TWI793947B - 一種虛擬實境平衡障礙訓練系統、方法及其電腦可讀媒介 - Google Patents

Abstract

本發明係提供一種虛擬實境平衡障礙訓練系統、方法及其電腦可讀媒介，係包括虛擬實境裝置、動態感測器、平衡障礙訓練裝置以及後端處理裝置，其中，受試者於該平衡障礙訓練裝置上進行平衡障礙訓練，且該平衡障礙訓練裝置偵測該受試者之傾斜資料及壓力資料，而該動態感測器偵測該受試者之滑行資料，以供該後端處理裝置據該滑行資料及該傾斜資料控制該虛擬實境裝置顯示給該受試者之虛擬實境影像，以及依據該滑行資料及該壓力資料計算該受試者之平衡障礙結果。是以，本發明利用平衡障礙訓練能有效的改善受試者之平衡障礙，更透過平衡障礙結果能明確評估受試者之身體情況。

Description

一種虛擬實境平衡障礙訓練系統、方法及其電腦可讀媒介

本發明關於一種平衡障礙訓練技術，尤其指一種虛擬實境平衡障礙訓練系統、方法及其電腦可讀媒介。

對於有平衡障礙的患者而言，無法控制自己身體的直立平衡，會影響其步行、移動及姿勢，使患者產生肌肉與骨骼痠痛等問題，而造成行動不便，導致患者生活品質嚴重下降。

然而，市面上復健器材與產品無法有效地改善患者的平衡能力，且也未有針對患者在復健時提供完善且準確的評估資料，以使物理治療師等醫療人員無法清楚地了解患者目前的平衡狀況，進而對患者做出評估。

因此，如何提供一種平衡障礙訓練技術，能有效地訓練患者的平衡且提供患者關於身體平衡的明確資料，進而使醫療人員具有準確的評估依據，遂成為業界亟待解決的課題。

為解決前述習知的技術問題或提供相關之功效，本發明提供一虛擬實境平衡障礙訓練系統，係包括：一虛擬實境裝置，係配戴於一受試者之頭部，以顯示一虛擬實境影像給該受試者；一動態感測器，係配戴於該受試者之訓練腿，以偵測該訓練腿於滑行時所產生之滑行資料；一平衡障礙訓練裝置，係包括一平衡板及一具有壓力感測器之跑步機，其中，該平衡板係於該受試者之固定腿進行站立時，偵測該固定腿之傾斜資料，該跑步機則提供該受試者之訓練腿進行滑行，以供該跑步機之壓力感測器量測該訓練腿之壓力資料；以及一後端處理裝置，係通訊連接該虛擬實境裝置、該動態感測器及該平衡障礙訓練裝置，以接收該滑行資料、該傾斜資料及該壓力資料，俾供該後端處理裝置依據該滑行資料及該傾斜資料控制該虛擬實境影像，使該受試者於該虛擬實境影像中進行平衡障礙訓練，以依據該滑行資料及該壓力資料計算該受試者進行該平衡障礙訓練所產生之平衡障礙結果，俾作為評估該受試者平衡障礙之依據。

本發明復提供一種虛擬實境平衡障礙訓練方法，係包括：由一配戴於一受試者之頭部之虛擬實境裝置顯示一虛擬實境影像給該受試者；由一配戴於該受試者之訓練腿之動態感測器偵測該訓練腿於滑行時所產生之滑行資料；由一平衡障礙訓練裝置之平衡板係於該受試者之固定腿進行站立時，偵測該固定腿之傾斜資料；由該平衡障礙訓練裝置之跑步機提供該受試者之訓練腿進行滑行，其中，該跑步機設有一用於量測該訓練腿之壓力資料的壓力感測器；由一後端處理裝置接收該滑行資料、該傾斜資料及該壓力資料，以依據該滑行資料及該傾斜資料控制該虛擬實境影像，俾供該 受試者於該虛擬實境影像中進行平衡障礙訓練；以及由該後端處理裝置依據該滑行資料及該壓力資料計算該受試者進行該平衡障礙訓練所產生之平衡障礙結果，以將該平衡障礙結果作為評估該受試者的平衡障礙之依據。

於一實施例中，該滑行資料係包括該訓練腿之滑行次數以及每次滑行之滑行時間、線性加速、角速度及方位之至少其中一者，該傾斜資料係包括該固定腿於該平衡板上之傾斜角度及傾斜方向之至少其中一者，以及該壓力資料係包括該訓練腿每次滑行之力矩及反作用力之至少其中一者。

於一實施例中，該後端處理裝置係包括一用於設定該受試者之生理資料、該動態感測器位於該受試者之訓練腿之感測位置以及該虛擬實境裝置所顯示之該虛擬實境影像之難度及環境的參數設定模組。

