一种基于伪触觉的肢体运动康复辅助系统技术方案

本发明专利技术一种基于伪触觉的肢体运动康复辅助系统，将伪触觉通过目标接触运动模块和精细运动模块应用到肢体运动功能障碍患者的康复训练中，在目标接触运动模块和精细运动模块中，通过显示器图形用户界面中光标和目标物体之间的相对速度的变化，即目标物体对光标的跟随速度的变化，在视觉上产生拖动目标物体容易和困难的感觉，通过视觉方式观察跟随速度的变化实现伪触觉，从而较好的替代传统触觉方式进行反馈，帮助患者进行康复训练。

An assistant system of limb motion rehabilitation based on pseudo touch

【技术实现步骤摘要】
一种基于伪触觉的肢体运动康复辅助系统
本专利技术属于医疗康复
，具体涉及一种基于伪触觉的肢体运动康复辅助系统。
技术介绍
目前脑损伤、帕金森和脑卒中等疾病，在世界范围内有极高的发病率，易造成患者的肢体运动功能障碍。近年来，这类患者的数量与日俱增，且趋于年轻化，已成为中老年人残疾的首要原因。因此肢体运动功能障碍患者的康复训练非常迫切。目前针对肢体运动功能障碍的传统康复训练主要是由康复医师对患者进行“一对一”康复训练，康复效果很大程度受康复师的经验水平限制，且患者的参与度较低，更多是被动接受训练，无法适用于康复训练全过程。在康复中后期，患者虽已具备一定自主运动能力，但手部“颤振”等现象明显，严重影响患者正常的日常生活。此外因为传统康复训练耗费大量人力物力，费用高昂，多数患者无法全程参与，选择在恢复部分自主运动能力后离开医院，从而错过康复的最佳时机。
技术实现思路
为克服上述传统康复训练的缺点，本专利技术提出了一种基于伪触觉的肢体运动康复辅助系统，提高了肢体运动功能障碍患者在康复训练中的参与度，降低了控制成本与难度，易于患者在家中进行康复训练。本专利技术是通过以下技术方案来实现：一种基于伪触觉的肢体运动康复辅助系统，包括处理器、显示器及输入设备；所述处理器内置程序模块，所述程序模块用于在显示器上输出虚拟场景，所述虚拟场景包括一个目标物体、一个初始位置、一个显形或隐藏的光标、至少一个目标位置和/或至少一条目标路径；所述输入设备用于在肢体带动下进行移动，所述输入设备移动时，所述虚拟场景中所述目标物体和所述光标会跟随输入设备移动，使目标物体从初始位置到达目标位置，和/或者，使目标物体从初始位置沿目标路径移动；所述光标相对于输入设备的相对速度不变，根据虚拟场景中光标所处位置，调整目标物体相对于输入设备的相对速度，使目标物体相对于光标的相对速度随光标所处位置的改变而改变。优选的，目标物体相对于光标的相对速度与光标距离起始位置或目标路径的偏移量之间满足线性插值模型、多项式插值模型、高斯分布插值模型或有理数插值模型。进一步的，设光标距离起始位置或目标路径的偏移量为x，目标物体相对于光标的相对速度为Vf，最大偏移量为A1，最小偏移量为A2，目标物体相对于光标的相对速度的最低值为V1，目标物体相对于光标的相对速度的最高值为V2，采用线性插值模型Vf和x的关系如下式所示：优选的，所述程序模块为目标接触运动模块，所述输入设备移动时，所述目标物体移动去接触所述目标位置，且所述光标所述初始位置的距离越大，所述目标物体相对于光标的相对速度越小或越大。优选的，所述程序模块为精细运动模块，所述输入设备移动时，所述目标物体沿所述目标路径移动，且所述光标偏离所述目标路径偏移量越大，目标物体相对于光标的相对速度越大。进一步的，当所述光标偏离所述目标路径的偏移量超过阈值时，所述目标物体停止跟随所述输入设备的移动而移动，当通过移动所述输入设备使得所述光标恢复到阈值范围内时，所述目标物体继续跟随所述输入设备的移动而移动。优选的，所述处理器还包括记录模块，用于记录所述目标物体和/或光标的移动轨迹、移动速度、移动时间或者接触目标位置的次数。优选的，所述处理器还包括选择模块，所述选择模块用于选择所需要的程序模块。优选的，所述输入设备为鼠标和/或基于图像及深度传感的体感系统。优选的，还包括专注度数据采集设备，用于佩戴于患者的前额，采集患者的脑电信息，并根据采集的脑电信息计算患者专注度水平，并对专注度水平进行显示。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：本专利技术基于伪触觉的康复辅助系统，根据虚拟场景中光标所处位置，调整目标物体相对于输入设备的相对速度，使目标物体相对于光标的相对速度随光标所处位置的改变而改变，即根据光标所处位置的不同，改变显示器图形用户界面中光标和目标物体之间的相对速度，即目标物体对光标的跟随速度的变化，在视觉上产生拖动目标物体容易和困难的感觉，通过视觉方式观察跟随速度的变化实现伪触觉，从而较好的替代传统触觉方式进行反馈，帮助患者进行康复训练。本专利技术的肢体运动康复辅助系统，不需要康复医师对患者进行“一对一”的康复训练，患者能够自行训练，提升患者康复过程中的主动参与度；且本专利技术的系统允许患者在家使用，从而大大降低费用，使患者能够在家一直训练直至康复完全。本专利技术将伪触觉与肢体运动功能障碍患者的康复训练结合，为后续康复训练提供了新思路。进一步的，由于每个个体的视觉感应存在差别，对同样的伪触觉模型，可能伪触觉效果不同，对每个患者有各自最佳的伪触觉模型，因此，通过设置多个备选模型，让不同患者选择适合自己的模型进行训练，效果更好。进一步的，由于上述肢体运动功能障碍患者的平衡和协调能力较差，因此目标接触运动模块就是用于平衡性和协调能力的锻炼，患者需准确地拖动底部目标物体移动到目标位置，患者肢体抖动过大，或者平衡性较差都不能很好完成。通过多次目标接触运动模块训练，逐步提高患者的肢体平衡性和协调性。进一步的，精细运动模块训练中，随着光标与目标路径偏移量的改变，目标物体的速度会在光标速度保持不变时发生改变，偏移量越大，则越难拖动目标物体完成目标路径，当光标位于目标路径时，可以很容易拖动目标物体完成目标路径跟随任务，从而限制患者的肢体抖动程度，帮助其更好的进行康复训练。进一步的，设置记录模块，在目标接触模块训练过程中，记录模块会将目标物体移动速度、移动时间、接触目标位置的次数记录下来，在精细运动模块训练过程中，记录模块会实时将光标和目标物体相对目标路径的轨迹记录下来，并在图形用户界面进行显示，一方面用于后期康复数据分析，即对患者的康复过程进行分析、评估，便于更好的掌握了解患者的康复情况，需要时进行相应的调整；另一方面用于训练过程中提醒患者，和患者进行交互。进一步的，输入设备包括立式鼠标和基于图像及深度传感的体感系统，人的肢体运动通常涉及水平和竖直平面，因此在目标接触运动模块和精细运动模块中，水平面的运动使用立式鼠标进行康复训练；在竖直面内的运动，通过基于图像及深度传感的体感系统实现，从而可以实现水平运动和竖直运动的康复训练。进一步的，设置专注度数据采集设备，在游戏过程中，采集不同频段的脑电波信号，获取患者的专注度值，从而分析和了解患者在进行康复过程中的专注度情况，更全面分析患者在训练过程中的情况，根据专注度水平可以做适当调整。附图说明图1为本专利技术的显示器的图形用户界面示意图。图2为本专利技术的目标接触模块具体实现示意图。图3为本专利技术的精细运动模块具体实现示意图。图4为本专利技术的专注度数据获取界面。具体实施方式下面结合具体的实施例对本专利技术做进一步的详细说明，所述是对本专利技术的解释而不是限定。伪触觉，顾名思义为虚假的触觉，即通过视觉等方式间接实现触觉的感知，本专利技术通过显示器图形用户界面中光标和目标物体之间的相对速度的变化，即目标物体对光标的跟随速度的变化，通过视觉方式观察跟随速度的变化实现伪触觉。将所述伪触觉方法在显示器图形用户界面中通过迷宫游戏和举重游戏进行具体应用，集成为康复系统，用于后续康复测试。本专利技术所述的基于伪触觉的肢体运动康复辅助系统，具体包括处理器、显示器、输入设备及专注度数据采集设备。处理器内置一个或多个程序模块，程序模块用于在显示器上输出虚拟场景，虚拟本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于伪触觉的肢体运动康复辅助系统，其特征在于，包括处理器、显示器及输入设备；所述处理器内置程序模块，所述程序模块用于在显示器上输出虚拟场景，所述虚拟场景包括一个目标物体、一个初始位置、一个显形或隐藏的光标、至少一个目标位置和/或至少一条目标路径；所述输入设备用于在肢体带动下进行移动，所述输入设备移动时，所述虚拟场景中所述目标物体和所述光标会跟随输入设备移动，使目标物体从初始位置到达目标位置，和/或者，使目标物体从初始位置沿目标路径移动；所述光标相对于输入设备的相对速度不变，根据虚拟场景中光标所处位置，调整目标物体相对于输入设备的相对速度，使目标物体相对于光标的相对速度随光标所处位置的改变而改变。

