一种基于3D虚拟现实技术实时反馈的运动想象训练系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于3D虚拟现实技术实时反馈的运动想象训练评估系统，本发明专利技术具有为脑卒中不同阶段患者提供个性化训练的优点，将虚拟现实技术应用于运动想象疗法，通过实时监测并采集患者在运动想象训练过程中产生的生理信号，在线分析信号变化并将信号变化与虚拟现实场景联动，实时反馈到虚拟现实训练场景中，控制场景中的动画效果，从而可以量化患者在运动想象过程中的表现，即判断患者在训练过程中是否正确执行运动想象的指令，评估患者在运动想象训练过程中的参与度和表现。运动想象训练过程中的参与度和表现。运动想象训练过程中的参与度和表现。

【技术实现步骤摘要】
一种基于3D虚拟现实技术实时反馈的运动想象训练系统


[0001]本专利技术涉及康复工程
，更具体地，涉及一种基于3D虚拟现实技术实时反馈的运动想象训练系统。

技术介绍

[0002]中国每年新发中风约200万人，中风病约50％的高致残率给病人和家庭带来了沉重的负担。中风后遗症患者的症状以运动功能障碍为主，直接影响了患者的生活质量。处于软瘫期的患者，其患侧失去控制能力，随意运动消失，肌张力低下，腱反射减弱或消失。尽管如此，患者的大脑仍保留完整或部分的运动“流程图”。运动想象是对没有通过肌肉活动进行明显运动的运动行为的心理演练。该疗法需要患者集中注意力完全参与到运动想象过程，通过激活大脑的镜像神经元刺激神经网络，增加大脑皮层神经网络的活动，从而加速皮层重组。临床上，通常让患者根据语音指令，闭上眼睛进行运动想象训练。然而，传统运动想象训练中面临的问题是：1)无法确定患者在训练过程中是否正确执行运动想象的指令；2)缺乏对患者在运动想象训练过程中参与度的评估方法；3)缺乏对运动想象训练过程中大脑变化的可视化手段和实时反馈方法。
[0003]公开日2021年01月22日，公开号为CN112244774A的中国专利公开了一种脑机接口康复训练系统及方法，用于根据康复训练接受者的主动运动意念对其肢体进行运动训练以实现康复。脑机接口康复训练系统包括运动意念诱导装置、信号采集装置、处理装置、控制装置、训练装置以及评估装置。通过该申请的脑机接口康复训练系统及方法，能够增强针对康复训练接受者所诱发的主动运动意念，提高从脑电信号中提取特征的灵敏度和准确度，使康复训练动作准确跟随主动运动意念，进一步激活神经传导。但该专利的反馈是通过刺激动作以完成肢体训练，控制外骨骼执行机械运动，患者接受到的反馈更多是以机械产生的知觉感受刺激。然而，患者通过知觉感知到康复机械设备的动作速度和动作幅度产生变化是有限的。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供一种基于3D虚拟现实技术实时反馈的运动想象训练系统，目的是提供基于生理信号实时反馈和调控的个性化康复训练，并解决临床上无法确定患者在运动想象训练过程是否正确执行训练指令以及无法确定参与度的问题。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案如下：
[0006]一种基于3D虚拟现实技术实时反馈的运动想象训练系统，包括虚拟现实穿戴式模块、3D虚拟训练场景模块、信号采集模块、信号分析模块、调控模块和评估模块，其中：
[0007]所述虚拟现实穿戴式模块根据所述调控模块的调控，将运动想象训练以视觉方式进行呈现；
[0008]所述3D虚拟训练场景模块提供不同的训练方式和内容的虚拟场景，选择要进行的训练方式和内容后，所述3D虚拟训练场景模块向所述虚拟现实穿戴式模块提供对应的虚拟
训练场景；
[0009]所述信号采集模块用于采集患者的生理信号，将所述生理信号传输至所述信号分析模块；
[0010]所述信号分析模块对所述生理信号进行特征提取，得到生理信号特征值；
[0011]所述调控模块根据所述生理信号特征值对所述虚拟现实穿戴式模块进行调控；
[0012]所述评估模块根据上述所有模块量化患者每次进行运动想象训练的参与度，并对患者的肢体康复水平进行评估。
[0013]本专利技术将虚拟现实技术应用于运动想象疗法，通过实时监测并采集患者在运动想象过程中产生的生理信号，在线分析信号变化并将信号变化与虚拟现实场景联动，实时反馈到虚拟现实训练场景中，控制场景中的动画效果，从而可以量化患者在运动想象过程中的表现，即判断患者在训练过程中是否正确执行运动想象的指令，评估患者在运动想象训练过程中的参与度。
[0014]优选地，所述虚拟现实穿戴式模块包括穿戴式眼镜、定位器和交互设备，其中：
[0015]所述穿戴式眼镜用于将运动想象训练以视觉方式在虚拟空间进行呈现；
[0016]所述定位器用于定位患者在虚拟空间中的位置；
[0017]所述交互设备与虚拟空间进行交互。
[0018]优选地，所述交互设备包括虚拟手柄和键盘鼠标。
[0019]优选地，所述3D虚拟训练场景模块提供包括上肢/下肢训练、卧床/坐立训练、单侧/双侧训练、学习/训练模式、训练场景、训练次数。
[0020]优选地，所述信号采集模块采集患者进行运动想象过程中产生的肌电信号和脑电信号。
