專利名稱：一種基于Kinect傳感器的上肢運(yùn)動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)及其訓(xùn)練方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到醫(yī)學(xué)信息智能處理領(lǐng)域，具體來說涉及一種基于Kinect傳感器的上肢運(yùn)動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)及其訓(xùn)練方法，適合肌力2-5級(jí)的上肢輕癱患者在社區(qū)或家庭進(jìn)行長(zhǎng)期的自我康復(fù)訓(xùn)練。
背景技術(shù)：
功能訓(xùn)練是肢體功能障礙患者非常有效的康復(fù)訓(xùn)練方法。目前國(guó)內(nèi)運(yùn)動(dòng)功能訓(xùn)練的康復(fù)治療仍以治療師的手法操作為主，或在一些簡(jiǎn)單的訓(xùn)練器械的輔助下，進(jìn)行被動(dòng)運(yùn)動(dòng)、輔助運(yùn)動(dòng)、主動(dòng)運(yùn)動(dòng)和抗阻運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練等模式來達(dá)到防止肌肉萎縮，促進(jìn)神經(jīng)功能恢復(fù)。在這種康復(fù)模式下，每個(gè)治療師在同一時(shí)間僅能對(duì)一名患者進(jìn)行治療，康復(fù)效率較低，而且訓(xùn)練過程單調(diào)無趣，不利于促使患者積極主動(dòng)的參與到治療中，增加康復(fù)的信心；其次，治療師不容易及時(shí)了解其訓(xùn)練程度和效果。而在我國(guó)，康復(fù)機(jī)構(gòu)少，肢體殘疾者分布廣，經(jīng)濟(jì)條件差，進(jìn)行模塊的、機(jī)構(gòu)式的康復(fù)訓(xùn)練非·常困難，也不現(xiàn)實(shí)。為使盡可能多的殘疾人得到康復(fù)訓(xùn)練，必須研究進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練的新理論、新方法和新手段，鼓勵(lì)、提倡殘疾者掌握簡(jiǎn)易訓(xùn)練技術(shù)，在社區(qū)和家庭進(jìn)行自我康復(fù)訓(xùn)練。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出了一種基于Kinect傳感器的上肢運(yùn)動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)及其訓(xùn)練方法，患者無需佩戴和操作任何交互設(shè)備，只需面對(duì)Kinect傳感器，按照屏幕的文字或語音提示完成康復(fù)訓(xùn)練動(dòng)作，Kinect傳感器對(duì)上肢各關(guān)節(jié)進(jìn)行位置捕捉，實(shí)時(shí)記錄及反饋患者上肢關(guān)節(jié)的空間位置信息，引導(dǎo)患者通過體感交互完成康復(fù)訓(xùn)練，并對(duì)不合理的康復(fù)訓(xùn)練動(dòng)作進(jìn)行糾正。本發(fā)明訓(xùn)練方法簡(jiǎn)單，易掌握。趣味性強(qiáng)，使用設(shè)備成本低，適合肌力2-5級(jí)的上肢輕癱患者在社區(qū)或家庭進(jìn)行長(zhǎng)期的自我康復(fù)訓(xùn)練。本發(fā)明通過以下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
一種基于Kinect傳感器的上肢運(yùn)動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng),基于Kinect傳感器的上肢運(yùn)動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)包括Kinect傳感器和一臺(tái)搭載上肢運(yùn)動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練模塊的計(jì)算機(jī)，Kinect傳感器與所述計(jì)算機(jī)通過數(shù)據(jù)線相連，并安裝在計(jì)算機(jī)顯示屏的上方，上肢運(yùn)動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練模塊包括人機(jī)交互界面與后臺(tái)處理模塊，后臺(tái)處理模塊包括單關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練模塊、綜合康復(fù)訓(xùn)練模塊、評(píng)分模塊和糾正模塊。