CN212394922U - 一种基于多维感官交互的颈椎运动评估与训练系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种基于多维感官交互的颈椎运动评估与训练系统，包括用于获取受训者颈椎三维运动的动态数据的信息采集子系统、用于获取信息采集子系统所得到的数据并形成直观的头部运动轨迹以反映受训者颈椎的运动情况的数据处理中心、以及用于进行颈椎康复训练的虚拟现实情景互动训练子系统。本实用新型具有可以对颈部运动功能进行科学评估、为制定训练方案提供客观依据、丰富的训练环境与临场的反馈信息、显著提高康复训练效率、增强训练效果的优点。

Description

一种基于多维感官交互的颈椎运动评估与训练系统

技术领域

本实用新型涉及临床颈椎运动评估与训练系统，具体涉及一种基于多维感官交互的颈椎运动评估与训练系统。

背景技术

颈椎病为一种常见性疾病，尤其是近几年来，发病率更高。颈椎病又称颈椎综合症的主要症状表现为：头痛、头晕、神志不清、失眠多梦、耳鸣眼花、干呕、恶心，易得面部神经麻痹症，肩颈部不适、酸麻胀，上肢麻木，双下肢无力，也有类似于冠心病症状的颈心病心悸心律不齐、脉搏迟沉、盗汗、身体虚弱，等等。

目前颈椎运动功能评估一般采用传统的量表体系，或引入量角器等工具测颈椎活动范围，或在测试者指令下进行静态评估与训练；这种方法评估的结果准确度不高，评估结果不能够进行量化体现，较为依赖测试者的经验积累，受训者的体验感较差，容易产生疲劳从而影响训练的效果。

正如我们所知道的，颈椎的运动是三维空间内的运动，预椎有三个运动轴(即冠状轴、矢状轴、垂直轴)和六个运动自由度，即三个角位移和三个线位移。三个线位移包括沿冠状轴方向的左右平移、沿矢状轴方向的前后平移以及沿垂直轴方向的压缩拉伸位移，三个角位移就是围绕三个运动轴的旋转，可分为屈伸运动、侧屈运动、旋转运动及环转运动。

通过对颈椎的运动进行跟踪，测量颈椎的生理性运动三维数据，能够便于实施更有效的训练方案，并且结合虚拟现实情景，以协助进行训练，便于更好的恢复；其中，虚拟现实情景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，使患者“投入”到该环境，实现患者与该虚拟环境直接进行自然交互的技术。

基于此，本申请提出一种能够获取受训者的颈椎三维运动信息、并且基于多维感官交互的颈椎运动评估与训练系统。

实用新型内容

针对现有技术的缺陷，本实用新型提供了一种基于多维感官交互的颈椎运动评估与训练系统，其具有可以对颈部运动功能进行科学评估、为制定训练方案提供客观依据、丰富的训练环境与临场的反馈信息、显著提高康复训练效率、增强训练效果的优点。

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种基于多维感官交互的颈椎运动评估与训练系统，包括：

信息采集子系统；

数据处理中心；以及

虚拟现实情景互动训练子系统；

其中，

信息采集子系统包括与受训者的头部保持同步运动的穿戴装置、用于测量受训者的颈椎三维运动信息的采集装置、以及信号预处理装置，采集装置安装在穿戴装置上，并且随着穿戴装置与受训者头部同步运动，信号预处理装置对采集装置测量的颈椎三维运动信息的原始数据预处理为评估数据，并将预处理后得到的评估数据传递至数据处理中心；

数据处理中心包括用于存储人体颈椎三维运动阈值的数据库、用于处理信号预处理装置传输评估数据的数据整合装置、以及用于显示头颈运动轨迹的显示装置，数据整合装置所获取的评估数据与数据库中的数据进行比对，并且形成受训者的头部运动轨迹；

虚拟现实情景互动训练子系统包括预制有多种情景互动模式的本机和用于显示情景互动模式中情景的视窗，视窗安装在穿戴装置上，本机依据数据处理中心形成的头部运动轨迹选择情景互动模式，并将被选择的情景互动模式内容显示在视窗上。

在本实用新型的上述技术方案中，通过对采集到的运动轨迹原始信号进行预处理，进行线性分析和非线性分析，与人体颈椎三维运动阈值进行对比，可以得到受训者的实际颈部运动功能，为后续的训练提供客观量化数据支持。

