TWI722602B - 人機互動式復健系統 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種人機互動式復健系統，能夠藉由患者輸入的資料，自動推算一適合該患者的復健強度，使不同患者在使用本發明之人機互動式復健系統時，不需事先手動評估並調整系統內的參數設定；同時，本發明之人機互動式復健系統會與醫院端能通過資料平台隨時追蹤復健狀況並介入提醒、於平台建立雲端社群回饋鼓勵機制，並即時傳送復健成果給患者指定之關係人，提供病患鼓勵回饋，加強醫病關係中的社群互動與鏈結。

Description

人機互動式復健系統
本發明係關於一種人機互動式復健系統，尤其是一種針對中風後遺症患者之復健系統，特別係以動態形式輔以遊戲、動畫達成動態挑戰，以模擬中風後遺症患者實際面臨的環境條件之復健系統。
在台灣每年約有一萬七千人會因為中風而導致日常生活失能，中風是成人障礙的第一要因。其中，研究顯示腦中風發病後的六個月是復健黃金期，運動能力恢復最快，特別是前三個月最為明顯。接受復健治療的中風患者，約有四成的人上肢功能恢復良好；約有九成的人可以自行走路。由此顯示對於中風患者於出院後的照護、復健治療計畫，對於患者增加自理能力及家屬的照護上，皆有很大的幫助。
然而，腦傷患者即使到復健門診，進行三十分鐘至一小時的復健量仍是遠遠不夠的。除此之外，中風常見的後遺症包含運動功能受損、語言功能受損、半側忽略等症狀，大幅影響患者生活自理能力，甚至造成人身安全風險。然而根據醫療單位調查，針對半側忽略的復健形式以靜態居多，但患者在現實環境面臨的真實挑戰多為動態情況，例如左側來車，傳統復健幾乎無法訓練出足以應變生活所需之能力，加上復健內容枯燥乏味，動作單一重複，效果不彰亦無法燃起患者復健動機。
而隨著現今科技的發達，以及智慧型手機、擴增實境的普及，期望能夠藉由開發一種以動態形式輔以遊戲、動畫達成動態挑戰，盡量模擬患者實際面臨的環境條件，同時透過遊戲處方箋概念增添復健趣味性與實用性，並克服空問與時間限制、提升復健量及密集度，以有效改善復健效果，協助患者早日重拾生活自理的復健系統，並且結合該復健遊戲以輔助醫院，使患者在家也能夠自行進行復建，以期同時降低目前健保資源耗損的情形，此種發明著實有其必要性。
緣此，本發明之一目的在提供一種復健系統，用於復健一患者之中風後遺症，包含：一視覺裝置，提供一引導畫面給該患者觀看；一肢體感測器，配戴於該患者之一肢體，以感測該肢體之動作而產生一感測訊號；以及一訊息處理單元，與該視覺裝置及該肢體感測器建立無線通訊，且包含一輸入訊號處理模組、一復健操作權重處理模組、及一內容回饋呈現模組；其中，該內容回饋呈現模組傳送該引導畫面給該視覺裝置，該輸入訊號處理模組從該肢體感測器接收該感測訊號傳送至該復健操作權重處理模組，由該復健操作權重處理模組根據該感測訊號估算該患者目前的手部動作，進而推算出該患者的各種動作以判斷該患者肢體之中風後遺症的復原程度，並且該復健操作權重處理模組同時將該感測訊號參數化為一數值範圍以作為該患者的出力狀態，再根據該患者的出力狀態為基礎，自動調整適用於該患者的該數值範圍之一最大值，並據以推算適合該患者的一復健強度，且由該內容回饋呈現模組更改該引導畫面所展示該復健強度的一內容給該患者觀看；其中，該內容回饋呈現模組會將該肢體之中風後遺症所復原之程度上傳至一雲端伺服器。
在本發明之一實施例中，該中風後遺症是關於一手部的動作障礙，且該肢體感測器為肌電流感應器；該引導畫面是引導該患者之手部握力訓 練；該引導畫面因應該感測訊號及該適合該患者的復健強度以引導該患者之握力訓練；且該患者復原之程度是關於自主動作和手臂肌肉控制能力。
本發明之另一目的在提供一種復健系統，用於復健一患者之中風後遺症，包含：一視覺裝置，提供一引導畫面給該患者觀看；以及一訊息處理單元，具有一人機介面，並與該視覺裝置建立無線通訊且包含一復健操作權重處理模組、及一內容回饋呈現模組；其中，該內容回饋呈現模組傳送該引導畫面給該視覺裝置，並由該人機介面接收該患者所回饋的一輸入資料提供給該復健操作權重處理模組判斷該中風後遺症的復原程度，以及自動推算適合該患者的一復健強度，該復健操作權重處理模組係透過該內容回饋呈現模組更改該引導畫面所展示該復健強度的一內容給該患者觀看；其中，該內容回饋呈現模組會將該肢體之中風後遺症所復原之程度上傳至一雲端伺服器。
在本發明之另一實施例中，該中風後遺症是關於一視覺障礙；該引導畫面是關於引導該患者計數複數物件，該輸入資料是該患者計數之一數目；者復原之程度是關於該患者之視野範圍；且該復健強度是關於該患者所見之該引導畫面的視野範圍大小。
