TWI566762B

TWI566762B - Virtual reality rehabilitation system

Info

Publication number: TWI566762B
Application number: TW104144471A
Authority: TW
Inventors: bo-xing Lin; jing-lun Chen; xiu-qi Xu
Priority date: 2015-12-30
Filing date: 2015-12-30
Publication date: 2017-01-21
Also published as: TW201722388A

Description

虛擬實境復健系統

本發明是有關於一種虛擬實境(Virtual Reality)復健系統，特別是指一種能提高使用者專心度的虛擬實境復健系統。

中風患者需要接收長期的復健治療以治療其肢體上的障礙。在復健治療時，患者需要長時間反覆做復健動作。由於復建動作缺乏趣味性，患者在長時間反覆做復健動作時容易因無趣或疲累而產生注意力不集中的情況，導致復健效果受限。本案發明人遂思及，若能發展出一種新的復健系統，能有效改善使用者的專心度，將能進一步提升復健的效果。

因此，本發明之目的，即在提供一種能提高使用者專心度的虛擬實境復健系統。

於是，本發明虛擬實境復健系統，適於一使用者使用，該虛擬實境復健系統包含一動態偵測裝置、一腦波圖量測裝置及一電子裝置。該動態偵測裝置適於該使用者攜帶。該腦波圖量測裝置用於量測該使用者的腦波圖。該電子裝置包含一通訊單元、一輸出單元及一電連接於該通訊單元與該輸出單元的處理單元，該通訊單元連接於該動態偵測裝置及該腦波圖量測裝置，該處理單元能根據該動態偵測裝置的偵測結果計算出該動態偵測裝置的動態。

該處理單元執行一虛擬實境遊戲，並根據該虛擬實境遊戲的一遊戲規則及該動態偵測裝置的動態決定一遊戲畫面，並經由該輸出單元輸出該遊戲畫面。

該處理單元於執行該虛擬實境遊戲時，還能根據該腦波圖量測裝置的量測結果計算出一專心度並儲存至一專心度歷史資料，並即時判斷該專心度歷史資料是否符合一專心度條件，當該處理單元判斷該專心度歷史資料符合該專心度條件，該處理單元經由該輸出單元輸出一提示訊號。

在一些實施態樣中，該專心度條件係該專心度超過一專心度臨界值的連續次數超過一預定連續次數。

在一些實施態樣中，該專心度臨界值是由該處理單元產生，該專心度臨界值係最近一預定累計次數的該專心度的平均值。

在一些實施態樣中，該處理單元於執行該虛擬實境遊戲時，能產生多個連續的關卡，且針對每一關卡，該處理單元根據的該遊戲規則及該動態偵測裝置的動態決定該關卡的一成績，且該處理單元於產生各該關卡時，係根據前一個關卡的成績決定該要被產生的關卡的難易度。

在一些實施態樣中，針對每一關卡，該處理單元還根據進行該關卡時計算出的該等專心度決定該關卡的該成績。

在一些實施態樣中，針對每一關卡，該處理單元僅根據進行該關卡時計算出的該等專心度決定該關卡的該成績。

在一些實施態樣中，各該關卡包含連續的多個題目，各該題目包含一指定角度範圍，當該動態偵測裝置的傾斜角度落於該指定角度範圍時，該處理單元判定該題目被成功通過。

在一些實施態樣中，該遊戲規則包含至少一容易角度範圍及至少一困難角度範圍，各該關卡的難易度相關於各該題目的指定角度範圍落於該容易角度範圍及該困難角度範圍的機率。

在一些實施態樣中，針對各該題目，當該動態偵測裝置的傾斜角度落於該指定角度範圍時，且該動態偵測裝置在一水平方向上往返一預定距離，該處理單元判定該題目被成功通過。

在一些實施態樣中，該遊戲畫面包含一射擊武器及一目標物，該處理單元根據該動態偵測裝置的傾斜角度決定該射擊武器的瞄準位置，且當該動態偵測裝置的傾斜角度落於該指定角度範圍時，該射擊武器瞄準該目標物。

本發明之功效在於：藉由計算使用者的專心度並於使用者分心時輸出提示訊號，能促使使用者回復專注程度，讓使用者持續專注地進行復健，從而提升復健的效果。

100‧‧‧虛擬實境復健系統

1‧‧‧動態偵測裝置

11‧‧‧加速度感測器

12‧‧‧陀螺儀

13‧‧‧控制模組

14‧‧‧通訊模組

2‧‧‧腦波圖量測裝置

21‧‧‧電極單元

22‧‧‧處理模組

23‧‧‧通訊模組

3‧‧‧電子裝置

31‧‧‧通訊單元

32‧‧‧輸出單元

321‧‧‧顯示器

322‧‧‧揚聲器

33‧‧‧處理單元

200‧‧‧使用者

300‧‧‧遊戲畫面

301‧‧‧射擊武器

302‧‧‧目標物

303‧‧‧提示訊息

θ₁、θ₂、θ₃、θ₄、θ_M、θ_M’‧‧‧角度

A、B‧‧‧移動方向

C、D‧‧‧旋轉方向

本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是本發明虛擬實境復健系統的一第一實施例的一硬體連接關係示意圖；圖2是該第一實施例的一使用狀態示意圖；圖3是該第一實施例的另一使用狀態示意圖，說明使用者進行一虛擬實境遊戲時的動作；圖4是一類似圖3的示意圖；圖5是該第一實施例的另一使用狀態示意圖，說明使用者進行該虛擬實境遊戲時的另一動作；圖6是一類似圖5的示意圖；圖7是該第一實施例的一遊戲畫面及一動態偵測裝置的示意圖；圖8是一類似圖7的示意圖；及圖9是該第一實施例的該遊戲畫面的另一示意圖，說明該遊戲畫面包含一提示訊息。

