基于虚拟现实的帕金森训练方法、系统和装置 |
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| 申请号 | CN201611244972.0 | 申请日 | 2016-12-29 | 公开(公告)号 | CN106693280A | 公开(公告)日 | 2017-05-24 |
| 申请人 | 深圳市臻络科技有限公司; | 发明人 | 朱亚平; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种基于 虚拟现实 的帕金森训练方法，包括：指引患者在标准检测虚拟地图中行走，采集初始步态数据，制定患者的训练方案，形成康复训练虚拟地图；指引患者在康复训练虚拟地图中行走，采集患者的康复训练步态数据，调整患者的训练方案，形成再次训练虚拟地图。本发明的训练方法，多次采集步态数据并制定不同时期的康复训练地图，可以调整训练内容，针对性强，利于缓解帕金森患者的步态冻结症状。本案还公布了一种训练系统，包括虚拟地图指引模 块 、步态 数据采集 模块和分析模块，本案的训练系统，结合虚拟现实技术，制定出虚拟训练地图，患者不需要在特点的训练场地就可以完成训练，使用方便。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种基于虚拟现实的帕金森训练方法，其特征在于，包括： |
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| 说明书全文 | 基于虚拟现实的帕金森训练方法、系统和装置技术领域[0001] 本发明涉及医疗检测和辅助器械领域，尤其涉及一种基于虚拟现实的帕金森训练方法和装置。 背景技术[0002] 帕金森病(Parkinson’s Disease，PD)又叫震颤麻痹综合症、帕金森综合症，是一种慢性中枢神经系统退化性失调疾病。该病多发于老年人群，平均发病年龄大约为60岁，且近年来该病的发病年龄有下降趋势。在我国，据统计65岁以上人群中PD的发病率为1.7％，55岁以上人群中PD的发病率为1％。PD已经成为中老年人群的“第三杀手”，严重威胁着人类的生命健康。 [0003] 大多数帕金森病患者都有步态障碍，轻者表现为拖步，走路抬不起脚，同时上肢不摆臂，没有协同动作。严重者表现为小碎步前冲、转弯和过门坎困难。 [0004] 目前帕金森病患者的训练方法一般都是通过步态锻炼来训练患者走路的姿势，步态锻炼时要求患者双眼直视前方，身体直立，起步时足尖要尽量抬高，先足跟着地再足尖着地，跨步要尽量慢而大，两上肢尽量在行走时作前后摆动。其关键是要抬高脚和跨步要大。锻炼时最好有其他人在场，可以随时提醒和改正异常的姿势。帕金森病病人表现出姿势反射的障碍，行走时快步前冲，遇到障碍物或病人突然停步的时容易跌倒，通过平衡锻炼能改善注重症状。上述这些针对帕金森的康复训练，对病人的标准和要求较多，动作是否到位需要有专业的人士来判定和纠正，而且在训练的过程中，没办法量化训练过程，不便于后期分析康复训练的效果。 [0005] 现有技术中已经有一些用来辅助帕金森康复训练的辅助设备，例如专利号为“201510637266.1”、专利名称为“一种用于帕金森患者的可穿戴的助步器”的发明专利中，公布了一种患者穿戴上助步器后，在患者脚部前方产生引导光纤，以视觉刺激的方式引导患者行走，同时采集患者行走的数据送至上位机，便于检测和诊断。 [0006] 上述方案中存在两个问题：一是利用激光产生光纤来指引患者行走，锻炼的方式过于单调，不能训练一些复杂的行走动作；二是激光产生光纤来指引患者行走的方式单一，无法结合患者康复的实际情况来调整训练方案。 发明内容[0007] 针对上述技术中存在的不足之处，本发明提供一种基于虚拟现实的帕金森训练方法，包括：指引患者在标准检测虚拟地图中行走，并采集患者的初始步态数据； 结合初始步态数据，制定患者的训练方案，并形成康复训练虚拟地图； 指引患者在康复训练虚拟地图中行走，并采集患者的康复训练步态数据； 结合康复训练步态数据，调整患者的训练方案，并形成再次训练虚拟地图。 [0008] 其中，所述形成康复训练虚拟地图的方法包括：将患者的初始步态数据和正常人体的步态数据对比，分析出患者的初始步态缺陷； 针对患者的初始步态缺陷，分析出患者的初始训练动作； 结合初始训练动作，制定出康复训练虚拟地图。 [0009] 其中，所述再次训练虚拟地图的方法包括：将患者的康复训练步态数据和初始步态数据对比，分析出患者的再次步态缺陷； 针对患者的再次步态缺陷，分析出患者的再次训练动作； 结合再次训练动作，制定出再次训练虚拟地图。 [0011] 本发明还提供了一种基于虚拟现实的帕金森训练系统，包括：虚拟地图指引模块，用于指引患者在标准检测虚拟地图和康复训练虚拟地图中行走； 步态数据采集模块，用于采集患者的初始步态数据和康复训练步态数据； 分析模块，用于结合初始步态数据，分析制定患者的训练方案，并形成康复训练虚拟地图；以及用于结合康复训练步态数据，调整患者的训练方案，并形成再次训练虚拟地图。 [0012] 其中，所述分析模块包括：初始步态缺陷分析模块，用于将患者的初始步态数据和正常人体的步态数据对比，分析出患者的初始步态缺陷； 初始训练动作分析模块，用于针对患者的初始步态缺陷，分析出患者的初始训练动作； 康复训练虚拟地图生成模块，用于结合初始训练动作，制定出康复训练虚拟地图。 [0013] 其中，所述分析模块还包括：再次步态缺陷分析模块，用于将患者的康复训练步态数据和初始步态数据对比，分析出患者的再次步态缺陷； 再次训练动作分析模块，用于针对患者的再次步态缺陷，分析出患者的再次训练动作； 再次训练虚拟地图生成模块，用于结合再次训练动作，制定出再次训练虚拟地图。 [0014] 本发明还提供了一种基于虚拟现实的帕金森训练装置，包括：固定在人体上的传感器模块、用于分析传感器传输数据以及制定康复训练虚拟地图的计算机、以及指引患者进行康复训练的虚拟显示器；所述传感器模块与计算机无线通信连接，所述计算机与虚拟显示器无线通信连接；传感器模块采集人体步态数据，并将步态数据传输至计算机，计算机将制定的康复训练虚拟地图传输至虚拟显示器，虚拟显示器指引患者进行康复训练。 [0015] 其中，所述计算机内设有步态检测系统、步态康复分析系统、虚拟地图处理系统和处理器；所述步态检测系统接收传感器采集的步态数据并生成患者的步态数据图，且步态检测系统将步态数据图输送至处理器中，处理器将步态数据图传输至步态康复分析系统中，且步态康复分析系统结合预先存储的原始步态数据图分析出的患者训练动作数据并将训练动作数据传输至处理器中；处理器将训练动作数据传输至虚拟地图处理系统中，虚拟地图处理系统结合训练动作数据制定出虚拟训练地图并将虚拟训练地图输送至处理器中；处理器将虚拟训练地图传输至虚拟显示器中。 [0017] 本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明的训练方法，多次采集患者的步态数据并针对数据制定不同时期的康复训练地图，可以适应性调整训练内容，针对性强，利于缓解帕金森患者的步态冻结症状。本发明的训练系统，步态数据采集模块将采集的步态数据传输至分析模块中分析，分析模块制定出训练地图并将训练地图传输至虚拟地图指引模块中，患者依据虚拟地图指引模块的指引完成训练内容，然后重复上述过程。本发明的训练系统，结合虚拟现实技术，制定出虚拟训练地图，患者不需要在特点的训练场地就可以完成训练，使用方便。同时本发明的训练装置，传感器模块采集人体步态数据，并将步态数据传输至计算机，计算机将制定的康复训练虚拟地图传输至虚拟显示器，虚拟显示器指引患者进行康复训练。本发明的训练装置，结合虚拟现实技术，制定出虚拟训练地图，患者不需要在特点的训练场地就可以完成训练，使用方便。