一种基于Kinect的游戏式远程上肢康复训练系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于Kinect的游戏式远程上肢康复训练系统及方法，属于医疗康复技术领域，包括:模式选择模块：用于选择康复动作幅度的模式；Kinect数据采集与骨骼识别模块：用于分析出上肢康复动作；肢体操作交互模块：当用户的上肢康复动作符合模式选择模块对应的预设的动作标准时，发出游戏指令；并响应于游戏指令触发俄罗斯方块游戏做出对应的动作；监控反馈端：其与肢体操作交互模块连接，用于供医生查看上肢康复动作和俄罗斯方块游戏的相关数据，并供医生输入反馈意见数据；远程数据传输模块：并用于传输所述相关数据以及反馈意见数据；训练结果反馈模块：并用于向用户反馈所述相关数据以及反馈意见数据。

Game type remote upper limb rehabilitation training system and method based on Kinect

The invention discloses a game type remote upper limb rehabilitation training system and method based on Kinect, which belongs to the technical field of medical rehabilitation, including: the mode selection module for selecting rehabilitation movements model; Kinect data acquisition and recognition module for analysis of bones: upper limb rehabilitation action; limb operation module: when the upper limb rehabilitation action the user mode selection module corresponding to the preset standard action, given the game instructions; and in response to the trigger instruction game Tetris game to make corresponding action; monitoring and feedback: it is connected with the end body interaction module, for the relevant data for doctors to view upper limb rehabilitation movements and Tetris game, and input feedback data for doctors the remote data transmission module; and for transmission of the data and feedback data; The training result feedback module is used to feedback the relevant data and feedback data to the user.

【技术实现步骤摘要】
一种基于Kinect的游戏式远程上肢康复训练系统及方法
本专利技术涉及医疗康复
，特别涉及一种基于Kinect的游戏式远程上肢康复训练系统及方法。
技术介绍
由于意外事故、年老体弱或者脑血管疾病等会造成上肢功能的障碍，及早进行康复训练会加大康复的概率，使上肢在各个方向上达到正常人的活动效果。传统医疗采用一对一的康复训练，患者康复费用昂贵，且康复效果受到治疗师水平影响，医院需要培训大量治疗师，并建设相应的辅助训练设施。这种传统康复训练效率低下，枯燥乏味，会使患者产生抗拒心理从而不积极配合治疗，影响治疗效果。传统医疗方式只能根据患者自身感觉进行康复分析，不能客观的给出数据分析。自1997年麻省理工学院的开创性研究，许多研究人员一直在研究机器人辅助治疗装置。穿戴式机械手臂辅助治疗是现在常用的辅助治疗系统，现有的康复训练机械臂,使得医生可以设定康复机械臂的训练模式和控制参数,从而控制机械臂，一定程度上减少了医院的人力。