本發明之人機互動式復健系統在具有中風後遺症之患者的手部伸展及握拳施力復健的練習中，能夠根據不同的患者的最大出力範圍，自動調整成相同適用於本發明之人機互動式復健系統的互動操作之數值範圍；而在具有眼部之視覺障礙的中風後遺症之患者復健的練習中，能夠藉由患者輸入的資料，自動判斷該患者之視野範圍，以推論出該患者所特定的空間視野忽略的患側，並且該輸入訊號處理模組亦會自動推算一適合該患者的復健強度；如此，不同患者在使用本發明之人機互動式復健系統時，不需擔心不同的患者在操作時，要事先手動評估並調整系統內的參數設定，即在輸入所偵測的訊號並量化時，就預先進行數值正規化的處理；本發明之人機互動式復健系統根據不同的操作難易度，設計不同等級的互動內容，不同等級的互動內容在操作的動作設 定上不同，藉以提高中風後的復健效率。
本發明之人機互動式復健系統會與醫院端能通過資料平台隨時追蹤復健狀況並介入提醒、於平台建立雲端社群回饋鼓勵機制，並即時傳送復健成果給患者指定之關係人，提供病患鼓勵回饋，加強醫病關係中的社群互動與鏈結；且本發明之人機互動式復健系統亦會儲存每次的操作數值，因此除了能夠當下立即自動調整適合不同患者的復健內容外，亦能夠使醫師透過雲端伺服器從遠端開立新的處方箋，以此遠端的增加患者操作的難易度等級；並且，若患者無法立即達到新開立之處方箋的復健強度時，本發明之人機互動式復健系統亦會如前述之方式自動調整適合該患者當下的復健強度，並以達到醫師開立的處方箋為目標，逐步的增強至新開立之處方箋的復健強度，使得患者能夠持續進行復建，而不會因為當下無法完成復建強度而放棄進行復建。
因此，本發明之人機互動式復健系統可用於中風後遺症之復建的用途，且能夠透過合法零售化後進入居家復建並提供符合條件之民眾、家庭、或單位租質，並可搭配相關之急性後期照護政策及全方位老年照護計畫等，與當地復健醫院、診所合作，應用於復健醫院的處方箋開立及復健治療，並與社區復建、居家健康照護及技術性護理等機構合作，提供有需求的患者使用。
以下將進一步說明本發明的實施方式，下述所列舉的實施例係用以闡明本發明，並非用以限定本發明之範圍，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
1‧‧‧人機互動式復健系統
2‧‧‧雲端伺服器
12‧‧‧視覺裝置
13‧‧‧肢體感測器
14‧‧‧訊息處理單元
141‧‧‧輸入訊號處理模組
142‧‧‧復健操作權重處理模組
143‧‧‧內容回饋呈現模組
144‧‧‧人機介面
30-39‧‧‧人機互動式復健系統用於患者手部伸張及握拳施力之復健的流程
40-47‧‧‧人機互動式復健系統中牧場擠牛奶遊戲的流程
50-57‧‧‧人機互動式復健系統中擠破氣球遊戲的流程
60-69‧‧‧人機互動式復健系統用於患有空間半側忽略症患者之復健的流程
70-76‧‧‧人機互動式復健系統中池塘抓鯉魚遊戲的流程
圖1係為本發明之人機互動式復健系統用於患者手部伸張及握拳施力之復健之架構圖。
圖2係為本發明之一實施例的人機互動式復健系統用於患者手部伸張及握拳施力之復健的流程圖。
圖3係為本發明之一實施例的人機互動式復健系統中牧場擠牛奶遊戲的流程圖。
圖4A係為本發明之一實施例的人機互動式復健系統中牧場擠牛奶遊戲的引導畫面。
圖4B係為本發明之一實施例的人機互動式復健系統中牧場擠牛奶遊戲的引導畫面。
圖5係為本發明之一實施例的人機互動式復健系統中擠破氣球遊戲的流程圖。
圖6A係為本發明之一實施例的人機互動式復健系統中擠破氣球遊戲的引導畫面。
圖6B係為本發明之一實施例的人機互動式復健系統中擠破氣球遊戲的引導畫面。
圖6C係為本發明之一實施例的人機互動式復健系統中擠破氣球遊戲的引導畫面。
圖7係為本發明之人機互動式復健系統用於患有空間半側忽略症患者之復健之架構圖。
圖8係為本發明之一實施例的人機互動式復健系統用於患有空間半側忽略症患者之復健的流程圖。
圖9A係為本發明之一實施例的人機互動式復健系統中池塘抓鯉魚遊戲的引導畫面。
圖9B係為本發明之一實施例的人機互動式復健系統中池塘抓鯉魚遊戲的引導畫面。
圖9C係為本發明之一實施例的人機互動式復健系統中池塘抓鯉魚遊戲的引導畫面。
圖9D係為本發明之一實施例的人機互動式復健系統中池塘抓鯉魚遊戲的引導畫面。
圖10係為本發明之一實施例的人機互動式復健系統中池塘抓鯉魚遊戲的流程圖。
依據本發明，有關肢體感測器的操作程序與參數條件等是落在熟習此項技術之人士的專業素養與例行技術範疇內。
依據本發明，有關視覺裝置的操作程序與參數條件等是落在熟習此項技術之人士的專業素養與例行技術範疇內。
本發明提供一種人機互動式復健系統1，在具有中風後遺症之患者的手部伸展及握拳施力復健的練習中、以及在具有眼部之視覺障礙的中風後遺症之患者復健的練習中，能夠根據自患者所得到的資訊，自動推算一適合該患者的復健強度，使不同患者在使用本發明之人機互動式復健系統1時，不需擔心不同的患者在操作時，要事先手動評估並調整系統內的參數設定，即在輸入所偵測的訊號並量化時，就預先進行數值正規化的處理；本發明之人機互動式復健系統1根據不同的操作難易度，設計不同等級的互動內容，不同等級的互動內容在操作的動作設定上不同，藉以提高中風後的復健效率。