进一步的，虚拟现实情景的训练方案可以具有不同难度、设计有不同的游戏任务、在单次训练完成后会得到训练结果的评估，虚拟现实情景可以提高康复训练的趣味性，以形式多样的反馈不断激发并维持患者重复练习的兴趣，便于提高康复训练的效果。

根据本实用新型的另一种具体实施方式，信息采集子系统进一步包括用于接收受训者在情景互动模式下颈椎三维运动信息的训练效果评价装置，训练效果评价装置将所记录的受训者颈椎三维运动信息传输至数据处理中心，与数据库中的数据进行比对、并且做出评估，依据训练效果评价装置的评估修正受训者的头部运动轨迹。

进一步的，本机阶段性依据修正后的头部运动轨迹选择情景互动模式。

根据本实用新型的另一种具体实施方式，采集装置包括至少一个速度传感器、至少一个陀螺仪。

根据本实用新型的另一种具体实施方式，虚拟现实情景互动训练子系统进一步包括用于将情景互动模式的动作指令以听觉信号传递至受训者的听觉装置。

进一步的，听觉装置为预制在穿戴装置上的外放式扩音装置或者连接在穿戴装置上的入耳式音箱装置。

根据本实用新型的另一种具体实施方式，信号预处理装置、本机整合至穿戴装置上。

根据本实用新型的另一种具体实施方式，信号预处理装置、本机通过有线连接或者无线连接至数据中心。

本实用新型具备以下有益效果：

1、本实用新型可实现人机交互的颈部运动功能评估和训练，可以对颈部运动功能进行科学评估，为制定训练方案提供客观依据，丰富的训练环境和临场的反馈信息可以显著提高康复训练效率、增强训练效果；

2、本实用新型针对传统训练简单枯燥，患者易疲劳等问题，通过训练任务等级设置，将枯燥的训练变成集娱乐与康复一体化，患者在场景化的虚拟训练环境中可减少心理压力，疏导负面情绪；

3、降低康复医疗过程中所需要的人力成本，一定程度上缓解了康复医疗资源不足的难题。

下面结合附图对本实用新型作进一步的详细说明。

附图说明

图1是本实用新型系统的框架示意图；

图2是本实用新型穿戴装置的原理示意图；

图3是本实用新型所获取的颈椎单个运动方向的数据分布示意图；

图4是本实用新型虚拟颈椎康复训练游戏的功能模块示意图；

图5是本实用新型系统的各部分关联示意图；

图6是本实用新型系统训练的流程示意图。

具体实施方式

一种基于多维感官交互的颈椎运动评估与训练系统，包括信息采集子系统、数据处理中心、虚拟现实情景互动训练子系统。

信息采集子系统用于获取受训者颈椎三维运动的动态数据，包括穿戴装置、采集装置和信号预处理装置，穿戴装置的原理试样如图2所示，其可以与受训者的头部保持同步运动，穿戴装置设置有便于受训者穿戴的紧箍带，以增强受训者的体验感；采集装置包括速度传感器、加速度传感器、陀螺仪，以协同获取受训者能够反映颈椎相对预设零点的位置坐标信息，信号预处理装置对采集装置测量的颈椎三维运动信息的原始数据预处理为评估数据，其中评估数据是量化的坐标信息数据。

数据处理中心(可以是PC机)用于获取信息采集子系统所得到的数据，并形成直观的头部运动轨迹，以反映受训者颈椎的运动情况，其包括数据库、数据整合装置以及显示装置，数据库存储了大量的人体颈椎三维运动阈值，还存储有人体颈椎三维运动的标准值作为参考，数据整合装置可以将经过信号预处理装置处理后得到的评估数据进行存储、记录以及整合，并且与数据库中的数据进行比对分析以及自动评估，生成受训者的头部运动轨迹，显示装置将所生成的头部运动轨迹进行显示，其中显示装置可以设置有多个显示窗口，分别显示整合后的评估数据与头部运动轨迹。

虚拟现实情景互动训练子系统包括本机和人体可佩戴的视窗，本机中预制有多种情景互动模式，不同情景互动模式下，受训者的头部运动轨迹与运动速度是不同的，具体表现为颈椎运动下的屈伸运动、侧屈运动、旋转运动以及环转运动的速度与幅度不同，可以为不同受损情况的受训者提供选择，其中，图4示出了虚拟颈椎康复训练游戏的各功能模块，已分别实现不同功能的选择；视窗安装在穿戴装置上，形成眼罩式结构，如图2所示出的效果，本机依据数据处理中心形成的头部运动轨迹选择情景互动模式，并将被选择的情景互动模式内容显示在视窗上。