於一實施例中，該後端處理裝置係包括一用於設定該動態感測器之速度敏感等級範圍、該平衡板之角度敏感等級範圍及該跑步機之阻力等級範圍的校正模組，且其中，該後端處理裝置依據該速度敏感等級範圍調整該受試者於該虛擬實境影像中之移動速度，依據該阻力等級範圍調整該跑步機之跑帶阻力，以及依據該角度敏感等級範圍調整於該虛擬實境影像中之轉向幅度。

於一實施例中，該後端處理裝置係包括一處理模組，其依據該滑行資料及該壓力資料利用一足底壓力中心公式計算該受試者每次滑行之足底壓力中心。

於一實施例中，該處理模組依據該滑行資料計算出該訓練腿之髖關節、膝關節及踝關節之關節角度，以及依據該訓練腿之髖關節、膝 關節及踝關節之關節角度及該壓力資料藉一力矩公式計算出該訓練腿之髖關節、膝關節及踝關節之關節力矩，且其中，該處理模組彙整該訓練腿之髖關節、膝關節及踝關節之關節角度及關節力矩以形成一關節資料，且該平衡障礙結果包含有該關節資料。

於一實施例中，該處理模組依據該滑行資料利用一距離公式計算該受試者之滑行距離，依據該滑行資料計算該受試者之移動速度，依據該滑行資料利用一頻率公式計算該受試者之步行頻率，以及依據該受試者每次滑行之足底壓力中心計算該受試者之總身體位移，其中，該處理模組將該滑行距離、該移動速度、該步行頻率及該總身體位移彙整成一時間及空間資料，且該平衡障礙結果包含有該時間及空間資料。

於一實施例中，該處理模組依據該受試者初次進行該平衡障礙訓練之初次平衡障礙結果分別比對最後一次進行該平衡障礙訓練之最後平衡障礙結果以及一健康受試者之標準數值，以判斷該受試者是否有改善平衡障礙。

本發明又提供一種電腦可讀媒介，應用於具有處理器及/或記憶體的電腦或計算裝置中，該電腦或該計算裝置透過處理器及/或記憶體執行一目標程式及電腦可讀媒介，並用於執行電腦可讀媒介時執行如上所述之虛擬實境平衡障礙訓練方法。

由上可知，本發明之虛擬實境平衡障礙訓練系統、方法及其電腦可讀媒介，主要透過動態感測器及平衡障礙訓練裝置偵測受試者在進行平衡障礙訓練時所產生的滑行資料、傾斜資料及壓力資料，且後端處理裝置依據該滑行資料及該傾斜資料控制虛擬實境影像，以使該受試者於該虛擬 實境影像中進行滑行，以及依據該滑行資料及該壓力資料計算該受試者之平衡障礙結果。因此，本發明透過平衡障礙訓練裝置提供受試者進行單腿滑行運動，能有效的提升受試者之平衡與神經可塑性，且更依據動態感測器及平衡障礙訓練裝置所偵測到之資料能有效地評估受試者之身體情況，進而改善受試者之平衡障礙。

1:虛擬實境平衡障礙訓練系統

10:虛擬實境裝置

20:動態感測器

30:平衡障礙訓練裝置

31:跑步機

32:平衡板

40:後端處理裝置

41:參數設定模組

42:校正模組

43:處理模組

44:儲存模組

8:虛擬實境影像

9:受試者

S41至S46:步驟

圖1係為本發明之虛擬實境平衡障礙訓練系統之架構示意圖。

圖2係為本發明之虛擬實境平衡障礙訓練系統之實施例示意圖。

圖3係為本發明之虛擬實境平衡障礙訓練系統之變換方向的實施例示意圖。

圖4係為本發明之虛擬實境平衡障礙訓練方法流程示意圖。

以下藉由特定的具體實施例說明本發明之實施方式，熟悉此技藝之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地瞭解本發明之其他優點及功效。

須知，本說明書所附圖式所繪示之結構、比例、大小等，均僅用以配合說明書所揭示之內容，以供熟悉此技藝之人士之瞭解與閱讀，並非用以限定本發明可實施之限定條件，故不具技術上之實質意義，任何 結構之修飾、比例關係之改變或大小之調整，在不影響本發明所能產生之功效及所能達成之目的下，均應仍落在本發明所揭示之技術內容得能涵蓋之範圍內。同時，本說明書中所引用之如「一」、「第一」、「第二」、「上」及「下」等之用語，亦僅為便於敘述之明瞭，而非用以限定本發明可實施之範圍，其相對關係之改變或調整，在無實質變更技術內容下，當視為本發明可實施之範疇。