同時，本發明之人機互動式復健系統1會與醫院端以雲端伺服器2連結並能通過資料平台隨時追蹤復健狀況並介入提醒、於平台建立雲端社群回饋鼓勵機制，並即時傳送復健成果給患者指定之關係人，提供病患鼓勵回饋，加強醫病關係中的社群互動與鏈結。
因此，本發明之人機互動式復健系統1可用於中風後遺症之復建的用途，且能夠透過合法零售化後進入居家復建並提供符合條件之民眾、家庭、或單位租質，並可搭配相關之急性後期照護政策及全方位老年照護計畫等，與當地復健醫院、診所合作，應用於復健醫院的處方箋開立及復健治療，並與社區復建、居家健康照護及技術性護理等機構合作，提供有需求的患者使用。
以下將詳細說明本發明之人機互動式復健系統1於具有中風後遺症之患者的手部伸展及握拳施力復健的練習、以及於具有眼部之視覺障礙的中風後遺症之患者復健的練習之實際操作，以及本發明之人機互動式復健系統中各種演算以及下判斷的方法。
實施例1 本發明之人機互動式復健系統用於患者手部伸張及握拳施力的復健
本實施例為使用本發明之人機互動式復健系統1，於具有中風後遺症之患者的手部伸展及握拳施力復健(以下簡稱患者)的練習；請參見圖1，本發明之人機互動式復健系統1包含：一視覺裝置12，提供一引導畫面給該患者觀看、一肢體感測器13，配戴於該患者之一肢體，以感測該肢體之動作而產生一感測訊號、以及一訊息處理單元14，與該視覺裝置12及該肢體感測器13建立無線通訊(以虛線表示)，其中該無線通訊可為但不限於藍芽通訊，且該訊息處理單元14進一步包含一輸入訊號處理模組141、一復健操作權重處理模組142、及一內容回饋呈現模組143，其中訊息處理單元14可為但不限於一電腦主機。
該患者於使用本發明之互動式復健系統1於手部伸展及握拳施力復健時，請同時參考圖1及圖2。首先，會使該患者配戴該肢體感測器13、以及該視覺裝置12，並同時開啟本發明之人機互動式復健系統1(請參見圖2，步驟30)；其中，該肢體感測器13為肌電流感應裝置，且可為但不限於，Myo肌電流感應器，而該肌電流感應裝置為一環形具有數個感應電極片之穿戴裝置，該些感應電極片環繞手臂，會感測手臂不同位置的施力程度(請參見圖2，步驟31及35)；而該視覺裝置12係直接配戴於患者眼前或是可呈現視覺影像的裝置，且可為但不限於，智能擴增實境眼鏡、平板、智慧型手機。本發明之人機互動式復 健系統1中具有一訊息處理單元14與該視覺裝置12及該肢體感測器13建立無線通訊(請參見圖2，步驟32及34)，且該訊息處理單元進一步包含一輸入訊號處理模組141、一復健操作權重處理模組142、及一內容回饋呈現模組143。
該訊息處理單元14中的該內容回饋呈現模組143會傳送一引導畫面給該視覺裝置12，該視覺裝置12則會將該引導畫面提供給該患者觀看，且若患者所配戴的視覺裝置12係直接配戴於患者眼前，則患者能夠直接在眼前看到該引導畫面，使得患者能夠頭部能夠三百六十度隨意地轉動以觀看不同方向的內容，不會受到實際環境空間的限制，也能夠自由地走動，且不需要到特定的復健空間或是互動空間，在家中即可自行進行復健的動作練習。
該引導畫面可為但不限於遊戲動畫；且該引導畫面會引導患者進行手部之伸張及握拳施力的復健動作，例如：引導畫面顯示擠牛奶或抓破氣球，可引導患者手部做出伸張及握拳施力的動作，而該患者所配戴之肢體感測器13(如肌電流感測器)會感測患者手臂八處不同部位的施力程度，並得到該八個部位的感測訊號，並將該感測訊號傳送至該訊息處理單元14中之該復健操作權重處理模組142，其中，該輸入訊號處理模組141會將由肌電流感應裝置接收過來的八個肌電流訊號，即感測訊號，分別視為前手臂中八個部位之肌肉位置的出力狀況，並反應出手部的動作及出力狀況，藉以推算對應的手掌與每隻手指的動作、彎曲程度、及出力狀態，例如：該復健操作權重處理模組142根據八個肌電流訊號可推算出每個手指的伸張、彎曲、握拳、以及張開手掌的出力狀況等(請參見圖2，步驟36)，並進一步判斷患者肢體之中風後遺症的復原程度，以辨別患者是否確實做到復健所需且指定的動作及出力的程度(請參見圖2，步驟33)。
該肢體感測器13就如同戴手環的方式環繞手臂，且該環形結構共分成八個方位以感測八個肌電流訊號，其中係以手背向上作為零度方向，順時針環繞一圈，每四十五度的間隔具有一個接觸電極，以感測該方位的肌電流訊 號，而每個接觸電極會根據手指及手部動作之不同的出力狀況，呈現不同的數值。