在本發明被詳細描述之前，應當注意在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。

參閱圖1與圖2，是本發明虛擬實境復健系統100之一第一實施例，其適於一使用者200使用。虛擬實境復健系統100包含一動態偵測裝置1、一腦波圖量測裝置2，及一電子裝置3。

動態偵測裝置1包含一加速度感測器11、一陀螺儀12、一通訊模組14，及一電連接於加速度感測器11、陀螺儀12與通訊模組14的控制模組13。通訊模組14無線連接於電子裝置3。本實施例的通訊模組14為一藍芽通訊模組。控制模組13能將加速度感測器11及陀螺儀12的偵測輸出經由通訊模組14傳送給電子裝置3。動態偵測裝置1適於該使用者200攜帶，在本實施例中，動態偵測裝置1的一外殼呈圓柱狀，且適於使用者200握持。

腦波圖量測裝置2用於量測該使用者200的腦波圖(Electroencephalography，EEG)，其包含一電極單元21、一通訊模組23，及一電連接於電極單元21與通訊模組23的處理模組22。電極單元21包含多個用於設置於使用者200頭部的電極，其用於收集使用者200的腦波訊號。本實施例的通訊模組23為一藍芽通訊模組。處理模組22包含放大電路、類比數位轉換電路及控制電路等用於處理電極單元21收集到的腦波訊號之電路。處理模組22能將量測到的該使用者200的腦波圖經由通訊模組23傳送給電子裝置3。

電子裝置3包含一通訊單元31、一輸出單元32及一電連接於通訊單元31與輸出單元32的處理單元33。通訊單元31無線連接於動態偵測裝置1的通訊模組14及腦波圖量測裝置2的通訊模組23。本實施例的通訊單元31為一藍芽通訊單元31。輸出單元32包含一顯示器321及一揚聲器322。處理單元33能根據來自動態偵測裝置1的偵測結果計算出動態偵測裝置1的動態，也就是說，處理單元33能根據來自動態偵測裝置1的加速度感測器11及陀螺儀12的偵測結果計算出動態偵測裝置1的動態，但不以此為限，在另一實施態樣中，動態偵測裝置1還包含一磁力計(Magnetometer)，處理單元33係根據來自動態偵測裝置1的加速度感測器11、陀螺儀12及磁力計的偵測結果計算出動態偵測裝置1的動態，在其他實施態樣中，處理單元33也可以是根據加速度感測器11、陀螺儀12及磁力計中其中一者或其中二者的偵測結果計算出動態偵測裝置1的動態。本實施例的電子裝置3為一筆記型電腦，但不以此為限。

處理單元33執行一虛擬實境遊戲，並根據該虛擬實境遊戲的一遊戲規則及動態偵測裝置1的動態決定一遊戲畫面300(見於圖7及圖8)，並經由輸出單元32的顯示器321輸出該遊戲畫面300。

更具體的來說，處理單元33於執行該虛擬實境遊戲時，能產生多個連續的關卡，各關卡包含連續的多個題目。本實施例的虛擬實境遊戲為一射擊遊戲(本發明之虛擬實境遊戲不以射擊遊戲為限)，遊戲畫面300包含一射擊武器301(如火砲)及一目標物302(如船隻)。針對各題目，處理單元33先判斷在一第一預定時間長度(例如25秒)內，動態偵測裝置1是否在一水平方向上往返一預定距離。使用者200需在該第一預定時間長度內沿如圖3之移動方向A所示的方向將動態偵測裝置1推出，接著沿如圖4之移動方向B所示的方向將動態偵測裝置1拉回。當使用者200在該第一預定時間長度內完成前述動作，則代表完成該射擊武器301的填彈動作，若使用者200沒有在該第一預定時間長度內完成，則沒有通過該題目。該題目包含一指定角度範圍，於該題目，處理單元33接著判斷在一第二預定時間長度(例如10秒)內，動態偵測裝置1的傾斜角度是否落於該指定角度範圍。

以圖7為例，遊戲畫面300提示目標物302在畫面右半部，指定角度範圍為θ₁~θ₂，使用者200需在該第二預定時間長度內沿如圖5之旋轉方向C所示的方向轉動手腕而將動態偵測裝置1向右傾斜至指定角度範圍θ₁~θ₂內，使射擊武器301瞄準目標物302。當處理單元33判斷在該第二預定時間長度內，動態偵測裝置1的傾斜角度θ_M如圖7所示落於該指定角度範圍內，遊戲畫面300 會顯示擊中該目標物302，且處理單元33判定該題目被成功通過。