圖1係為本發明之虛擬實境平衡障礙訓練系統1之架構示意圖。如圖1所示，虛擬實境平衡障礙訓練系統1係包括：一虛擬實境裝置10、一動態感測器20、一平衡障礙訓練裝置30以及一後端處理裝置40，其中，平衡障礙訓練裝置30包含一跑步機31及一平衡板32，而後端處理裝置40包含一參數設定模組41、一校正模組42、一處理模組43及一儲存模組44。此外，虛擬實境裝置10、動態感測器20及平衡障礙訓練裝置30係透過藍牙、Wi-Fi或是其他無線或有線等通訊方式通訊連接(或電氣連接)後端處理裝置40。

所述之虛擬實境裝置10係可為虛擬實境(Virtual Reality,VR)眼鏡等可提供虛擬實境影像之裝置，其配戴於一受試者9之頭部以顯示一虛擬實境影像8(如圖2所示)給受試者9。

所述之動態感測器20係為慣性測量單元(Inertial Measurement Unit,IMU)，其分別配戴於受試者9之訓練腿之腳踝處，以偵測受試者9之訓練腿在運動時的線性加速、角速度及方位等。

在一實施例中，以於進行平衡障礙訓練時，動態感測器20偵測受試者9之訓練腿的滑行次數以及每次滑行之滑行時間、線性加速、角速度及方位之滑行資料。另一方面，一次完整的滑行係為從受試者9之訓練腿 第一次碰到跑步機31之跑帶、往後踢、膝蓋彎曲、腿懸空，最後到受試者9之訓練腿第二次碰到跑步機31之跑帶。

所述之平衡障礙訓練裝置30包含有一平衡板32以及一設有壓力感測器(圖中未示)之跑步機31，其中，該跑步機31可為單帶或雙帶之跑步機，平衡板32係為可偵測傾斜角度及傾斜方向之平衡裝置，例如：裝設有慣性測量單元(IMU)之滑板，以透過慣性測量單元偵測滑板傾斜角度，以及壓力感測器係設置於跑步機31之跑帶下。須說明，單腿滑行動作與步行動作相似，因此本發明提供受試者9透過平衡障礙訓練裝置30進行單腿滑行運動(亦即進行平衡障礙訓練)，能有效的提升受試者9之平衡與神經可塑性，並鍛鍊上肢與下肢等全身動作協調性，進而改善受試者9之平衡障礙。

在一實施例中，平衡板32係設置於單帶跑步機上，以供受試者9之固定腿站立於平衡板32上，而受試者9之訓練腿站立於單帶跑步機之跑帶上；或是，平衡板32係可移動地設置於雙帶跑步機之其中一跑帶上，以供受試者9之固定腿站立於平衡板32上，而受試者9之訓練腿站立於雙帶跑步機之其中另一跑帶上。

是以，當透過平衡障礙訓練裝置30進行平衡障礙訓練時，受試者9利用固定腿站立於平衡板32，而訓練腿於跑步機31之跑帶上進行單腿滑行，且平衡板32偵測固定腿傾斜的傾斜角度及傾斜方向之傾斜資料，進而控制受試者9於虛擬實境影像8之移動方向(如圖3所示)。例如：若固定腿於平衡板32之傾斜方向係為向左傾斜，則於虛擬實境影像8中之移動方向為向左移動，且平衡板32之傾斜角度越大則於虛擬實境影像8中之移動方向的彎度越大。

在一實施例中，壓力感測器係設置於跑步機31之跑帶下，且壓力感測器先偵測受試者9於平衡障礙訓練開始前雙腿站立於跑步機31上之起始位置(或稱原始點)，其中，進行平衡障礙訓練時，壓力感測器量測受試者9之訓練腿每次滑行時施加於跑步機31之跑帶上之力矩及反作用力之壓力資料。須說明，當受試者之訓練腿移動時，壓力感測器所量測之反作用力包含受試者之體重以及加上其肌肉與重心之所施加的力量，且會照一定比例支撐與施壓於跑步機31之跑帶上而移動訓練腿。此外，走路之姿勢、方式與速度也會影響反作用力。

所述之後端處理裝置40係可建立於伺服器(如通用型伺服器、檔案型伺服器、儲存單元型伺服器等)及電腦等具有適當演算機制之電子設備中，且後端處理裝置40中之參數設定模組41、校正模組42、處理模組43及儲存模組44均可為軟體、硬體或韌體；若為硬體，則可為具有資料處理與運算能力之處理單元、處理器、電腦或伺服器；若為軟體或韌體，則可包括處理單元、處理器、電腦或伺服器可執行之指令，且可安裝於同一硬體裝置或分布於不同的複數硬體裝置。