本發明之人機互動式復健系統1已事先紀錄正常人在該些執行特定的手指及手部動作，即每個手指使用不同力量進行伸張、向內彎曲、向外彎曲、握拳、伸直、以及張開手掌等動作時，所產生的八個肌電流訊號的大小及波形，以做為比對的基礎。其中，如前段所述該八個肌電流訊號代表環繞在前手臂的八個肌電感應的部位，當患者使用本發明之人機互動式復健系統1並執行相同的手指及手部動作時，會觀察及紀錄不同的手指及手部動作所產生的八個肌電流訊號的大小及波形，並與前述正常人所得之八個肌電流訊號的大小及波形進行比對，一般來說，患者在復健初期的肌電流訊號的大小相對於正常人的肌電流訊號的大小會來得小很多，因此，經過一段時間的復健後，患者執行相同的手指及手部動作時，肌電流訊號的大小及波形與自身復健初期的肌電流訊號的大小及波形有明顯的增加，即可判斷復原的進步的趨勢，然後再與正常人的肌電流訊號的大小及波形比較，若有越來越回復到的正常人的數值狀況，即可判斷復原的效果。
該復健操作權重處理模組142會同時將該感測訊號參數化為0-100的數值範圍以量化該患者的出力狀態，再以該患者的出力狀態為基礎，計算權重大小並得出該患者的出力數值範圍，並自動調整適用於該患者的該數值範圍之一最大值，再據以推算一適合該患者的復健強度，由於每個患者在初期的出力或施力狀態各不相同，透過本發明之人機互動式復健系統1可以根據不同的患者的最大出力範圍，自動調整成相同適用於本發明之人機互動式復健系統1的互動操作之出力的數值範圍，其中係以相乘比例權重大小的方式進行演算(請參見圖2，步驟33)。
舉例而言：A患者的最大出力範圍為0-80、而B患者的最大出力範圍為0-60，此時A患者的比例權重為100/80=1.25，而B患者的比例權重為 100/60=1.67，在計算完比例權重大小之後，該復健操作權重處理模組會記錄不同的數值基準，並自動轉換本發明人機互動式復健系統的參數設定，所謂不同的數值基準是指不同患者在執行相同復健動作時，能夠使出的最大出力的數值會各不相同，因此在最初的時候，會紀錄每一患者的最大出力值，做為該患者在執行動作時回應給遊戲的正規化基準，即A患者的最大出力範圍為0-80，系統會將輸入的訊號，由0-80轉為對應到0-100，而B患者的最大出力範圍為0-60，則系統會將輸入的訊號，由0-60轉為對應到0-100，而該對應的基準會儲存在資料庫中，不同的患者會讀取不同的數值基準；如此，不同患者在使用本發明之人機互動式復健系統1時，不需擔心不同的患者在操作時，要事先手動評估並調整系統內的參數設定，即在輸入所偵測的訊號並量化時，就預先進行數值正規化的處理。
接著，再透過該訊息處理單元14中之該內容回饋呈現模組143，將該適合該患者的復健強度透過更改該引導畫面所展示該復健強度的一內容給該患者觀看達成，而復健強度的設定分成以下二種：一種是在不變的出力基準值下，增加完成的指定動作的數量，而另一種則是在完成相同的指定動作的數量下，增加出力的基準值；其中，該內容回饋呈現模組143會根據不同的操作難易度，設計不同等級的互動內容，不同等級的互動內容在操作的動作設定上不同；其中，該操作動作分為持續操作出力、隔斷操作次數、指定姿勢或手勢操作、定位操作、及思考判斷操作等不同的類別，且該些不同類別的等級係透過具代表性的患者進行操作，並藉此標準化操作難易度的分級設定，如前所述本發明之人機互動式復健系統會紀錄正常人在執行特定的動作時，所產生的八個肌電流訊號的大小及波形，以做為比對的基礎，藉此做為患者的執行相同動作時，做為對照對應部位之肌電訊號大小的標準。
最後，該內容回饋呈現模組143亦會將該患者的肢體中風後遺症之復原程度上傳至一雲端伺服器2，以供醫師調整患者的處方箋(請參見圖2， 步驟37及38)；其中，該患者在醫師開立的處方箋，即指定的操作動作與強度等，以及互動內容的搭配下，本發明之人機互動式復健系統1會儲存每次的操作數值，例如：每次的肌電流訊號數值，並可藉以觀察是否最大值有逐漸增大的趨勢、或是完成操作的時間長度是否有逐漸縮短的趨勢、以及次數、正確率、與達成率是否有逐漸提升的趨勢，如此可用以判斷患者整體的復原程度，並可作為該患者復原程度增加數值的依據。
因此，本發明之人機互動式復健系統1除了能夠當下立即自動調整適合不同患者的復健內容外，亦能夠使醫師透過雲端伺服器2從遠端開立新的處方箋，以此遠端的增加患者操作的難易度等級；並且，若患者無法立即達到新開立之處方箋的復健強度時，本發明之人機互動式復健系統1亦會如前述之方式自動調整適合該患者當下的復健強度，並以達到醫師開立的處方箋為基礎，逐步的增強至新開立之處方箋的復健強度，使得患者能夠持續進行復建，而不會因為當下無法完成復建強度而放棄進行復建。並且，亦即時傳送復健成果給患者指定之關係人，提供病患鼓勵回饋，加強醫病關係中的社群互動與鏈結(請參見圖2，步驟39)。
1.1牧場擠牛乳(Milk)的引導畫面