[0021]优选地，所述信号采集模块中，采用肌电电极贴片、肌电电极导线和采集设备采集肌电信号，其中所述肌电电极贴片贴到患者双侧训练肢体的肌肉上，肌电电极导线的一端连接到肌电电极贴片上，另一端与采集设备连接，同时在患者的左手和右手各设置两个有效采集通道，分别采集拇长屈肌和桡侧腕屈肌的肌电信号，其中两侧的指浅屈肌的电极作为左手和右手的参考电极，采样率设为1200Hz，带通滤波设为0.5Hz
‑
100Hz；采用80通道生物电信号采集系统和64通道主动电极系统采集脑电信号，所述64通道主动电极系统的电极位置采用国际标准10
‑
20电极导联定位，参考电极设在左耳垂，接地电极设在了AFZ，共有18个采集通道：FC5、FC3、FC1、FC2、FC4、FC6、C5、C3、C1、C2、C4、C6、CP5、CP3、CP1、CP2、CP4、CP6，采样率设为1200Hz，带通滤波设为0.5Hz
‑
100Hz。
[0022]优选地，所述信号分析模块对脑电信号分析得到脑电活动映射地形图，具体为：
[0023]先对脑电信号进行滤波处理，再将采集到的18个通道的脑电信号降采样到256Hz，然后从信号中提取α波和β波频段，并计算脑电频谱密度，最后提取与事件相关同步和与事件相关去同步特征，根据18个通道对应的电极所在位置，绘制脑电活动映射地形图。
[0024]优选地，所述信号分析模块对肌电信号分析得到肌力值，先对肌电信号进行滤波去噪，使用均方根植和肌电积分值作为时域上的特征值，得到肌力值，肌力值表明肌肉力量的强弱。
[0025]优选地，所述调控模块根据所述生理信号特征值对所述虚拟现实穿戴式模块进行调控，具体为：
[0026]当所述生理信号特征值大于预设阈值时，所述调控模块使虚拟现实穿戴式模块对运动想象训练进行视觉呈现；
[0027]当所述生理信号特征值小于预设阈值时，所述调控模块不使虚拟现实穿戴式模块对运动想象训练进行视觉呈现。
[0028]优选地，所述预设阈值的获取，具体为：
[0029]在患者放松状态下，分别获取患者健侧的放松肌力值M
healthy_relax
和患侧的放松肌力值M
affected_relax
；
[0030]在握拳状态下，分别获取患者健侧的最大肌力值M
healthy_max
和患侧的最大肌力值；
[0031]分别对双侧放松状态下和握拳状态下的肌力值进行加权平均，计算得到综合放松肌力值M
relax...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于3D虚拟现实技术实时反馈的运动想象训练系统，其特征在于，包括虚拟现实穿戴式模块、3D虚拟训练场景模块、信号采集模块、信号分析模块、调控模块和评估模块，其中：所述信号采集模块用于采集患者的生理信号，将所述生理信号传输至所述信号分析模块；所述信号分析模块对所述生理信号进行特征提取，得到生理信号特征值；所述调控模块根据所述生理信号特征值对所述3D虚拟训练场景模块进行调控；所述3D虚拟训练场景模块提供不同的训练方式和内容的虚拟场景，选择要进行的训练方式和内容后，所述3D虚拟训练场景模块向所述虚拟现实穿戴式模块提供对应的虚拟训练场景；所述虚拟现实穿戴式模块根据所述3D虚拟训练场景模块选定训练方式和内容，将运动想象训练以视觉方式进行呈现；所述评估模块根据上述所有模块量化患者每次进行运动想象训练的参与度，并对患者的肢体康复水平进行评估。2.根据权利要求1所述的基于虚拟现实技术实时反馈的运动想象训练评估系统，其特征在于，所述虚拟现实穿戴式模块包括穿戴式眼镜、定位器和交互设备，其中：所述穿戴式眼镜用于将运动想象训练以视觉方式在虚拟空间进行呈现；所述定位器用于定位患者在虚拟空间中的位置；所述交互设备与虚拟空间进行交互。3.根据权利要求2所述的基于虚拟现实技术实时反馈的运动想象训练评估系统，其特征在于，所述交互设备包括虚拟手柄和键盘鼠标。4.根据权利要求书3所述的基于虚拟现实技术实时反馈的运动想象训练评估系统，其特征在于，所述3D虚拟训练场景模块提供包括上肢/下肢训练、卧床/坐立训练、单侧/双侧训练、学习/训练模式、训练场景、训练次数。5.根据权利要求1所述的基于虚拟现实技术实时反馈的运动想象训练评估系统，其特征在于，所述信号采集模块采集患者进行运动想象过程中产生的肌电信号和脑电信号。6.根据权利要求5所述的基于虚拟现实技术实时反馈的运动想象训练评估系统，其特征在于，所述信号采集模块中，采用肌电电极贴片、肌电电极导线和采集设备采集肌电信号，其中所述肌电电极贴片贴到患者双侧训练肢体的肌肉上，肌电电极导线的一端连接到肌电电极贴片上，另一端与采集设备连接，同时在患者的左手和右手各设置两个有效采集通道，分别采集拇长屈肌和桡侧腕屈肌的肌电信号，其中两侧的指浅屈肌的电极作为左手和右手的参考电极，采样率设为1200Hz，带通滤波设为0.5Hz
‑
100Hz；采用80通道生物电信号采集系统和64通道主动电极系统采集脑电信号，所述64通道主动电极系统的电极位置采用国际标准10
‑
20电极导联定位，参考电极设在左耳垂，接地电极设在了AFZ，共有18个采集通道：FC5、FC3、FC1、FC2、FC4、FC6、C5、C3、C1、C2、C4、C6、CP5、CP3、CP1、CP2、CP4、CP6，采样率设为1200...

【专利技术属性】
技术研发人员：方强，黄键立，林梅爱，
申请(专利权)人：汕头大学，
类型：发明
国别省市：