相似地，以圖8為例，遊戲畫面300提示目標物302在畫面左半部，指定角度範圍為θ₃~θ₄，使用者200需在該第二預定時間長度內沿如圖6之旋轉方向D所示的方向轉動手腕而將動態偵測裝置1向左傾斜至指定角度範圍θ₃~θ₄內，使射擊武器301瞄準目標物302。當處理單元33判斷在該第二預定時間長度內，動態偵測裝置1的傾斜角度θ_M’如圖8所示落於該指定角度範圍內，遊戲畫面300會顯示擊中該目標物302，且處理單元33判定該題目被成功通過。

當各關卡的題目都進行完畢時，處理單元33根據的該遊戲規則及該等題目通過與否決定該關卡的一成績。值得一提的是，在本實施例中，處理單元33於產生各該關卡時，係根據前一個關卡的成績決定該要被產生的關卡的難易度。舉例來說，當前一關卡通過題目的比例超過80%，則該要被產生的關卡的難度將提高。

本實施例中難易度的調整說明如下。遊戲規則包含至少一容易角度範圍(例如-45度~+45度)及至少一困難角度範圍(例如-90度~-45度及+45度~+90度)，各關卡的難易度相關於各題目的指定角度範圍落於該容易角度範圍及該困難角度範圍的機率。舉例來說，若前一關卡通過題目的比例超過80%，且該前一關卡之指定角度範圍落於該容易角度範圍及該困難角度範圍的機率分別是70%及30%，則該要被產生的關卡之指定角度範圍落於該容易角度範圍及該困難角度範圍的機率分別會調整為60%及40%。在本實施例中，該容易角度範圍及該困難角度範圍是針對使用者200的個人症狀進行個人化設定而得，取得該等範圍的方式可以是處理單元33先執行一前測程式，讓使用者200嘗試旋轉傾斜動態偵測裝置1至各角度，並儲存記錄使用者200的表現，以根據使用者200的表現決定該容易角度範圍及該困難角度範圍。藉由處理單元33根據前一個關卡的成績決定該要被產生的關卡的難易度，能讓使用者200逐步地訓練挑戰困難角度範圍，進而增進復健的效果，同時，難易度的變化能引發使用者200的興趣而繼續進行下一關卡，讓使用者200持續進行復健的意願增高。

此外，處理單元33於執行虛擬實境遊戲時，還能根據腦波圖量測裝置2的量測結果計算出一專心度，並儲存至一專心度歷史資料，並即時判斷該專心度歷史資料是否符合一專心度條件。在本實施例中，該專心度為腦波圖量測裝置的量測結果中Theta波能量對於Beta波能量的比例值(Theta/Beta Ratio，TBR)，該專心度條件係該專心度超過一專心度臨界值的連續次數超過一預定連續次數(例如2次)，其中，該專心度臨界值係最近一預定累計次數(例如60次)的該專心度的平均值。當符合專心度條件的情況發生，代表使用者200分心，專注度低。當然，本發明之專心度不以TBR為限。

當處理單元33判斷該專心度歷史資料符合該專心度條件，處理單元33經由輸出單元32輸出一提示訊號。在本實施例中，處理單元33在經由顯示器321顯示的遊戲畫面300中加上一提示訊息303(例如「請專心」的文字訊息)，並經由揚聲器322發出提示音效。於輸出該提示訊號時，該關卡的題目持續進行。藉此，使用者200分心時能受提示訊號的提醒而回復專注程度，讓使用者200持續專注地進行復健，從而提升復健的效果。

值得一提的是，使用者200在完成各題目時的動作近似於使用鑰匙開門的動作，因此透過該虛擬實境遊戲提供的訓練能訓練使用者200回復做出此日常生活所需之動作的能力。

本發明虛擬實境復健系統100之第二實施例與第一實施例相近，只是處理單元33還根據進行關卡時計算出的該等專心度決定該關卡的成績。舉例來說，在本實施例，除了前一關卡通過題目的比例超過80%，還需要在該前一關卡中符合專心度條件的情況發生次數少於2次，則該前一關卡之成績才能達到提升下一關卡難度的門檻值。

本發明虛擬實境復健系統100之第三實施例與第二實施例相近，只是該關卡的成績僅與進行該關卡時計算出的該等專心度有關，而與通過題目的比例無關。

綜上所述，本發明虛擬實境復健系統100藉由計算使用者200的專心度並於使用者200分心時輸出提示訊號，能促使使用者200回復專注程度，讓使用者200持續專注地進行復健，從而提升復健的效果，此外，藉由關卡難易度根據使用者200的表現進行調整，能讓使用者200逐步地訓練挑戰困難角度範圍，進而增進復健的效果，同時，難易度的變化能引發使用者200的興趣而繼續進行下一關卡，讓使用者200持續進行復健的意願增高，故確實能達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。