本發明之一實施例為使患者進行手部伸展及握拳施力的復健練習動作，開發一款使用本發明之人機互動式復健系統之富有趣味性的情境遊戲，請參照圖3之流程圖；首先，患者會配戴智能擴增實境眼鏡、以及手部的肌電流感應裝置；接著，開啟本發明之人機互動式復健系統1中遊戲情境的牧場擠牛奶遊戲，其中該智能擴增實境眼鏡會傳送農場環境的引導畫面給患者，且該引導畫面中會出現數頭乳牛以及一位正在擠牛乳的農夫(請參見圖4A)，而該引導畫面會使患者成為該農夫的視角，並促使患者進行手部伸展及握拳施力的動作完成擠一次牛乳的動作(請參見圖3，步驟40及41)，而每完成四十次擠牛乳的動作，即可完成一桶牛乳的量(請參見圖3，步驟42)。
因此，假設醫師所開立的遊戲復健處方箋為每天須完成三桶牛奶的量(請參見圖3，步驟43)，則代表該位復建者每天須完成一百二十次手部伸展及握拳施力的復健動作；其中，在該實境遊戲的該引導畫面中，乳牛身上的白色區域，也會隨著每擠一次牛奶，就會下降一點點(請參見圖4B)，就如同乳牛的牛奶慢慢地被擠完一般，藉此來增加遊戲的趣味性(請參見圖3，步驟46)。
此款情境遊戲中患者因為配戴智能擴增實境眼鏡，使得其能夠直接在眼鏡上看到該引導畫面，而可以三百六十度隨意地轉頭觀看不同方向的內容，不受實際環境空間的限制，也可以自由地走動，也不需要到特定的復健空間或是互動空間，可以自行在家中的任意位置進行復健的動作練習(請參見圖3，步驟44及45)，而該患者所配戴的智能擴增實境眼鏡仍能夠看到周遭環境，以降低因完全沉浸式的觀看方式，所帶來的暈眩感及恐懼感(請參見圖3，步驟47)。
1.2 擠破氣球(Balloon)的引導畫面
本發明之一實施例為使患者進行手部伸展及握拳施力的復健練習動作，開發一款使用本發明之人機互動式復健系統1之富有趣味性的情境遊戲；其中，此款情境遊戲為前述牧場擠牛奶遊戲的簡易型，請參照圖5之流程圖。首先，患者只會配戴手部的肌電流感應裝置，並搭配裝載本發明之人機互動式復健系統1的可呈現視覺影像的裝置，例如智慧型手機；接著，開啟本發明之人機互動式復健系統1中遊戲情境的擠破氣球，其中，情境遊戲的引導畫面會直接呈現在該裝置的螢幕上(請參見圖6A)，患者可以透過看著螢幕上遊戲內容的引導畫面，以反覆做手部伸展及握拳施力的動作(請參見圖5，步驟50及51)，即可以進行復健的動作練習；而此款情境遊戲會傳送氣球的圖像以及手部施用力量大小的數值，當患者的施力超過設定的數值大小時，氣球就會被擠破(請參見圖6B及6C)，即算是擠破一顆氣球(請參見圖5，步驟52及55)。
因此，假設醫師所開立的遊戲處方箋為每天須完成擠破三十顆氣球，那麼患者每天就需要完成三十次手部伸展及握拳施力的復健動作(請參見圖5，步驟53及56)。另外，為增加互動內容的趣味性，畫面中的氣球會隨著握力大小改變，而呈現被擠壓的動態影像(請參見圖5，步驟54；及圖6B)，且當氣球被擠破時，會飛出一顆星星的圖像，以表示完成一次練習(請參見圖5，步驟55；及圖6C)。此款情境遊戲提供在簡便的操作環境的條件下，仍然可以透過與智慧型手機等可呈現視覺影像的裝置及肌電流感應裝置進行復健動作(請參見圖5，步驟57)。
實施例2本發明之人機互動式復健系統用於患有空間半側忽略症之患者的復健
本實施例為使用本發明之人機互動式復健系統1，於具有眼部之視覺障礙的中風後遺症之患者(以下簡稱患者)復健的練習，尤其是具有空間半側忽略症的患者，空間半側忽略症之患者會對於某一側的空間視野產生忽略或是視而不見的症狀，因此復健的重點則落在強化患者對於空間視野忽略側的專注度練習。
請參見圖7，本發明之人機互動式復健系統1包含：一視覺裝置12，提供一引導畫面給該患者觀看、以及一訊息處理單元14，具有一人機介面144，並與該視覺裝置12建立無線通訊(以虛線表示)，且包含一復健操作權重處理模組142、及一內容回饋呈現模組143。
該患者於使用本發明之互動式復健系統1於空間半側忽略症復健時，請同時參照圖7及圖8。首先，會使該患者配戴該視覺裝置12，並同時開啟本發明之人機互動式復健系統1(請參見圖8，步驟60及62)；其中，該視覺裝置12係直接配戴於患者眼前的裝置，且可為但不限於，智能擴增實境眼鏡；其中，本發明之人機互動式復健系統1中具有一訊息處理單元14與該視覺 裝置12建立無線通訊，且該訊息處理單元14進一步包含一人機介面144、一復健操作權重處理模組142、及一內容回饋呈現模組143。
該訊息處理單元14藉由該內容回饋呈現模組143傳送一引導畫面給該視覺裝置12，該視覺裝置12則會將該引導畫面提供給該患者觀看，且因為該患者所配戴的視覺裝置12係直接配戴於患者眼前，所以該患者能夠直接在眼前看到該引導畫面，使得患者能夠頭部能夠三百六十度隨意地轉動以觀看不同方向的內容，不會受到實際環境空間的限制，也能夠自由地走動，且不需要到特定的復健空間或是互動空間，在家中即可自行進行復健的動作練習；其中，該引導畫面可為但不限於遊戲動畫。