附图说明 [0019] 主要元件符号说明如下：1、虚拟地图指引模块 2、步态数据采集模块 3、分析模块 4、传感器模块 5、计算机 6、虚拟显示器 7、患者 31、初始步态缺陷分析模块 32、初始训练动作分析模块 33、康复训练虚拟地图生成模块 34、再次步态缺陷分析模块 35、再次训练动作分析模块 36、再次训练虚拟地图生成模块 41、压力传感器 42、运动传感器 43、肌电传感器 51、步态检测系统 52、步态康复分析系统 53、虚拟地图处理系统 54、处理器。 具体实施方式[0020] 为了更清楚地表述本发明，下面结合附图对本发明作进一步地描述。 [0021] 请参阅图1，本发明提供的基于虚拟现实的帕金森训练方法，包括：指引患者在标准检测虚拟地图中行走，并采集患者的初始步态数据； 结合初始步态数据，制定患者的训练方案，并形成康复训练虚拟地图； 指引患者在康复训练虚拟地图中行走，并采集患者的康复训练步态数据； 结合康复训练步态数据，调整患者的训练方案，并形成再次训练虚拟地图。 [0022] 上述步骤中，形成康复训练虚拟地图的方法包括：将患者的初始步态数据和正常人体的步态数据对比，分析出患者的初始步态缺陷； 针对患者的初始步态缺陷，分析出患者的初始训练动作； 结合初始训练动作，制定出康复训练虚拟地图。 [0023] 上述步骤中，再次训练虚拟地图的方法包括：将患者的康复训练步态数据和初始步态数据对比，分析出患者的再次步态缺陷； 针对患者的再次步态缺陷，分析出患者的再次训练动作； 结合再次训练动作，制定出再次训练虚拟地图。 [0024] 本发明的训练方法，患者依照训练虚拟地图中的情景来训练行走，一方面避免了患者在真实环境中引发的安全隐患，另一方面训练虚拟地图可以结合患者具体运动、心理情况，虚拟出有针对性的地图，增加了患者行走的趣味性。患者在行走的过程中，会采集包括步长、步宽、步相角、步速、步频、周期、摆动时间、双支撑时间、记忆着地、时间等多项步态数据，将这些步态数据与预先存储的步态数据作对比，可以分析出患者的步态缺陷，例如患者抬脚过低，跨步太小，则此时针对该步态缺陷，分析出患者需要加强训练的动作为抬高腿和大跨步动作，接着针对上述训练动作，虚拟出需要抬高腿和大跨步的地图，并提示患者需要抬高腿和大跨步。然后接着采集患者步态数据，分析步态缺陷、生成训练动作、生成虚拟地图，循环上述步骤，可以帮助患者完成步态训练。本发明的训练方法，多次采集患者的步态数据并针对数据制定不同时期的康复训练地图，可以适应性调整训练内容，针对性强，利于缓解帕金森患者的步态冻结症状。 [0025] 请参阅图2，本发明的基于虚拟现实的帕金森训练系统，包括：虚拟地图指引模块1，用于指引患者在标准检测虚拟地图和康复训练虚拟地图中行走； 步态数据采集模块2，用于采集患者的初始步态数据和康复训练步态数据； 分析模块3，用于结合初始步态数据，分析制定患者的训练方案，并形成康复训练虚拟地图；以及用于结合康复训练步态数据，调整患者的训练方案，并形成再次训练虚拟地图。 [0026] 分析模块3包括：初始步态缺陷分析模块31，用于将患者的初始步态数据和正常人体的步态数据对比，分析出患者的初始步态缺陷； 初始训练动作分析模块32，用于针对患者的初始步态缺陷，分析出患者的初始训练动作； 康复训练虚拟地图生成模块33，用于结合初始训练动作，制定出康复训练虚拟地图。 [0027] 分析模块3还包括：再次步态缺陷分析模块34，用于将患者的康复训练步态数据和初始步态数据对比，分析出患者的再次步态缺陷； 再次训练动作分析模块35，用于针对患者的再次步态缺陷，分析出患者的再次训练动作； 再次训练虚拟地图生成模块36，用于结合再次训练动作，制定出再次训练虚拟地图。 [0028] 本发明的训练系统，训练的第一阶段为：步态数据采集模块2采集患者的初始步态数据，并将数据传输至初始步态缺陷分析模块31，初始步态缺陷分析模块3将患者的初始步态数据和正常人体的步态数据对比，分析出患者的初始步态缺陷，且初始步态缺陷分析模块3将初始步态缺陷传输至初始训练动作分析模块32，初始训练动作分析模块32针对患者的初始步态缺陷，分析出患者的初始训练动作，并将初始训练动作传输至康复训练虚拟地图生成模块33，最后康复训练虚拟地图生成模块33制定出康复训练虚拟地图并传输至虚拟地图指引模块1，然后虚拟地图指引模块1指引患者在标准检测虚拟地图和康复训练虚拟地图中行走。紧接着，本发明训练系统的第二阶段为：步态数据采集模块2采集患者的康复训练步态数据，并将数据传输至再次步态缺陷分析模块34，再次步态缺陷分析模块34将患者的康复训练步态数据和初始步态数据对比对比，分析出患者的再次步态缺陷，且再次步态缺陷分析模块34将再次步态缺陷传输至再次训练动作分析模块35，再次训练动作分析模块35针对患者的再次步态缺陷，分析出患者的再次训练动作，并将再次训练动作传输至再次训练虚拟地图生成模块36，最后再次训练虚拟地图生成模块36制定出再次训练虚拟地图并传输至虚拟地图指引模块1，然后虚拟地图指引模块1指引患者在再次训练虚拟地图中行走。重复上述第一阶段和第二阶段的步骤，直至患者症状有所减轻。 [0029] 本发明的训练系统，结合虚拟现实技术，制定出虚拟训练地图，患者不需要在特点的训练场地就可以完成训练，使用方便。同时，本发明的训练系统，多次采集患者的步态数据并针对数据制定不同时期的康复训练地图，可以适应性调整训练内容，针对性强，利于缓解帕金森患者的步态冻结症状。 [0030] 本发明的一种基于虚拟现实的帕金森训练装置，包括：固定在人体上的传感器模块4、用于分析传感器传输数据以及制定康复训练虚拟地图的计算机5、以及指引患者进行康复训练的虚拟显示器6；传感器模块4与计算机5无线通信连接，计算机5与虚拟显示器6无线通信连接；传感器模块4采集人体步态数据，并将步态数据传输至计算机5，计算机5将制定的康复训练虚拟地图传输至虚拟显示器6，虚拟显示器6指引患者7进行康复训练。 [0031] 本发明的训练装置，结合虚拟现实技术，制定出虚拟训练地图，患者不需要在特点的训练场地就可以完成训练，使用方便。 [0032] 请参阅图3，传感器模块4包括位于人体脚板上的压力传感器41、位于人体脚踝上的运动传感器42、以及位于人体大腿和小腿上的肌电传感器43；压力传感器41、运动传感器42和肌电传感器43与计算机5无线通信连接。这些传感器模块4采集人体步态数据，包括步长、步宽、步相角、步速、步频、周期、摆动时间、双支撑时间、记忆着地时间等多项步态数据，并将这些数据通过无线通信方法传输至计算机5内处理器54，处理器54再将数据传输至的步态检测系统51，步态检测系统51接收步态数据并生成患者的步态数据图，且步态检测系统51将步态数据图输送至处理器54中，处理器54将步态数据图传输至步态康复分析系统52中，且步态康复分析系统52结合预先存储的原始步态数据图分析出的患者训练动作数据并将训练动作数据传输至处理器54中；处理器54将训练动作数据传输至虚拟地图处理系统53中，虚拟地图处理系统53结合训练动作数据制定出虚拟训练地图并将虚拟训练地图输送至处理器54中；处理器54将虚拟训练地图传输至虚拟显示器6中。本发明的虚拟显示器6可以是虚拟眼睛、虚拟头盔等穿戴设备，通过在人体眼部前成像，形成立体的虚拟地图，患者依据地图的指引行走进行康复训练。实际使用中虚拟显示器还会设置扬声器等语音提示设备，该设备可以提醒患者行走的注意事项、患者行走错误时对其语音提醒等操作。 [0033] 本发明的方法、系统和装置不仅可以用于帕金森的步态冻结的训练方法，还可以用于其他的训练。