本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于:單關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練模塊用于上肢肩、肘、腕單關(guān)節(jié)活動(dòng)度恢復(fù)的訓(xùn)練，綜合康復(fù)訓(xùn)練模塊用于上肢肩、肘、腕關(guān)節(jié)的綜合控制協(xié)調(diào)能力的訓(xùn)練，單關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練模塊和綜合康復(fù)訓(xùn)練模塊均有不同的難度等級(jí)，患者可以根據(jù)自身康復(fù)情況挑戰(zhàn)相應(yīng)的難度；評(píng)分模塊通過計(jì)時(shí)和計(jì)分的方式對(duì)患者的完成情況進(jìn)行等級(jí)評(píng)定；糾正模塊則對(duì)患者的不規(guī)范動(dòng)作進(jìn)行糾錯(cuò)，并指導(dǎo)患者進(jìn)行正確的操作。本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于:訓(xùn)練方法包括單關(guān)節(jié)訓(xùn)練方法和肩、肘、腕關(guān)節(jié)綜合訓(xùn)練方法。本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于:單關(guān)節(jié)訓(xùn)練方法需要對(duì)患者軀干的位置進(jìn)行約束，單關(guān)節(jié)訓(xùn)練方法利用Kinect for Windows SDK中NUI的API函數(shù)可獲取骨架節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)，得到各關(guān)節(jié)的空間坐標(biāo)點(diǎn)，軀干部位的7個(gè)節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)分別為肩鎖骨節(jié)點(diǎn)
F1、脊柱中心節(jié)點(diǎn)巧、盆骨中心節(jié)點(diǎn)芎、右肩關(guān)節(jié)節(jié)點(diǎn)巧、左肩關(guān)節(jié)節(jié)點(diǎn)巧、右髖關(guān)節(jié)節(jié)點(diǎn)
4、左髖關(guān)節(jié)節(jié)點(diǎn)巧，軀干部位的這7個(gè)節(jié)點(diǎn)的活動(dòng)范圍應(yīng)限定在由8個(gè)頂點(diǎn)巧 巧構(gòu)建
的立方體內(nèi)，在訓(xùn)練的不同難度等級(jí)下，立方體的大小不盡相同，難度越高立方體越?。划?dāng)患者位于Kinect傳感器正前方時(shí)，單關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練模塊顯示了上肢部位節(jié)點(diǎn)和骨架以及軀干部位節(jié)點(diǎn)；當(dāng)進(jìn)行訓(xùn)練時(shí)，患者需要調(diào)整自身體位,使軀干部位的節(jié)點(diǎn)處于立方體內(nèi)，從而可以開始搬運(yùn)圖形的任務(wù)，單關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練模塊的訓(xùn)練任務(wù)是要求患者將一側(cè)指定區(qū)域內(nèi)的矩形和圓搬運(yùn)至另一側(cè)的指定區(qū)域內(nèi)；在訓(xùn)練過程中，患者可以利用上肢的肘、腕和手等上肢部位節(jié)點(diǎn)進(jìn)入指定區(qū)域內(nèi)去拾取圖形，將其搬運(yùn)到另一處的指定區(qū)域，從而得分。立方體限定了患者軀干部位的活動(dòng)范圍，即軀干部位節(jié)點(diǎn)超出立方體，訓(xùn)練將無法進(jìn)行；由于圖形元素的放置區(qū)域位于患者位置的兩側(cè)，患者必須進(jìn)行相應(yīng)的肩部運(yùn)動(dòng)去觸碰相應(yīng)圖形，立方體的區(qū)域限制可以降低患者完全依賴軀干移動(dòng)、側(cè)屈等運(yùn)動(dòng)的代償；在訓(xùn)練進(jìn)行時(shí)，糾正模塊對(duì)患者的不合理操作通過文字和語音的方法進(jìn)行提示和糾錯(cuò)，幫助患者回到正確的訓(xùn)練操作中；患者完成一次搬運(yùn)得I分，每一次的訓(xùn)練時(shí)間為1-3分鐘，評(píng)分模塊會(huì)在訓(xùn)練結(jié)束時(shí)打分并評(píng)定等級(jí)。本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于:肩、肘、腕關(guān)節(jié)綜合訓(xùn)練方法需要對(duì)患者上肢活動(dòng)的位置和姿態(tài)進(jìn)行捕捉、比對(duì)，以檢測(cè)動(dòng)作的準(zhǔn)確程度和完成情況，因此，需要對(duì)上肢各關(guān)節(jié)部位的位置和姿態(tài)進(jìn)行判定，具體判定如下:
權(quán)利要求
1.一種基于Kinect傳感器的上肢運(yùn)動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng),其特征在于:基于Kinect傳感器的上肢運(yùn)動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)包括Kinect傳感器和一臺(tái)搭載上肢運(yùn)動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練模塊的計(jì)算機(jī)，所述Kinect傳感器與所述計(jì)算機(jī)通過數(shù)據(jù)線相連，并安裝在計(jì)算機(jī)顯示屏的上方，所述上肢運(yùn)動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練模塊包括人機(jī)交互界面與后臺(tái)處理模塊，所述后臺(tái)處理模塊包括單關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練模塊、綜合康復(fù)訓(xùn)練模塊、評(píng)分模塊和糾正模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于Kinect傳感器的上肢運(yùn)動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)，其特征在于:所述單關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練模塊用于上肢肩、肘、腕單關(guān)節(jié)活動(dòng)度恢復(fù)的訓(xùn)練，所述綜合康復(fù)訓(xùn)練模塊用于上肢肩、肘、腕關(guān)節(jié)的綜合控制協(xié)調(diào)能力的訓(xùn)練，所述單關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練模塊和綜合康復(fù)訓(xùn)練模塊均有不同的難度等級(jí)，患者可以根據(jù)自身康復(fù)情況挑戰(zhàn)相應(yīng)的難度；所述評(píng)分模塊通過計(jì)時(shí)和計(jì)分的方式對(duì)患者的完成情況進(jìn)行等級(jí)評(píng)定；所述糾正模塊則對(duì)患者的不規(guī)范動(dòng)作進(jìn)行糾錯(cuò)，并指導(dǎo)患者進(jìn)行正確的操作。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于Kinect傳感器的上肢運(yùn)動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)的訓(xùn)練方法，其特征在于:所述訓(xùn)練方法包括單關(guān)節(jié)訓(xùn)練方法和肩、肘、腕關(guān)節(jié)綜合訓(xùn)練方法。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述一種基于Kinect傳感器的上肢運(yùn)動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)的訓(xùn)練方法，其特征在于:所述單關(guān)節(jié)訓(xùn)練方法需要對(duì)患者軀干的位置進(jìn)行約束，所述單關(guān)節(jié)訓(xùn)練方法利用Kinect for Windows SDK中NUI的API函數(shù)可獲取骨架節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)，得到各關(guān)節(jié)的空間坐標(biāo)點(diǎn)，軀干部位的7個(gè)節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)分別為肩鎖骨節(jié)點(diǎn)P1、脊柱中心節(jié)點(diǎn)巧、盆骨中心節(jié)點(diǎn)巧、右肩關(guān)節(jié)節(jié)點(diǎn)H、左肩關(guān)節(jié)節(jié)點(diǎn)巧、右髖關(guān)節(jié)節(jié)點(diǎn)P6、左髖關(guān)節(jié)節(jié)點(diǎn)巧，軀干部位的這7個(gè)節(jié)點(diǎn)的活動(dòng)范圍應(yīng)限定在由8個(gè)頂點(diǎn)F1 ' Fs構(gòu)建的立方體內(nèi)，在訓(xùn)練的不同難度等級(jí)下，立方體的大小不盡相同，難度越高立方體越??