於本實施例中，後端處理裝置40中之參數設定模組41係提供測試人員設定受試者9之生理資料(包含體重、身高或腿長)、動態感測器20位於受試者9之訓練腿之感測位置(或稱穿戴位置)以及虛擬實境裝置10所顯示之虛擬實境影像8之難度及環境，其中，虛擬實境影像8之難度係如下表1所示，而虛擬實境影像8之環境係包含沙灘、城市或森林等。舉例而言，當測試人員透過參數設定模組41設定虛擬實境影像8之難度係為困難，且虛擬實境影像8之環境係為城市時，虛擬實境裝置10所顯示之虛擬實境影像8 即會產生城市的景象，並包含具有障礙物(如車輛、行人)之彎路，以使受試者9感受到位於彎路上進行平衡障礙訓練。

表1：虛擬實境影像之難度

對此，測試人員能依據受試者9之身體情況設定適當的虛擬實境影像8之難度，以提供受試者9進行平衡障礙訓練，且利用不同的虛擬實境影像8之環境提升受試者9的訓練意願，以避免因長時間的平衡障礙訓練使受試者9感到乏味，進而導致訓練結果不彰。

於本實施例中，後端處理裝置40中之校正模組42係提供測試人員設定動態感測器20之速度敏感等級範圍、平衡板32之角度敏感等級範圍以及跑步機31之阻力等級範圍，其中，速度敏感等級範圍係為1.0~2.0，且間格為0.1；角度敏感等級範圍係為1.0~2.0，且間格為0.1；以及阻力等級範圍係為1.0~2.0，且間格為0.1。於另一實施例中，校正模組42可接收壓力感測器所偵測之受試者9於跑步機31上之起始位置以進行校正。

具體而言，若校正模組42係設定動態感測器20之速度敏感等級範圍為2，則當受試者9之訓練腿移動速度為每秒鐘1公尺(1 meter/sec)時，受試者9於虛擬實境影像8中之移動速度為每秒鐘2公尺(2 meter/sec)；若校正模組42係設定平衡板32之角度敏感等級範圍為1.5，則當受試者9之固定腿於平衡板32上傾斜角度為1度時，受試者9於虛擬實境影像8中之傾 斜角度為1.5度；以及若校正模組42係設定跑步機31之阻力等級範圍為1.2，則跑步機31之跑帶阻力為原始跑帶阻力乘以1.2倍，以使受試者9在滑行時需要花費更多的力。在一實施例中，動態感測器20之速度敏感等級、平衡板32之角度敏感等級以及跑步機31之阻力等級統稱為敏感度等級，可依受試者9滑行狀態做調整，於滑行時若感到不適，可調整敏感度等級以降低受試者9的不適感。

於本實施例中，後端處理裝置40中之處理模組43接收於平衡障礙訓練時的動態感測器20所偵測之滑行資料、平衡板32所偵測之傾斜資料以及壓力感測器所量測之壓力資料。

在一實施例中，因受試者9的走路之姿勢、方式與速度會影響受試者9施壓於跑步機31之跑帶上之反作用力。對此，處理模組43將壓力資料之反作用力依據標準化公式(1)進行標準化，以得到標準化之反作用力，其中，標準化公式(1)如下所示：

其中，於受試者9站立時，其肌肉之力量為0。

在一實施例中，處理模組43依據滑行資料之線加速度、角速度、方位計算出受試者9之訓練腿每次滑行之腿部移動位置，進而計算出每次滑行之擺動距離，處理模組43再依據每次滑行之擺動距離及壓力資料中每次滑行所產生之力矩及標準化之反作用力利用足底壓力中心(Center of Pressure,CoP)公式(2)計算受試者9每次滑行時的足底壓力中心，其中，足底壓力中心公式(2)如下所示：

再者，處理模組43統計每次滑行所產生之足底壓力中心以提供測試人員於後續進行地面時域及頻域分析。詳言之，處理模組43依據每次滑行所產生之足底壓力中心(CoP)並利用身體位移公式(3)計算出受試者9之身體總位移(公分)，其中，身體位移公式(3)如下所示：

是以，當受試者9進行平衡障礙訓練時，沒有平衡障礙的健康受試者會使用穩定的動作及少量身體搖晃的幅度，向前滑行；反之，有平衡障礙的受試者，在進行平衡障礙訓練時，其身體搖晃傾斜程度增加且位移幅度變大。再者，經過平衡障礙訓練後，身體與滑行動作會較穩定，傾斜搖晃度減少，且位移幅度變小。此外，有平衡障礙的受試者，雖然位移幅度大，但收集到的數據點與位移幅度小的動作相同，故不會因為搖晃度大，完成較多滑行動作。

