[發明專利]基于VR的視聽觸覺多模態手功能康復方法

在審

• 申請號: 201810181029.2
• 申請日: 2018-03-06
• 公開（公告）號: CN108417249A
• 公開（公告）日: 2018-08-17
• 發明（設計）人: 楊幫華;王偉;李博;胡晨瀟;汪金龍
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: G16H20/30
• 分類號: G16H20/30;G06F3/01
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 陸聰明

一種基于VR的視聽觸覺多模態手功能康復訓練方法。本方法采用的系統包括用戶及其腦電信號采集和處理系統、虛擬現實多模態反饋訓練系統。用戶及其腦電信號采集和處理系統實時采集用戶腦電波信號，首先進行濾波預處理，然后使用共空間模式算法進行特征提取，分析用戶是否有運動想象意圖，并將分類結果通過TCP/IP通訊傳輸給虛擬現實多模態反饋訓練系統；虛擬現實多模態反饋訓練系統主要包括：1)VR訓練場景的設計2)視聽觸覺多模態反饋的實現。此外，訓練時還可以選擇背景音樂，結合電刺激儀，形成觸感感受，最終實現視聽觸覺多模態反饋。

技術領域

本文針對腦卒中疾病引起的手功能障礙設計了一個基于VR的視聽觸覺多模態手功能康復訓練方法，該系統是一個視聽觸覺多模態的康復系統，具有用戶主動參與和沉浸感強的特點。可結合腦機接口技術促進中樞神經的重塑，為手功能康復提供新的訓練模式。

背景技術

腦卒中是一種腦血液循環障礙性疾病，是一種多發病和常見病，近年來發病率每年都在增長且發病人群呈年輕化趨勢，已經成為當前致使患者上肢運動功能障礙的重要因素。患者的上肢功能受損后的臨床表現為手部關節活動困難，喪失了運動感知反饋功能，致使患者不能完成抓握、對指等精細手部運動功功能，嚴重的甚至導致整個手臂運動功能的喪失。這導致患者失去了獨立生活的能力，給家人和社會帶來了沉重的負擔。目前，主要依賴治療師與患者一對一進行康復訓練的傳統療法來恢復患者簡單的手部運動功能，有的會輔以康復器械。但是傳統療法訓練時間長、見效慢、過程枯燥無味，難以調動患者的訓練積極性，因此康復效率不高。

為了解決以上存在的問題，人們一直在尋求一種更為合理的方案。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術的不足，提供一種基于VR的視聽觸覺多模態手功能康復訓練方法，其基本原理是利用電極帽等外部設備采集患者運動想象產生的腦電信號，對其進行處理并轉化為VR場景中控制訓練動作的命令；在接收到相應命令后，康復訓練系統從視聽觸覺三方面給出訓練反饋，具體為患者可以看到訓練場景中虛擬人的訓練動作進行視覺反饋，使患者能聽到相關聲音進行聽覺反饋，同時結合電刺激儀實現觸覺反饋；通過視聽觸覺多方位反饋，使患者及時準確了解自己運動想象的正確性，強化患者正確的運動想象模式，最終達到加強患者運動想象大腦區域重塑的目的，能夠為腦卒中患者的手功能康復提供一種視聽觸覺多模態的康復訓練方法。

為了實現上述目的，本發明采用下述技術方案：

一種基于VR的視聽觸覺多模態手功能康復訓練方法，采用由用戶、電極帽及信號放大器組成的腦電信號采集及處理系統和基于電腦的虛擬現實多模態反饋訓練系統進行訓練，其特征在于：所述手功能康復方法包括以下四個步驟：

（1）腦電信號的采集和處理：利用電極帽采集用戶的EEG信號，進行預處理后，使用共空間模式CSP算法對采集的信號進行特征提取；

（2）訓練場景選擇界面設計：為了避免康復訓練環境太過單一化，本系統設計了室內、海灘和網球場三種訓練場景，用六個不同的3D虛擬人模型完成了抓握、比OK和前臂旋前旋后三種臨床康復訓練動作、喝水吃水果兩種生活動作和打排球一種運動動作共六種訓練動作；

（3）VR訓練場景的設計：首先在3dsmax中搭建VR場景和3D人物模型建并完成3D人物手部動畫制作，然后導入Unity3D中完成VR場景布置，最后編寫代碼來實現對場景中3D虛擬人訓練動作的控制；

（4）通訊功能的實現：本發明的康復訓練系統是由用戶、電極帽及信號放大器組成的腦電信號EEG采集和處理系統及基于電腦的虛擬現實多模態反饋訓練系統三部分組成，各部分是靠TCP/IP通信協議來實現接收處理后的腦機接口傳遞的信息的功能。

所述步驟（1）中的腦電信號的采集和處理實現步驟如下：

（1-1）預處理：對采集的腦電信號進行通道選擇、降頻；