但机械手臂辅助治疗仍属于被动式治疗方式，患者需穿戴康复设备，动作受到限制，存在设备购买不方便，设备体积大，价格昂贵的问题。随着Kinect的出现，基于Kinect的上肢康复系统也流行起来，但训练仍是枯燥乏味地重复进行康复动作，或采用游戏的方式却并没有系统的动作设计与阶段训练的模式，不能直观给出数据分析。现有康复训练系统的不完善主要表现在：一对一康复训练费用高效率低并且枯燥乏味，穿戴式辅助康复设备体积大价格高，穿戴不方便，动作不灵活。无法进行阶段性训练，训练结束后无法给出系统直观的训练数据反馈，降低了患者康复的积极性。需要设计设备体积小价格低，能调动患者积极性，能结合远程医疗给出详细数据分析的系统。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对
技术介绍
的缺陷，提出一种基于Kinect的游戏式远程上肢康复训练系统及方法，实现如何能结合远程医疗给出详细的数据分析，能调动患者积极性。本专利技术的上述技术问题是通过以下技术方案得以实现的：一种基于Kinect的游戏式远程上肢康复训练系统，包括：模式选择模块：其用于供用户选择康复动作幅度的模式；Kinect数据采集与骨骼识别模块：其用于分析出用户的上肢康复动作；肢体操作交互模块：其连接有游戏模块，当用户的上肢康复动作符合模式选择模块对应的预设的动作标准时，发出对应上肢康复动作的游戏指令；并响应于游戏指令触发游戏模块做出对应的动作；监控反馈端：其与肢体操作交互模块连接，用于供医生查看上肢康复动作和游戏模块的相关数据，并供医生输入反馈意见数据；远程数据传输模块：其与监控反馈端连接，并用于传输所述相关数据以及反馈意见数据；训练结果反馈模块：其与远程数据传输模块和肢体操作交互模块连接，并用于向用户反馈所述相关数据以及反馈意见数据。进一步的，所述模式选择模块包括五个模式单元，每个所述模式单元里均存储有相对应的上肢康复动作。进一步的，所述上肢康复动作包括有左右展臂、双臂屈肘上抬和双臂前伸抬起，以每18°分为一个模式单元。进一步的，所述游戏模块为俄罗斯方块游戏。一种基于Kinect的游戏式远程上肢康复训练方法，包括以下步骤：步骤1：用户选择康复动作幅度的模式；步骤2：分析出用户的上肢康复动作，当用户的上肢康复动作符合对应的预设动作标准时，发出对应上肢康复动作的游戏指令，并响应于游戏指令触发俄罗斯方块游戏做出对应的动作；步骤3：依据上肢康复动作以及俄罗斯方块游戏的相关数据，输入反馈意见数据，并把所述相关数据以及反馈意见数据反馈给用户。进一步的，其中步骤2包括以下步骤：步骤2.1：Kinect识别人体轮廓并计算得到人体二十个骨骼点信息；步骤2.2：提取人体上肢六个关键骨骼点的三维坐标信息，包括右手、右胳膊肘、右肩、左手、左胳膊肘和左肩，建立人体坐标系；步骤2.3：通过向量和三角形的相关计算方式判定上肢康复动作是否符合预设的动作标准，若符合则发出对应上肢康复动作的游戏指令，并响应于游戏指令触发俄罗斯方块游戏做出对应的动作。本专利技术采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：本专利技术采用kinect进行信息采集，用户无需任何穿戴设备，动作更加自由舒适，误差小；游戏与康复训练相结合，通过上肢的运动操纵俄罗斯方块的运动，增强了上肢康复训练的趣味性，提高了患者参与康复训练的主动性与积极性；系统通过不同模式完成阶段性训练的效果，用户可以根据自身上肢患病情况进行模式的选择，贴合用户；本专利技术采用远程医疗的方式，医生可远程获取患者康复训练的数据并给出相应的指导意见，用户可远程了解医生的意见与建议，并据此进行康复训练，降低了医疗费用；每次训练结束后，系统能够最直观的显示出此次训练的数据，用户可以看到上肢动作和游戏效果的相关数据，以及医生远程给出的建议与意见，调动了人们使用该系统进行上肢康复训练的积极性。附图说明图1为本专利技术的系统结构示意图。图2为本专利技术用于体现Kinect数据采集与骨骼识别框图；图3为本专利技术用于体现右臂活动角度的计算图；图4为本专利技术用于体现模式选择与肢体操作交互的框图；图5为本专利技术用于体现训练结果的反馈框图；图6为本专利技术用于体现远程数据传输的框图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术作进一步详细说明。