[發明專利]一種運用虛擬現實技術的康復訓練系統及方法在審

申請號：	201510059881.9	申請日：	2015-02-05
公開（公告）號：	CN104722056A	公開（公告）日：	2015-06-24
發明（設計）人：	季紅;沈濤;劉曉暉;高佳;林翰宇;唐艷艷;沈蕓;徐德雄	申請（專利權）人：	北京市計算中心
主分類號：	A63B71/06	分類號：	A63B71/06;A63B71/00
代理公司：	無	代理人：	無
地址：	100005 北***	國省代碼：	北京;11
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摘要：
搜索關鍵詞：	一種運用虛擬現實技術康復訓練系統方法
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【說明書】：

技術領域

本發明涉及一種康復訓練系統及方法，尤其是一種設計巧妙、智能化程度高的一種運用虛擬現實技術的康復訓練系統及方法。

背景技術

目前在國內的康復治療中，主要的康復治療手段是以治療師的手法操作為主，或輔助一些簡單的訓練器械，即通過被動運動、輔助運動、主動運動和抗阻運動等來達到恢復肌肉運動功能的目的。這種方法取得了很好的康復治療效果，但同時由于治療手段的局限性，導致患者處于被動地位。而且在訓練過程中，動作反復、單調、枯燥，患者很容易產生厭煩情緒，不利于治療的繼續和深入。

為了解決以上問題，人們開始將虛擬現實技術利用到運動障礙恢復訓練中。利用虛擬現實系統進行運動障礙康復訓練，是讓患者在虛擬環境中扮演一個角色，成為虛擬環境中的一部分，通過訓練動作與虛擬環境進行交互，虛擬環境即時給予患者反饋。這種訓練方法可以降低康復治療過程對治療師及治療場地的依賴程度，為患者提供精確、穩定、個性化的訓練模式和定量化的訓練效果評估指標，同時增加治療過程的趣味性，激發患者參與治療過程的積極性，是被動治療變為主動治療。

在虛擬現實系統中，一般的數據手套可以將手部的運動轉變為觸摸物體的計算機指令，但僅僅具有伸手觸摸物體的能力，并沒有觸摸物體的觸覺反饋，這在真實感上是遠遠不夠的。近年來研究人員在數據手套中加入了觸覺和力反饋裝置，增強患者對虛擬環境的真實體驗，增加患者的沉浸感。渥太華大小的Ruba使用具有觸覺反饋的數據手套進行康復訓練，并為患者設計了不同難度等級的康復訓練虛擬場景。羅格斯大學和斯坦福大學開發了基于虛擬現實的骨骼遠程康復系統。患者在家庭進行虛擬現實康復訓練，該系統的控制端直接讀取患者數據庫的康復數據，專業治療師通過分析數據了解病人康復訓練的進展。張立勛等開發了基于matlab的下肢康復機器人虛擬現實仿真系統。該系統可以通過網絡遠程監控康復機器人的運動狀態并在線調整康復機器人的控制參數，并在控制端進行虛擬仿真，使專業治療師可以在控制端直觀的了解到患者的訓練狀態，為專業治療師遠程指導患者進行康復訓練提供了平臺。

體感技術的出現，使人們可以很直接地使用肢體動作，與周邊的裝置或環境互動，而無需使用任何復雜的控制設備，便可讓人們身歷其境地與內容做互動。

利用虛擬顯示系統進行運動障礙康復訓練，讓患者在虛擬環境中扮演一個角色，成為虛擬環境中的一部分，通過訓練動作與虛擬環境進行交互，虛擬環境即時給予患者反饋。這種訓練方法可以降低康復治療過程對治療師及治療場地的依賴程度，為患者提供精確、穩定、個性化的訓練模式和定量化的訓練效果評估指標，同時增加治療過程的趣味性，激發患者參與治療過程的積極性，使被動治療變為主動治療。目前，虛擬現實技術在運動障礙康復訓練領域已經得到廣泛應用。然而在目前的虛擬現實系統中，存在許多的缺陷：

(1)在訓練系統的使用過程中，患者需要穿戴感知輸入設備，如數據手套、數據衣、數據頭盔等，并從輸出反饋設備中得到視覺、聽覺及觸覺等多種感官的反饋。穿戴過程繁瑣，影響用戶的積極性。

(2)患者在使用系統前需要進行動作校正，使用過程繁瑣，降低了用戶的訓練興趣。

(3)穿戴設備通常價格昂貴，大大增加了訓練系統的成本，不利于患者引入家庭的購買使用。

(4)輸入接口單一，不利于系統的擴展。

發明內容

為解決上述問題，本發明提供了一種運用虛擬現實技術的康復訓練系統及方法，包括如下三個階段：

第一階段：通過體感設備Kinect采集人體骨骼節點，生成骨架系統，具體包括：

1)通過紅外傳感器獲取景深圖像；

2)尋找移動物體，進行像素級評估，進行背景的剔除遮罩；

3)通過Kinect的機器學習系統辨別人體部位；

4)通過人體部位的辨識確定人體20個關節點，并生成骨架系統。

第二階段：準備模型并綁定骨骼，搭建數據庫環境，通過深度信息以及彩色信息的機器學習獲得各個骨骼節點位置，由3Dmax軟件工具建模，建立人體骨骼IK/FK，綁定模型的節點一一對應，通過更新控制當個模型的節點位置，實現模型的同步運動。