針對具有空間半側忽略症之患者，主要需強化患者在視覺專注力的訓練，因此使用本發明之互動式復健系統1於空間半側忽略症復健時，係以患者需要投注的視覺專注力程度做基準值進行設計；其中，該引導畫面會引導患者進行複數物件的計數，且該引導畫面會分成以下三個不同得計數階段：第一階段是待計數之複數物件一件一件依序出現在引導畫面的固定位置中，主要是訓練觀看靜止物件的專心度(請參見圖8，步驟63)；第二階段是待計數之複數物件一件一件依序從引導畫面外移動到引導畫面中的固定位置，主要是訓練觀看移動中物件的專心度(請參見圖8，步驟64)；第三階段則是待計數之複數物件一次多件地從引導畫面外移動到引導畫面中的固定位置，主要是訓練觀看多個移動中物件的專心度(請參見圖8，步驟65)。在該三不同計數方式的階段中，患者會輸入其所計數出的待計數之複數物件的數量(請參見圖8，步驟61)，而該患者所輸入的數量即為一輸入資料132，且該輸入資料132會傳送至該訊息處理單元14中之該復健操作權重處理模組142；其中，該復健操作權重處理 模組142會透過分析該輸入資料132，以判斷該中風後遺症所的復原程度，即自動判斷該患者之視覺專注力。
本發明之人機互動式復健系統1主要係透過患者計數畫面中的待計數之複數物件數量的方式來推演患者的復原程度，即作為患者是否提高視覺專注力的依據，此種設計主要係針對空間半側忽略症患者所產生之對半側事物在視覺上無法專注的問題，因此在患者計數的過程中，所反應出計數錯誤的現象即可作為判斷患者復原程度的依據，其中若計數數量的正確率提升，即可以判斷患者之視覺專注力也相對獲得提升。
利用本發明之人機互動式復健系統1作為空間半邊忽略症的復健訓練，主要是利用在視覺裝置裡面出現的物件圖像，不會因為患者轉頭，而降低需要訓練的另一側的觀看專注練習，相反地，不管患者轉頭到任何方向，看到的都是相同的內容，因此強迫患者必須認真專心觀看忽略的那一側的物件數量，才能完成正確的物件數量計算(請參見圖8，步驟66)；其中，在第二階段及第三階段的動態物件移動訓練中，則是考量真實環境中，都是動態移動的物件居多，尤其是像是行走在路上的時候，更需要隨時注意周遭是否有來車，是否有其他行人或是物品，以免因為空間半邊忽略而撞到。
該復健操作權重處理模組142亦會自動推算一適合該患者的復健強度，由於每個患者在初期的空間半側忽略症狀各不相同，且會造成不同患者有不同的視覺專注力，而透過本發明之人機互動式復健系統1可以自動地判斷不同的患者特定的視覺專注力，並自動調整成相同適用於本發明之人機互動式復健系統1的互動操作之範圍；其中，係以相乘比例權重大小的方式進行，先以正常人的視覺專注力為基準值，即為100%，而不同患者在初期復健的時候，計數的正確率會各不相同，本發明之人機互動式復健系統1會藉由患者輸 入的輸入資料132計算正確率，再以該正確率計算相乘比例權重大小，並自動判斷該患者所適用之標準化的計數等級及難易度，即少量的計數範圍(1-5個複數物件的數量)、中量的計數範圍(1-10個複數物件的數量)、及高量的計數範圍(1-15個複數物件的數量)，以及適合之計數方式的階段。
本發明之人機互動式復健系統1會讓患者在每個計數方式之階段的三種不同等級中，皆操作十次計數練習，並進行正確率之計算，其中在該三個階段的三種不同等級中，即九個計數的結果，正常人的計數正確率均設定為100%。因此，在復健初期，會先讓患者均操作一次該三個階段的三種不同等級，並記錄該九個計數結果的正確率，以作為患者後續使用本發明之人機互動式復健系統1時，進行等級及難易度之判斷，其中當正確率達到80%以上時，即會進到下一個練習的難易度設定，而進階之順序則依序為第一階段少量、第一階段中量、第一階段高量、第二階段少量、第二階段中量、第二階段高量、第三階段少量、第三階段中量、及第三階段高量。
再者，由於該待計數之複數物件的圖像是出現在智能擴增實境眼鏡上，因此該待計數之複數物件會一直固定出現在眼鏡上，不像觀看實體物體時，患者能夠透過轉頭來觀看不同方向的視野，造成對於空間視野忽略側仍然不容易練習到；透過本發明之人機互動式復健系統1中，將該待計數之複數物件投影在智能擴增實境眼鏡上，即使患者轉頭，該待計數之複數物件也會跟著同步轉動，使得患者必須要將專注力放在空間視野忽略側，才能看到該側的該待計數之複數物件，進而計數到正確的數量(請參見圖8，步驟66及67)。