一种基于Kinect的游戏式远程上肢康复训练系统，包括：模式选择模块：其用于供用户选择康复动作幅度的模式；Kinect数据采集与骨骼识别模块：其用于分析出用户的上肢康复动作；肢体操作交互模块：其连接有俄罗斯方块游戏，当用户的上肢康复动作符合模式选择模块对应的预设的动作标准时，发出对应上肢康复动作的游戏指令；并响应于游戏指令触发俄罗斯方块游戏做出对应的动作；监控反馈端：其与肢体操作交互模块连接，用于供医生查看上肢康复动作和俄罗斯方块游戏的相关数据，并供医生输入反馈意见数据；远程数据传输模块：其与监控反馈端连接，并用于传输所述相关数据以及反馈意见数据；训练结果反馈模块：其与远程数据传输模块和肢体操作交互模块连接，并用于向用户反馈所述相关数据以及反馈意见数据。如图1所示，通过Kinect采集人体肢体信息，通过Labview编程实现相应上肢康复动作对应游戏操作的效果，以及训练结束后的数据分析；软件编程实现数据采集与骨骼识别，用户选择模式后进行肢体操作交互，训练结束后数据分析反馈以及远程数据传输。如图2所示，Kinect数据采集与骨骼识别模块利用kinect的近红外线对测量空间进行编码，经感应器读取编码的光线，交由晶片运算进行解码后，产生成一张具有深度的图像。采用分隔策略将复杂的环境中的连续物体与背景区分出来，之后对景深图像进行评估，对类似“大”字型的物体进行变形拟合，从而识别出类人形状的物体，利用数据遮罩将其独立出来，用20个关键点标注为人体关节点，实现人体骨骼识别。提取人体上肢六个关键骨骼点的三维坐标信息，包括右手、右胳膊肘、右肩、左手、左胳膊肘和左肩，建立人体坐标系，根据六个关节点数据，计算手臂运动角度，包括左展臂角度，右展臂角度，双臂前伸上抬角度和双臂屈肘上抬角度以及屈肘上抬时小臂与上臂的夹角。如图3所示，角度计算均以右臂为例，设右肩坐标点A(X1，Y1，Z1)，右胳膊肘坐标点B(X2.Y2，Z2)，右手坐标点C(X3，Y3，Z3)；a、右展臂首先根据向量公式确定手臂伸直，即三维本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于Kinect的游戏式远程上肢康复训练系统，其特征是：包括：模式选择模块：其用于供用户选择康复动作幅度的模式；Kinect数据采集与骨骼识别模块：其用于分析出用户的上肢康复动作；肢体操作交互模块：其连接有游戏模块，当用户的上肢康复动作符合模式选择模块对应的预设的动作标准时，发出对应上肢康复动作的游戏指令；并响应于游戏指令触发游戏模块做出对应的动作；监控反馈端：其与肢体操作交互模块连接，用于供医生查看上肢康复动作和游戏模块的相关数据，并供医生输入反馈意见数据；远程数据传输模块：其与监控反馈端连接，并用于传输所述相关数据以及反馈意见数据；训练结果反馈模块：其与远程数据传输模块和肢体操作交互模块连接，并用于向用户反馈所述相关数据以及反馈意见数据。

【技术特征摘要】
1.一种基于Kinect的游戏式远程上肢康复训练系统，其特征是：包括：模式选择模块：其用于供用户选择康复动作幅度的模式；Kinect数据采集与骨骼识别模块：其用于分析出用户的上肢康复动作；肢体操作交互模块：其连接有游戏模块，当用户的上肢康复动作符合模式选择模块对应的预设的动作标准时，发出对应上肢康复动作的游戏指令；并响应于游戏指令触发游戏模块做出对应的动作；监控反馈端：其与肢体操作交互模块连接，用于供医生查看上肢康复动作和游戏模块的相关数据，并供医生输入反馈意见数据；远程数据传输模块：其与监控反馈端连接，并用于传输所述相关数据以及反馈意见数据；训练结果反馈模块：其与远程数据传输模块和肢体操作交互模块连接，并用于向用户反馈所述相关数据以及反馈意见数据。2.根据权利要求1所述的系统，其特征是：所述模式选择模块包括五个模式单元，每个所述模式单元里均存储有相对应的上肢康复动作。3.根据权利要求2所述的系统，其特征是：所述上肢康复动作包括有左右展臂、双臂屈肘上抬和双臂前伸抬起，以每18°分为一...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖雨露，胡雨馨，刘晨，星昱，罗苑叶青，戎舟，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32