在一實施例中，處理模組43依據滑行資料中之線加速度、角速度及方位，並利用如歐拉角(Euler Angle)公式計算訓練腿之髖關節、膝關節及踝關節之關節角度(度)。再者，處理模組43依據標準化之反作用力、髖關節、膝關節及踝關節之關節角度及生理資料中之受試者9之腿長利用力矩公式(4)計算其訓練腿之髖關節、膝關節及踝關節之關節力矩(牛頓米)，藉此透過處理模組43彙整髖關節、膝關節及踝關節之關節角度及關節力矩以形成關節資料，其中，力矩公式(4)如下所示：。

關節力矩=標準化之反作用力×半徑×sinθ 公式(4)

其中，θ係為髖關節、膝關節或踝關節之關節角度；以及半徑係為受試者9之腿長。此外，處理模組43可依據生理資料中之受試者9之身高利用一定身長比例以估計受試者9之腿長。

在一實施例中，處理模組43依據每次滑行之腿部移動位置利用距離公式(5)計算受試者9之滑行距離(Distance)(公尺)，其中，距離公式(5)如下所示：

其中，r_G係為動態感測器20偵測到訓練腿在擺幅時的腿部移動位置。

在一實施例中，處理模組43依據每次滑行之腿部移動位置(r_G)及滑行時間計算出受試者9之移動速度(公尺/秒鐘)，且處理模組43依據校正模組42所設定之速度敏感等級範圍調整受試者9於虛擬實境影像8中之移動速度，以及處理模組43依據校正模組42所設定之阻力等級範圍調整該跑步機31之跑帶阻力，進而促使受試者9進行單腿滑行(亦即進行平衡障礙訓練)，並加強平衡障礙訓練之效果。

在一實施例中，處理模組43依據滑行資料中之滑行次數及總滑行時間利用頻率公式(6)計算受試者9之步行頻率(或稱滑行頻率)(步/分鐘)，其中，總滑行時間係為每次滑行時間之累加，且頻率公式(6)如下所示：

此外，處理模組43將滑行距離、移動速度、步行頻率及總身體位移彙整成一時間及空間資料，且將時間及空間資料中之滑行距離、移 動速度及步行頻率顯示於虛擬實境裝置10之虛擬實境影像8中，以提供給受試者9，如圖2及圖3所示，其中，虛擬實境影像8中所顯示之移動速度係為經速度敏感等級範圍調整後之移動速度。

在一實施例中，處理模組43依據時間及空間資料以及關節資料形成一平衡障礙結果，以作為評估受試者9平衡障礙之依據。再者，處理模組43依據受試者9初次進行平衡障礙訓練之初次平衡障礙結果分別比對最後一次進行平衡障礙訓練之最後平衡障礙結果以及健康受試者之標準數值，進而判斷受試者9，經由多次平衡障礙訓練後是否有改善平衡障礙，其中，平衡障礙結果比較表如下表2所示：

表2：平衡障礙結果比較表

在一實施例中，處理模組43依據傾斜資料中之傾斜角度及傾斜方向控制受試者9於虛擬實境影像8中的前進方向，其中，處理模組43依據校正模組42所設定之角度敏感等級範圍調整受試者9於平衡板31之傾斜角度，進而調整使受試者9於虛擬實境影像8中之轉向幅度。

於本實施例中，後端處理裝置40中之儲存模組44係儲存動態感測器20所偵測之滑行資料、平衡板32所偵測之傾斜資料、壓力感測器所量測之壓力資料、處理模組43所計算出之關節資料及足底壓力中心軌跡、以及平衡障礙結果。

下列係為本發明之虛擬實境平衡障礙訓練系統之一實施例，且一併參閱圖1至圖3說明之。

於本實施例中，一受試者9透過虛擬實境平衡障礙訓練系統1於一訓練期間內(如6周)進行多次平衡障礙訓練。具體而言，受試者9頭部配戴虛擬實境裝置10(如VR眼鏡)，且其訓練腿(左腿或右腿其中之一腿)之腳踝配戴動態感測器20並站立於平衡障礙訓練裝置30之跑步機31上，而其固定腿(左腿或右腿其中之另一腿)站立於平衡障礙訓練裝置30之平衡板32，以使受試者9於平衡障礙訓練裝置30上進行單腳滑行，且受試者9透過虛擬實境裝置10於虛擬實境影像8中進行平衡障礙訓練。應可理解地，此時受試者9會進行如滑滑板般的運動。

再者，於進行平衡障礙訓練時，動態感測器20偵測受試者9之訓練腿在運動時的滑行資料(包含滑行次數以及每次滑行之滑行時間、線性加速、角速度及方位之至少其中一者)、平衡障礙訓練裝置30之壓力感測器量測受試者9之訓練腿施加於跑步機31之跑帶上的壓力資料(每次滑行之力矩及反作用力之至少其中一者)以及平衡板32偵測受試者9之固定腿傾斜時的傾斜資料(包含傾斜角度及傾斜方向之至少其中一者)，且滑行資料、壓力資料及傾斜資料傳送至後端處理裝置40。

