定义等模式；
训练环境搭建模块：用于将互动视频投影到训练场地上，使得患者能够近距离观察到大比例画面，调动患者训练积极性；
雷达感应模块：用于捕捉训练动作，并将探测信号传递至互动软件模块；
互动软件模块：用于接受雷达感应模块传输的信号，并进行分析处理，并发出给出下一动作的指令；
语音反馈模块：用于播放互动软件发出的指令，并播放语音提醒；
评估分析模块：用于对整个康复训练过程进行分析处理，并输出康复评估报告。
本发明还提供一种基于互动投影的康复训练装置，采用上述康复训练方法，如图3所示，包括：投影仪、雷达、计算机、语音播放设备，投影仪、雷达、语音播放设备均与计算机连接；计算机中存储互动视频，投影仪用于将互动视频投影到康复训练场地上；雷达用于捕捉训练动作，并将探测信号传递至计算机；同时语音播放设备提供语音播放功能；计算机对雷达采集的信号进行处理，并判断训练动作是否合格，以及输出评价报告。
本发明基于互动投影的康复训练，解决了现有康复训练装置训练方式呆板、枯燥、成本过高等问题，并且无需康复指导师的接入，患者可自行进行训练，训练自由度提高，并且减少了患者支付的成本。本发明采用计算机进行训练结果评估，避免人工评估导致的主观误差，使得评估结果准确有效。本发明中可以选择不同的训练模式，并且可以根据患者实际需要进行个性化定制的训练模式，提高训练效果。
以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种基于互动投影的康复训练方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将互动视频投影在康复训练场地上；
S2、患者根据投影的互动视频进行训练，同时播放语音提醒；
S3、雷达捕捉患者每个训练动作并产生相应的信号传递至处理设备，处理设备判断训练动作完成的是否合格，若是，则进入下一训练动作，若否，则语音提醒患者再次训练；
S4、当患者完成若干训练动作组成的一套训练后，处理设备对此次训练进行评价并出具评价报告。
2.根据权利要求1所述的康复训练方法，其特征在于，还包括在训练之前，建立雷达回波信号分类器。
3.根据权利要求2所述的康复训练方法，其特征在于，利用示例动作构件雷达回波信号分类器：将互动视频投影在康复训练场地上，康复指导师根据互动视频进行动作训练，展示标准动作；雷达对每个标准动作进行探测和跟踪；得到标准动作的雷达回波信号，将所有标准动作的雷达回波信号构件分类器；之后对标准动作的雷达回波信号处理得到数据矩阵，对数据矩阵进行短时傅里叶变换，得到具有人体行为特征的时间-频率谱图；对数据矩阵进行快速傅里叶变换，得到具有人体距离特征的时间-距离谱图；并将分类器中的雷达回波信号与相应信号下的人体行为特征和人体距离特征建立一一对应关系。
4.根据权利要求3所述的康复训练方法，其特征在于，步骤S3包括：
S301、使用雷达传感器对不同动作状态下的人体目标进行探测和跟踪；
S302、雷达发出的发射波与人体动作相调制，得到具有人体行为信息的雷达回波信号，对雷达回波信号进行处理，得到多周期多频率的数据矩阵S；
S303、对数据矩阵S进行短时傅里叶变换，得到具有人体行为特征的时间-频率谱图；
S304、对数据矩阵S进行快速傅里叶变换，得到具有人体距离特征的时间-距离谱图；
S305、通过时间-频率谱图提取人体行为特征，通过时间-距离谱图提取人体距离特征；
S306、根据步骤S305中提取的人体行为特征和人体距离特征，与分类器中的标准动作进行对比，并判断、输出训练动作结果。
5.根据权利要求4所述的康复训练方法，其特征在于，步骤S302中对雷达回波信号进行去直流、抑制杂波处理，得到一个M×N的多周期、多频率的数据矩阵S。
6.根据权利要求4所述的康复训练方法，其特征在于，步骤S305中通过二维卷积神经网络处理时间-频率谱图；通过长短期记忆网络处理时间-距离谱图。
7.根据权利要求4所述的康复训练方法，其特征在于，步骤S306中通过高斯混合模型实现人体动作的分类和识别。
8.一种基于互动投影的康复训练评估系统，采用权利要求1-7任一项所述的康复训练方法，其特征在于，包括：
环境选择模块：用于选择合适的训练环境；
训练模式选择模块：用于选择难易程度不同的训练模块；
训练环境搭建模块：用于将互动视频投影到训练场地上；
雷达感应模块：用于捕捉训练动作，并将探测信号传递至互动软件模块；
互动软件模块：用于接受雷达感应模块传输的信号，并进行分析处理，并发出给出下一动作的指令；
评估分析模块：用于对整个康复训练过程进行分析处理，并输出康复评估报告。
9.根据权利要求8所述的康复训练评估系统，其特征在于，还包括语音反馈模块，用于播放互动软件发出的指令，并播放语音提醒。
10.一种基于互动投影的康复训练装置，采用权利要求1-7任一项所述的康复训练方法，其特征在于，包括：投影仪、雷达、计算机、语音播放设备，投影仪、雷达、语音播放设备均与计算机连接；计算机中存储互动视频，投影仪用于将互动视频投影到康复训练场地上；雷达用于捕捉训练动作，并将探测信号传递至计算机；同时语音播放设备提供语音播放功能；计算机对雷达采集的信号进行处理，并判断训练动作是否合格，以及输出评价报告。
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