接著，再透過該訊息處理單元14中之該內容回饋呈現模組143，將該適合該患者的復健強度透過更改該引導畫面所展示該復健強度的一內容給該患者觀看達成；其中，該內容回饋呈現模組143會根據不同的操作難易度， 設計不同等級的互動內容，而不同等級的互動內容在該引導畫面中，患者可見待計數之複數物件的設定、以及計數方式階段的設定上具有不同；其中，會藉由更改引導畫面來配合各個患者的復健強度，而該復健強度的設定分成以下兩種：一種是在不變更引導畫面之階段的情況下，增加該階段中待計數之複數物件的數量，而另一種則是在完成相似待計數之複數物件的數量下，變更不同的計數方式，即第一階段進入第二階段、或第二階段進入第三階段。
每個階段中每次皆會根據不同等級之計數範圍(即前述之少量至高量的計數範圍)隨機出現數個不等數量的待計數之複數物件，並讓患者回覆所見的待計數之複數物件的數量，而每個階段則會有約10次的物件計數復健，當患者回覆的正確率增加時，就可以進到下一個階段的計數方式。如此，不同患者在使用本發明之人機互動式復健系統1時，不需擔心不同的患者在操作時，要事先手動評估並調整系統內的參數設定，即在輸入所偵測的訊號並量化時，就預先進行數值正規化的處理，即將引導畫面調整至適合各個不同患者所適用之視覺專注力(請參見圖8，步驟68)。
最後，該內容回饋呈現模組143亦會將該患者眼部之視覺障礙的中風後遺症之復原程度上傳至一雲端伺服器2，以供醫師調整患者的處方箋(請參見圖8，步驟68)；其中，該患者在醫師開立的處方箋，即復健的指定強度等，以及互動內容的搭配下，本發明之人機互動式復健系統1會儲存每次的數值，例如：患者可見視野是否有逐漸擴大的趨勢、完成操作的時間長度是否有逐漸縮短的趨勢、以及次數、正確率、與達成率是否有逐漸提升的趨勢，如此可用以判斷患者整體的復原程度，並可作為該患者復原程度增加數值的依據。
因此，本發明之人機互動式復健系統1除了能夠當下立即自動調整適合不同患者的復健內容外，亦能夠使醫師透過雲端伺服器2從遠端開立新 的處方箋，以此遠端的增加患者操作的難易度等級；並且，若患者無法立即達到新開立之處方箋的復健強度時，本發明之人機互動式復健系統1亦會如前述之方式自動調整適合該患者當下的復健強度，並以達到醫師開立的處方箋為基礎，逐步的增強至新開立之處方箋的復健強度，使得患者能夠持續進行復建，而不會因為當下無法完成復建強度而放棄進行復建。並且，亦即時傳送復健成果給患者指定之關係人，提供病患鼓勵回饋，加強醫病關係中的社群互動與鏈結(請參見圖8，步驟69)。
2.1池塘抓鯉魚(Fish)的引導畫面
本發明之一實施例為使患者進行眼部之視覺障礙的中風後遺症之患者的復健，尤其是具有空間半側忽略症的患者的復健練習動作，開發一款使用本發明之人機互動式復健系統1之富有趣味性的情境遊戲，請參照圖10的流程圖；首先，患者會配戴智能擴增實境眼鏡；接著，開啟本發明之人機互動式復健系統1中遊戲情境的池塘抓鯉魚遊戲(請參見圖10，步驟70)，該智能擴增實境眼鏡會傳送池塘中具有數條鯉魚在池塘中定點游動的引導畫面給患者，且分佈在該引導畫面的各個位置(請參見圖9A)，此時患者需觀看畫面各處，計數共有幾條鯉魚出現在畫面中(請參見圖9B)，答對時就算是完成一次練習(請參見圖10，步驟71；及圖9C)。其中該復健練習共分成前述之三個階段，每成功答對一個階段的題目，才會自動進入下一階段，若未能成功答對，則會持續進行該一階段的練習，直到計數正確為止(請參見圖10，步驟72-75；及圖9D)。
因此，假設醫生所開立的遊戲處方箋為每天要完成十次鯉魚的數量計數，患者就必須在數量計數題目中，答對鯉魚的數量，才算完成一次的練習，然後重覆答對十次不同數量的計數題目，才能算是完成一天的復健練習(請參見圖10，步驟76)。
在本情境互動遊戲內容中，鯉魚出規的方式，同時也是練習專注 力的重點，例如鯉魚是一次出現在畫面中，或是一條一條地遊進畫面中，或是鯉魚游進又游出畫面，鯉魚是由左或是由右游入畫面，這些呈現的方式，都可以根據患者的空間視野忽略症狀，由本發明之人機互動式復健系統1自動判斷或是由醫師安排需要哪一種的專注力觀看練習。
綜上所述，本發明之人機互動式復健系統1在具有中風後遺症之患者的手部伸展及握拳施力復健的練習中，能夠根據不同的患者的最大出力範圍，自動調整成相同適用於本發明之人機互動式復健系統的互動操作之數值範圍；而在具有眼部之視覺障礙的中風後遺症之患者復健的練習中，能夠藉由患者的輸入資料132，自動判斷該患者之視野範圍，以推論出該患者所特定的空間視野忽略的患側，並且內容回饋呈現模組143亦會自動推算一適合該患者的復健強度；如此，不同患者在使用本發明之人機互動式復健系統1時，不需擔心不同的患者在操作時，要事先手動評估並調整系統內的參數設定，即在輸入所偵測的訊號並量化時，就預先進行數值正規化的處理；本發明之人機互動式復健系統1根據不同的操作難易度，設計不同等級的互動內容，不同等級的互動內容在操作的動作設定上不同，藉以提高中風後的復健效率。