之後，後端處理裝置40依據傾斜資料控制受試者9於虛擬實境影像8中的前進方向，且依據滑行資料控制受試者9於虛擬實境影像8中的移動速度。甚者，後端處理裝置40依據滑行資料及壓力資料計算出受試者9此次平衡障礙訓練之平衡障礙訓練結果，且後端處理裝置40將受試者9第一次進行平衡障礙訓練所產生之初次平衡障礙結果分別與受試者9最後一次進行平衡障礙訓練所產生之最後平衡障礙結果及健康受試者之標準數值進行比對(如表2所示)，以判斷受試者9之平衡障礙是否改善。

詳言之，如表2所示，於受試者9經由多次平衡障礙訓練後，受試者9之最後平衡障礙結果顯示其滑行距離、步行頻率及移動速度以有明顯地提升(亦即受試者9在滑行時運動能力上升)，且總身體位移也下降(亦即受試者9在滑行時身體搖晃也較穩定)，以及關節角度變大(亦即受試者9關節之活動度有所改善)。又，受試者9也已符合健康受試者之標準數值。是以，受試者9經由平衡障礙訓練後已克服平衡障礙。

圖4係為本發明之虛擬實境平衡障礙訓練方法流程示意圖，且一併參閱圖1至圖3說明之，其中，該方法流程包含下列步驟S41至步驟S46：

於步驟S41中，後端處理裝置40係提供測試人員設定受試者9之生理資料、動態感測器20位於受試者9之訓練腿之感測位置以及虛擬實境裝置10所顯示之虛擬實境影像8之難度及環境。

於步驟S42中，受試者9之頭部配戴有虛擬實境裝置10及訓練腿配戴有動態感測器20，且受試者9於平衡障礙訓練裝置30進行平衡障礙訓練時，虛擬實境裝置10顯示虛擬實境影像8給受試者9，同時受試者9之訓 練腿於平衡障礙訓練裝置30進行單腿滑行，以使受試者9於虛擬實境影像8中進行如滑滑板般的運動。

於步驟S43中，當進行平衡障礙訓練時，動態感測器20偵測受試者9之訓練腿之滑行資料，以及平衡障礙訓練裝置30偵測受試者9之固定腿之傾斜資料及量測受試者9之訓練腿之壓力資料。

於步驟S44中，後端處理裝置40係接收受試者9之滑行資料、傾斜資料及壓力資料。

於步驟S45中，後端處理裝置40依據受試者9之傾斜資料及滑行資料控制受試者9於虛擬實境影像8中的前進方向及移動速度。

於步驟S46中，後端處理裝置40依據滑行資料及壓力資料計算出受試者9此次平衡障礙訓練之平衡障礙訓練結果。

此外，本發明還揭示一種電腦可讀媒介，係應用於具有處理器(例如，CPU、GPU等)及/或記憶體的計算裝置或電腦中，且儲存有指令，並可利用此計算裝置或電腦透過處理器及/或記憶體執行此電腦可讀媒介，以於執行此電腦可讀媒介時執行上述之方法及各步驟。

綜上所述，本發明之虛擬實境平衡障礙訓練系統、方法及其電腦可讀媒介，藉由動態感測器及平衡障礙訓練裝置偵測受試者在進行平衡障礙訓練時所產生的滑行資料、傾斜資料及壓力資料，且後端處理裝置依據該滑行資料及該傾斜資料控制虛擬實境影像，以使該受試者於該虛擬實境影像中進行滑行，以及依據該滑行資料及該壓力資料計算該受試者之平衡障礙結果。是以，本發明透過平衡障礙訓練裝置提供受試者進行單腿滑行運動，能有效的提升受試者之平衡與神經可塑性，且更依據動態感測器及平 衡障礙訓練裝置所偵測到之資料能有效地評估受試者之身體情況，進而改善受試者之平衡障礙。

此外，本發明之虛擬實境平衡障礙訓練系統、方法及其電腦可讀媒介，係具備下列優點或技術功效。

一、本發明利用虛擬實境裝置(如VR眼鏡)提供虛擬實境影像給受試者，且能依據受試者之身體情況設定適當的虛擬實境影像之難度，以提供受試者進行平衡障礙訓練。此外，更利用不同的虛擬實境影像之環境提升受試者的訓練意願，以避免因長時間的平衡障礙訓練使受試者感到乏味，進而導致訓練結果不彰。