【技术特征摘要】
1.一种基于伪触觉的肢体运动康复辅助系统，其特征在于，包括处理器、显示器及输入设备；所述处理器内置程序模块，所述程序模块用于在显示器上输出虚拟场景，所述虚拟场景包括一个目标物体、一个初始位置、一个显形或隐藏的光标、至少一个目标位置和/或至少一条目标路径；所述输入设备用于在肢体带动下进行移动，所述输入设备移动时，所述虚拟场景中所述目标物体和所述光标会跟随输入设备移动，使目标物体从初始位置到达目标位置，和/或者，使目标物体从初始位置沿目标路径移动；所述光标相对于输入设备的相对速度不变，根据虚拟场景中光标所处位置，调整目标物体相对于输入设备的相对速度，使目标物体相对于光标的相对速度随光标所处位置的改变而改变。2.根据权利要求1所述系统，其特征在于，目标物体相对于光标的相对速度与光标距离起始位置或目标路径的偏移量之间满足线性插值模型、多项式插值模型、高斯分布插值模型或有理数插值模型。3.根据权利要求2所述系统，其特征在于，设光标距离起始位置或目标路径的偏移量为x，目标物体相对于光标的相对速度为Vf，最大偏移量为A1，最小偏移量为A2，目标物体相对于光标的相对速度的最低值为V1，目标物体相对于光标的相对速度的最高值为V2，采用线性插值模型Vf和x的关系如下式所示：4.根据权利要求1-3任一项所述系统，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李敏，郭文亮，徐健，薛帅，吴迪，何博，徐光华，谢俊，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61