；當(dāng)患者位于Kinect傳感器正前方時(shí)，所述單關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練模塊顯示了上肢部位節(jié)點(diǎn)和骨架以及軀干部位節(jié)點(diǎn)；當(dāng)進(jìn)行訓(xùn)練時(shí)，患者需要調(diào)整自身體位，使軀干部位的節(jié)點(diǎn)處于立方體內(nèi)，從而可以開始搬運(yùn)圖 形的任務(wù)，所述單關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練模塊的訓(xùn)練任務(wù)是要求患者將一側(cè)指定區(qū)域內(nèi)的矩形和圓搬運(yùn)至另一側(cè)的指定區(qū)域內(nèi)；在訓(xùn)練過程中，患者可以利用上肢的肘、腕和手等上肢部位節(jié)點(diǎn)進(jìn)入指定區(qū)域內(nèi)去拾取圖形，將其搬運(yùn)到另一處的指定區(qū)域，從而得分；立方體限定了患者軀干部位的活動(dòng)范圍，即軀干部位節(jié)點(diǎn)超出立方體，訓(xùn)練將無法進(jìn)行；由于圖形元素的放置區(qū)域位于患者位置的兩側(cè)，患者必須進(jìn)行相應(yīng)的肩部運(yùn)動(dòng)去觸碰相應(yīng)圖形，立方體的區(qū)域限制可以降低患者完全依賴軀干移動(dòng)、側(cè)屈等運(yùn)動(dòng)的代償；在訓(xùn)練進(jìn)行時(shí)，糾正模塊對(duì)患者的不合理操作通過文字和語音的方法進(jìn)行提示和糾錯(cuò)，幫助患者回到正確的訓(xùn)練操作中；患者完成一次搬運(yùn)得I分，每一次的訓(xùn)練時(shí)間為1-3分鐘，評(píng)分模塊會(huì)在訓(xùn)練結(jié)束時(shí)打分并評(píng)定等級(jí)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述一種基于Kinect傳感器的上肢運(yùn)動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)的訓(xùn)練方法，其特征在于:所述肩、肘、腕關(guān)節(jié)綜合訓(xùn)練方法需要對(duì)患者上肢活動(dòng)的位置和姿態(tài)進(jìn)行捕捉、比對(duì)，以檢測(cè)動(dòng)作的準(zhǔn)確程度和完成情況，因此，需要對(duì)上肢各關(guān)節(jié)部位的位置和姿態(tài)進(jìn)行判定，具體判定如下: Pm和巧是相鄰關(guān)節(jié)的節(jié)點(diǎn)，坐標(biāo)分別為(觀■)，HPm)，Z(pmy)和(XiPJ
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于Kinect傳感器的上肢運(yùn)動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)及其訓(xùn)練方法。系統(tǒng)包括一臺(tái)Kinect傳感器，一臺(tái)搭載上肢運(yùn)動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練模塊的計(jì)算機(jī)，Kinect傳感器與計(jì)算機(jī)通過數(shù)據(jù)線相連，并安裝在計(jì)算機(jī)顯示屏的上方；上肢運(yùn)動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練模塊包括單關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練模塊、綜合康復(fù)訓(xùn)練模塊、評(píng)分模塊和糾正模塊，可以進(jìn)行上肢的單關(guān)節(jié)訓(xùn)練和肩、肘、腕關(guān)節(jié)的綜合訓(xùn)練。患者無需佩戴和操作任何交互設(shè)備，只需面對(duì)Kinect傳感器，按照顯示屏的文字或語音提示完成康復(fù)訓(xùn)練動(dòng)作，Kinect傳感器對(duì)上肢各關(guān)節(jié)進(jìn)行位置捕捉，實(shí)時(shí)記錄及反饋患者上肢關(guān)節(jié)的空間位置信息，引導(dǎo)患者通過體感交互完成康復(fù)訓(xùn)練，并對(duì)不規(guī)范的訓(xùn)練動(dòng)作進(jìn)行糾正。本發(fā)明訓(xùn)練方法簡(jiǎn)單，易掌握，趣味性強(qiáng)，使用設(shè)備成本低。
文檔編號(hào)A63B71/06GK103230664SQ20131013311
公開日2013年8月7日 申請(qǐng)日期2013年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月17日
發(fā)明者瞿暢, 王君澤, 張小萍, 丁晨, 徐萌 申請(qǐng)人:南通大學(xué)