二、本發明透過設定動態感測器之速度敏感等級範圍及跑步機之阻力等級範圍，以調整受試者於虛擬實境影像中之移動速度及平衡障礙訓練裝置中之跑步機之跑帶阻力，進而促使受試者進行平衡障礙訓練，並加強平衡障礙訓練之效果。再者，更透過設定平衡板之角度敏感等級範圍調整受試者於虛擬實境影像中轉向幅度，以訓練受試者之反應力。

三、本發明利用動態感測器及平衡障礙訓練裝置偵測受試者在進行平衡障礙訓練時所產生的滑行資料、傾斜資料及壓力資料能有效地評估受試者之身體情況，進而改善受試者之平衡障礙。

上述實施形態僅例示性說明本發明之原理及其功效，而非用於限制本發明。任何熟習此項技藝之人士均可在不違背本發明之精神及範疇下，對上述實施形態進行修飾與改變。因此，本發明之權利保護範圍應如申請專利範圍所列。

1:虛擬實境平衡障礙訓練系統

10:虛擬實境裝置

20:動態感測器

30:平衡障礙訓練裝置

31:跑步機

32:平衡板

40:後端處理裝置

41:參數設定模組

42:校正模組

43:處理模組

44:儲存模組

9:受試者

Claims (15)

1. 一種虛擬實境平衡障礙訓練系統，係包括：一虛擬實境裝置，係配戴於一受試者之頭部，以顯示一虛擬實境影像給該受試者；一動態感測器，係配戴於該受試者之訓練腿，以偵測該訓練腿於滑行時所產生之滑行資料；一平衡障礙訓練裝置，係包括一平衡板及一具有壓力感測器之跑步機，其中，該平衡板係於該受試者之固定腿進行站立時，偵測該固定腿之傾斜資料，該跑步機則提供該受試者之訓練腿進行滑行，以供該跑步機之壓力感測器量測該訓練腿之壓力資料；以及一後端處理裝置，係通訊連接該虛擬實境裝置、該動態感測器及該平衡障礙訓練裝置，以接收該滑行資料、該傾斜資料及該壓力資料，俾供該後端處理裝置依據該滑行資料及該傾斜資料控制該虛擬實境影像，使該受試者於該虛擬實境影像中進行平衡障礙訓練，以依據該滑行資料及該壓力資料計算該受試者進行該平衡障礙訓練所產生之平衡障礙結果，俾作為評估該受試者平衡障礙之依據，其中，該後端處理裝置係包括一處理模組，且該處理模組依據該受試者初次進行該平衡障礙訓練之初次平衡障礙結果分別比對最後一次進行該平衡障礙訓練之最後平衡障礙結果以及一健康受試者之標準數值，以判斷該受試者是否有改善平衡障礙。
2. 如請求項1所述之虛擬實境平衡障礙訓練系統，其中，該滑行資料係包括該訓練腿之滑行次數以及每次滑行之滑行時間、線性加速、角速 度及方位之至少其中一者，該傾斜資料係包括該固定腿於該平衡板上之傾斜角度及傾斜方向之至少其中一者，以及該壓力資料係包括該訓練腿每次滑行之力矩及反作用力之至少其中一者。
3. 如請求項1所述之虛擬實境平衡障礙訓練系統，其中，該後端處理裝置係包括一用於設定該受試者之生理資料、該動態感測器位於該受試者之訓練腿之感測位置以及該虛擬實境裝置所顯示之該虛擬實境影像之難度及環境的參數設定模組。
4. 如請求項1所述之虛擬實境平衡障礙訓練系統，其中，該後端處理裝置係包括一用於設定該動態感測器之速度敏感等級範圍、該平衡板之角度敏感等級範圍及該跑步機之阻力等級範圍的校正模組，且其中，該後端處理裝置依據該速度敏感等級範圍調整該受試者於該虛擬實境影像中之移動速度，依據該阻力等級範圍調整該跑步機之跑帶阻力，以及依據該角度敏感等級範圍調整於該虛擬實境影像中之轉向幅度。
5. 如請求項1所述之虛擬實境平衡障礙訓練系統，其中，該處理模組依據該滑行資料及該壓力資料利用一足底壓力中心公式計算該受試者每次滑行之足底壓力中心。
6. 如請求項5所述之虛擬實境平衡障礙訓練系統，其中，該處理模組依據該滑行資料計算出該訓練腿之髖關節、膝關節及踝關節之關節角度，以及依據該訓練腿之髖關節、膝關節及踝關節之關節角度及該壓力資料藉一力矩公式計算出該訓練腿之髖關節、膝關節及踝關節之關節力矩，且其中，該處理模組彙整該訓練腿之髖關節、膝關節及踝關節之關節角度及關節力矩以形成一關節資料，且該平衡障礙結果包含有該關節資料。