相应的，多种情景互动模式的选择还可以是人为以按键的方式手动选择的，便于有经验的医护人员进行强制性康复训练，以校正受训者可能存在的不良习惯。

在本实用新型的另一优选示例中，为了丰富虚拟现实情景模式的内容，可以设有听觉装置，听觉装置用于将情景互动模式的动作指令以听觉信号传递至受训者，其中听觉装置可以为预制在穿戴装置上的外放式扩音装置，也可以为连接在穿戴装置上的入耳式音箱装置。

在本实用新型的又一优选示例中，还可以设置训练效果评价装置，用于实时接收受训者在情景互动模式下颈椎的三维运动信息，进而实现训练效果的反馈，其中训练效果评价装置将所记录的受训者颈椎三维运动信息传输至数据处理中心，与数据库中的数据进行比对、并且做出评估，依据训练效果评价装置的评估修正受训者的头部运动轨迹。

进一步的，本机可以阶段性依据修正后的头部运动轨迹选择情景互动模式。

本实用新型中的信号预处理装置、本机整合至穿戴装置上，以便于产品化，信号预处理装置、本机可以通过有线连接或者无线连接至数据中心，以在有限的医疗空间内完成训练。

虽然本实用新型以较佳实施例揭露如上，但并非用以限定本实用新型实施的范围。任何本领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型的发明范围内，当可作些许的改进，即凡是依照本实用新型所做的同等改进，应为本实用新型的范围所涵盖。

Claims (7)

1.一种基于多维感官交互的颈椎运动评估与训练系统，其特征在于，包括：

信息采集子系统；

数据处理中心；以及

虚拟现实情景互动训练子系统；

其中，

所述信息采集子系统包括与受训者的头部保持同步运动的穿戴装置、用于测量受训者的颈椎三维运动信息的采集装置、以及信号预处理装置，所述采集装置安装在所述穿戴装置上，并且随着所述穿戴装置与受训者头部同步运动，所述采集装置包括至少一个速度传感器、至少一个陀螺仪，所述信号预处理装置对所述采集装置测量的颈椎三维运动信息的原始数据预处理为评估数据，并将预处理后得到的评估数据传递至数据处理中心；

所述数据处理中心包括用于存储人体颈椎三维运动阈值的数据库、用于处理所述信号预处理装置传输评估数据的数据整合装置、以及用于显示头颈运动轨迹的显示装置，所述数据整合装置所获取的评估数据与所述数据库中的数据进行比对，并且形成受训者的头部运动轨迹；

所述虚拟现实情景互动训练子系统包括预制有多种情景互动模式的本机和用于显示情景互动模式中情景的视窗，所述视窗安装在所述穿戴装置上，所述本机依据所述数据处理中心形成的头部运动轨迹选择情景互动模式，并将被选择的情景互动模式内容显示在视窗上。

2.如权利要求1所述的基于多维感官交互的颈椎运动评估与训练系统，其特征在于，所述信息采集子系统进一步包括用于接收受训者在情景互动模式下颈椎三维运动信息的训练效果评价装置，所述训练效果评价装置将所记录的受训者颈椎三维运动信息传输至所述数据处理中心，与所述数据库中的数据进行比对、并且做出评估，依据所述训练效果评价装置的评估修正受训者的头部运动轨迹。

3.如权利要求2所述的基于多维感官交互的颈椎运动评估与训练系统，其特征在于，所述本机阶段性依据修正后的头部运动轨迹选择情景互动模式。

4.如权利要求1所述的基于多维感官交互的颈椎运动评估与训练系统，其特征在于，所述虚拟现实情景互动训练子系统进一步包括用于将情景互动模式的动作指令以听觉信号传递至受训者的听觉装置。

5.如权利要求4所述的基于多维感官交互的颈椎运动评估与训练系统，其特征在于，所述听觉装置为预制在所述穿戴装置上的外放式扩音装置或者连接在所述穿戴装置上的入耳式音箱装置。

6.如权利要求1所述的基于多维感官交互的颈椎运动评估与训练系统，其特征在于，所述信号预处理装置、所述本机整合至所述穿戴装置上。

7.如权利要求6所述的基于多维感官交互的颈椎运动评估与训练系统，其特征在于，所述信号预处理装置、所述本机通过有线连接或者无线连接至所述数据处理中心。

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