下面结合具体的实施例来说明本发明的方法、系统和装置的运作流程：标准测试虚拟地图主要是用于测试患者是否具有步态冻结、前庭失调、震动失调、本体感觉神经失调、肢体转动失调、关节活动僵硬、肌无力、肢体活动不协调等现象，虚拟地图中设计了针对上述现象的多个测试项目，例如，直立行走、跨障碍行走、肢体协同行走、原地旋转、前后左右转向等多个测试项目，同时还会模拟一些日常情景，例如日常情景交流、乘车、乘船等项目；本发明系统的虚拟地图指引模块中会预先存储设置好的上述测试项目，并在患者的眼前虚拟出上述训练场景；本发明装置的处理器中预先会储存好标准测试虚拟地图，然后将标准测试虚拟地图发送至虚拟显示器中，在患者的眼前虚拟出上述训练场景； 患者在标准测试虚拟地图中按照虚拟地图的指示，完成上述指令动作和模拟情景训练，本发明系统的步态数据采集模块采集患者的训练数据，本发明装置的三个传感器模块也采集患者的数据，该数据包括：抬脚的高度、跨步的幅度、每一步行走的压力值变化、应对情景交流的反应时间、肌电值、步长、步宽、步相角、步速、步频、周期、摆动时间、双支撑时间、记忆着地时间等参数； 结合上述数据，本发明的初始步态缺陷分析模块分析出患者的步态缺陷，本发明的步态检测系统也分析出患者的步态缺陷，例如通过上述数据，分析出患者存在步态冻结缺陷、前庭失调缺陷、反应迟缓、转向迟钝等缺陷； 结合上述缺陷，本发明系统的初始训练动作分析模块分析出患者的训练动作，本发明的步态康复分析系统也分析出患者的训练动作，该训练动作包括：抬脚动作训练、转向动作训练、翻滚动作训练、原地旋转动作训练等； 结合上述训练动作，本发明的康复训练虚拟地图生成模块，生成了具有立体感的训练场地、训练道具、训练场景、真实的训练声音指示以及背景音乐等情景；同时本发明的虚拟地图处理系统也会生成上述具有立体感的训练场地、训练道具、训练场景、真实的训练声音指示以及背景音乐等情景； 结合上述虚拟地图，本发明的虚拟地图指引模块指引患者按照虚拟地图的场景进行训练，同时步态数据采集模块采集相应的患者训练数据；本发明的虚拟显示器指引患者按照虚拟地图的场景进行训练，同时传感器模块开始采集相应的患者训练数据； 结合上述训练数据，本发明的再次步态缺陷分析模块分析出患者的步态缺陷，本发明的步态检测系统也分析出患者的步态缺陷，例如通过上述数据，分析出患者存在步态冻结缺陷、前庭失调缺陷、反应迟缓、转向迟钝等缺陷； 结合上述缺陷，本发明系统的再次训练动作分析模块分析出患者的训练动作，本发明的步态康复分析系统也分析出患者的训练动作，该训练动作包括：抬脚动作训练、转向动作训练、翻滚动作训练、原地旋转动作训练等； 结合上述训练动作，本发明的再次训练虚拟地图生成模块，生成了具有立体感的训练场地、训练道具、训练场景、真实的训练声音指示以及背景音乐等情景；同时本发明的虚拟地图处理系统也会生成上述具有立体感的训练场地、训练道具、训练场景、真实的训练声音指示以及背景音乐等情景； 重复上述动作，即可完成患者的康复训练。 [0034] 本发明利用虚拟地图训练的方法，可以训练帕金森患者的平衡能力以及ADL水平，还可以与很多疾病的治疗产生协同效果，例如左旋多巴治疗、DBS治疗等。同时虚拟地图训练的方法。在虚拟场景中，利用视觉刺激能够改善帕金森患者因步幅受损而产生的平衡障碍，能促进大脑的反馈，强化患者平衡训练过程中的正确行为，提高患者训练的趣味性和积极性，降低训练的疲劳度。同时虚拟地图可以使患者在具有多种感官刺激和反馈的环境中进行训练，避免在真实环境中引发危险，增加了趣味性、减少对治疗师的依赖，同时虚拟地图能模拟日常生活情景，提高患者的日常生活能力。 [0035] 本发明的优势在于：1、本发明的训练方法，多次采集患者的步态数据并针对数据制定不同时期的康复训练地图，可以适应性调整训练内容，针对性强，利于缓解帕金森患者的步态冻结症状； 2、本发明的训练系统，结合虚拟现实技术，制定出虚拟训练地图，患者不需要在特点的训练场地就可以完成训练，使用方便； 3、本发明的训练装置，结合虚拟现实技术，制定出虚拟训练地图，患者不需要在特点的训练场地就可以完成训练，使用方便。 [0036] 以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。 |
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