7. 如請求項5所述之虛擬實境平衡障礙訓練系統，其中，該處理模組依據該滑行資料利用一距離公式計算該受試者之滑行距離，依據該滑行資料計算該受試者之移動速度，依據該滑行資料利用一頻率公式計算該受試者之步行頻率，以及依據該受試者每次滑行之足底壓力中心計算該受試者之總身體位移，其中，該處理模組將該滑行距離、該移動速度、該步行頻率及該總身體位移彙整成一時間及空間資料，且該平衡障礙結果包含有該時間及空間資料。
8. 一種虛擬實境平衡障礙訓練方法，係包括：由一配戴於一受試者之頭部之虛擬實境裝置顯示一虛擬實境影像給該受試者；由一配戴於該受試者之訓練腿之動態感測器偵測該訓練腿於滑行時所產生之滑行資料；由一平衡障礙訓練裝置之平衡板於該受試者之固定腿進行站立時，偵測該固定腿之傾斜資料；由該平衡障礙訓練裝置之跑步機提供該受試者之訓練腿進行滑行，其中，該跑步機設有一用於量測該訓練腿之壓力資料的壓力感測器；由一後端處理裝置接收該滑行資料、該傾斜資料及該壓力資料，以依據該滑行資料及該傾斜資料控制該虛擬實境影像，俾供該受試者於該虛擬實境影像中進行平衡障礙訓練；由該後端處理裝置依據該滑行資料及該壓力資料計算該受試者進行該平衡障礙訓練所產生之平衡障礙結果，以將該平衡障礙結果作為評估該受試者的平衡障礙之依據；以及 由該後端處理裝置依據該受試者初次進行該平衡障礙訓練之初次平衡障礙結果分別比對最後一次進行該平衡障礙訓練之最後平衡障礙結果以及一健康受試者之標準數值，以判斷該受試者是否有改善平衡障礙。
9. 如請求項8所述之虛擬實境平衡障礙訓練方法，其中，該滑行資料係包括該訓練腿之滑行次數以及每次滑行之滑行時間、線性加速、角速度及方位之至少其中一者，該傾斜資料係包括該固定腿於該平衡板上之傾斜角度及傾斜方向之至少其中一者，以及該壓力資料係包括該訓練腿每次滑行之力矩及反作用力之至少其中一者。
10. 如請求項8所述之虛擬實境平衡障礙訓練方法，更包括由該後端處理裝置設定該受試者之生理資料、該動態感測器位於該受試者之訓練腿之感測位置以及該虛擬實境裝置所顯示之該虛擬實境影像之難度及環境。
11. 如請求項8所述之虛擬實境平衡障礙訓練方法，更包括由該後端處理裝置設定該動態感測器之速度敏感等級範圍、該平衡板之角度敏感等級範圍及該跑步機之阻力等級範圍，其中，由該後端處理裝置依據該速度敏感等級範圍調整該受試者於該虛擬實境影像中之移動速度，由該後端處理裝置依據該阻力等級範圍調整該跑步機之跑帶阻力，以及由該後端處理裝置依據該角度敏感等級範圍調整於該虛擬實境影像中之轉向幅度。
12. 如請求項8所述之虛擬實境平衡障礙訓練方法，更包括由該後端處理裝置依據該滑行資料及該壓力資料利用一足底壓力中心公式計算該受試者每次滑行之足底壓力中心。
13. 如請求項8所述之虛擬實境平衡障礙訓練方法，更包括： 由該後端處理裝置依據該滑行資料計算出該訓練腿之髖關節、膝關節及踝關節之關節角度；以及由該後端處理裝置依據該訓練腿之髖關節、膝關節及踝關節之關節角度及該壓力資料藉一力矩公式計算出該訓練腿之髖關節、膝關節及踝關節之關節力矩，其中，由該後端處理裝置彙整該訓練腿之髖關節、膝關節及踝關節之關節角度及關節力矩以形成一關節資料，且該平衡障礙結果包含有該關節資料。
14. 如請求項12所述之虛擬實境平衡障礙訓練方法，更包括：由該後端處理裝置依據該滑行資料利用一距離公式計算出該受試者之滑行距離；由該後端處理裝置依據該滑行資料計算出該受試者之移動速度；由該後端處理裝置依據滑行資料利用一頻率公式計算出該受試者之步行頻率；以及由該後端處理裝置依據該受試者每次滑行之足底壓力中心計算出該受試者之總身體位移，其中，由該後端處理裝置將該滑行距離、該移動速度、該步行頻率及該總身體位移彙整成一時間及空間資料，且該平衡障礙結果包含有該時間及空間資料。
15. 一種電腦可讀媒介，應用於計算裝置或電腦中，係儲存有指令，以執行如請求項8至14之任一者所述之虛擬實境平衡障礙訓練方法。

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