本發明之人機互動式復健系統1會與醫院端能通過資料平台隨時追蹤復健狀況並介入提醒、於平台建立雲端社群回饋鼓勵機制，並即時傳送復健成果給患者指定之關係人，提供病患鼓勵回饋，加強醫病關係中的社群互動與鏈結；且本發明之人機互動式復健系統亦會儲存每次的操作數值會儲存每次的操作數值，因此除了能夠當下立即自動調整適合不同患者的復健內容外，亦能夠使醫師透過雲端伺服器2從遠端開立新的處方箋，以此遠端的增加患者操作的難易度等級；並且，若患者無法立即達到新開立之處方箋的復健強度時，本發明之人機互動式復健系統1亦會如前述之方式自動調整適合該患者當下的復健強度，並以達到醫師開立的處方箋為目標，逐步的增強至新開立之處方箋的復健強度，使得患者能夠持續進行復建，而不會因為當下無法完成復建強度 而放棄進行復建。
因此，本發明之人機互動式復健系統1可用於中風後遺症之復建的用途，且能夠透過合法零售化後進入居家復建並提供符合條件之民眾、家庭、或單位租質，並可搭配相關之急性後期照護政策及全方位老年照護計畫等，與當地復健醫院、診所合作，應用於復健醫院的處方箋開立及復健治療，並與社區復建、居家健康照護及技術性護理等機構合作，提供有需求的患者使用。

Claims (10)

  1. 一種復健系統，用於復健一患者之中風後遺症，包含：一視覺裝置，提供一引導畫面給該患者觀看；一肢體感測器，配戴於該患者之一肢體，以感測該肢體之動作而產生一感測訊號；以及一訊息處理單元，與該視覺裝置及該肢體感測器建立無線通訊，且包含一輸入訊號處理模組、一復健操作權重處理模組、及一內容回饋呈現模組；其中，該內容回饋呈現模組傳送該引導畫面給該視覺裝置，該輸入訊號處理模組從該肢體感測器接收該感測訊號傳送至該復健操作權重處理模組，由該復健操作權重處理模組根據該感測訊號估算該患者目前的手部動作，進而推算出該患者的各種動作以判斷該患者肢體之中風後遺症的復原程度，並且該復健操作權重處理模組同時將該感測訊號參數化為一數值範圍以作為該患者的出力狀態，再根據該患者的出力狀態為基礎，自動調整適用於該患者的該數值範圍之一最大值，以對該復健系統進行正規化之處理，並據以推算適合該患者的一復健強度，且由該內容回饋呈現模組更改該引導畫面所展示該復健強度的一內容給該患者觀看；其中，該內容回饋呈現模組會將該肢體之中風後遺症所復原之程度上傳至一雲端伺服器。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之復健系統，其中該中風後遺症是關於一手部的動作障礙，且該肢體感測器為肌電流感應器。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之復健系統，其中該引導畫面是引導該患者之手部握力訓練。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之復健系統，其中該引導畫面因應該感測訊號及該適合該患者的復健強度以引導該患者之握力訓練。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之復健系統，其中該患者復原之程度是關於自主動作和手臂肌肉控制能力。
  6. 一種復健系統，用於復健一患者之中風後遺症，包含：一視覺裝置，提供一引導畫面給該患者觀看；以及一訊息處理單元，具有一人機介面，並與該視覺裝置建立無線通訊且包含一復健操作權重處理模組、及一內容回饋呈現模組；其中，該內容回饋呈現模組傳送該引導畫面給該視覺裝置，並由該人機介面接收該患者所回饋的一輸入資料提供給該復健操作權重處理模組判斷該中風後遺症的復原程度，以及自動推算適合該患者的一復健強度，該復健操作權重處理模組係透過該內容回饋呈現模組更改該引導畫面所展示該復健強度的一內容給該患者觀看；其中，該內容回饋呈現模組會將該中風後遺症所復原之程度上傳至一雲端伺服器，且該中風後遺症是關於一視覺障礙。
  7. 如申請專利範圍第1項或第6項所述之復健系統，其中該復健系統係將上傳至該雲端伺服器之該肢體之中風後遺症、或該中風後遺症所復原之程度傳送給一關係人，以建立一社群互動鏈結。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之復健系統，其中該引導畫面是關於引導該患者計數複數物件，該輸入資料是該患者計數之一數目。
  9. 如申請專利範圍第6項所述之復健系統，其中患者復原之程度是關於該患者之視野範圍。
  10. 如申請專利範圍第6項所述之復健系統，其中該復健強度是關於該患者所見之該引導畫面的視野範圍大小。
TW108137320A 2018-10-17 2019-10-16 人機互動式復健系統 TWI722602B (zh)

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