CN101574297A - 基于虚拟现实的残障人士康复*** - Google Patents

基于虚拟现实的残障人士康复*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于虚拟现实的残障人士康复***，它包括功能性电刺激模块、运动捕获模块和虚拟现实模块；其中，运动捕获模块分别与功能性电刺激模块和虚拟现实模块相连；本发明基于虚拟现实的残障人士康复***通过刺激人体神经、肌肉，同时记录刺激后的肢体运动，通过闭环控制来调整功能性电刺激参数，利用虚拟现实技术呈现给使用者。闭环控制对肢体运动功能重建而言，是实现肢体运动的平稳性，是一种更自然、更符合人体运动特征的优化控制方法。视觉的实时反馈能有效地促进肢体运动功能重建，提高康复训练的效率。虚拟现实的三维交互式沉浸环境能为患者提供针对运动过程和运动效果的视、听等多模态反馈信息，激发和维持患者重复练习的动机。

Description

基于虚拟现实的残障人士康复***
技术领域
本发明涉及一种康复装置，尤其涉及一种结合虚拟现实与功能性电刺激(FES)的康复装置。
背景技术
根据2006年第二次全国残疾人抽样调查的结果，中国残疾人已达8296万，占全国人口的6.34％，其中肢体残疾者2412万，60％的残障人士需要护理及康复训练。同时调查的数据分析报告预测，残障人士规模增长即将进入快速增长时期，残疾率将持续上升。
功能性电刺激直接作用于瘫痪肌肉，可以防止肌肉萎缩，增强肌力，加强神经冲动，促进肢体血液循环以及神经再生，达到康复的目的。对脑卒中患者，利用中枢神经的可塑性，FES***的长期训练能够增强患者感觉和运动通路的神经信号输入，促进大脑功能的重组。
上世纪60年代，美国的Liberson利用电刺激腓神经改善足下垂患者的步态。1973年，用于激发偏瘫患者伸指功能的FES问世。目前用于手和膀胱/肠控制的第一代开环式FES产品已获得FDA的批准，并被康复临床医学广泛使用，帮助患者站立和辅助患者步行的FES产品也已经进入临床实验。
现有的FES装置主要围绕控制方式在发展。上世纪九十年代初逐渐出现了开关控制的***，如针对瘫痪和中风患者的Handmaster NMS-1***，它通过患者操纵一个按钮来控制刺激功能的开关，使得患者能够主动的参与康复训练过程。此外，由肌电、语音以及头皮脑电等控制的FES***也相继出现。虽然在控制的主动性上有所改善，但是患者缺乏可参照的示范。患者在主动控制完后，只能被动的接受控制的结果。在控制的准确性以及动作的精确性方面，只能依靠患者本身的想象。虚拟现实由于可以提供多样的训练场景，已经逐步引入康复研究领域，应用于脑卒中、脑外伤、帕金森等病人的上下肢运动功能恢复及空间和认知能力的训练。虚拟现实的三维交互式沉浸环境能为患者提供针对运动过程和运动效果的多模态反馈信息，激发和维持患者重复练习的动机。虚拟现实技术的引入有利于建立康复训练过程的适时、动态评价，实现功能重建过程效果的实时反馈。
目前还未见基于结合虚拟现实与功能性电刺激的康复装置的报道。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于虚拟现实的残障人士康复***。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于虚拟现实的残障人士康复***，它包括功能性电刺激模块、运动捕获模块和虚拟现实模块；其中，运动捕获模块分别与功能性电刺激模块和虚拟现实模块相连。
进一步地，所述功能性电刺激模块包括微处理器、刺激单元和运算放大电路，运算放大电路和刺激单元分别与微处理器相连。其中，所述刺激单元包括通道选择单元、功率驱动电路和刺激电极，通道选择单元、功率驱动电路和刺激电极依次相连。
进一步地，所述运动捕获模块包括数据手套和角度传感器。数据手套与虚拟现实模块相连。角度传感器分别与虚拟现实模块和功能性电刺激模块相连。
进一步地，所述虚拟现实模块包括输入/输出设备、通讯单元、场景管理单元、对象动作管理单元、显示场景整合单元，输入/输出设备与用户相接，其中，输入/输出设备、通讯单元和对象动作管理单元依次相连，场景管理单元、对象动作管理单元分别与显示场景整合单元相连，显示场景整合单元与通讯单元相连。
本发明的有益效果是：本发明基于虚拟现实的残障人士康复***通过刺激人体神经、肌肉，同时记录刺激后的肢体运动，通过闭环控制来调整功能性电刺激参数，利用虚拟现实技术呈现给使用者。闭环控制对肢体运动功能重建而言，是实现肢体运动的平稳性，是一种更自然、更符合人体运动特征的优化控制方法。视觉的实时反馈能有效地促进肢体运动功能重建，提高康复训练的效率。虚拟现实的三维交互式沉浸环境能为患者提供针对运动过程和运动效果的视、听等多模态反馈信息，激发和维持患者重复练习的动机。
附图说明
图1为本发明装置的原理框图；
图2为功能性电刺激模块的原理框图；
图3为运动捕获模块的原理框图；
图4为功率驱动电路的框图；
图5为虚拟现实模块的原理框图。
具体实施方式
功能性电刺激是实现运动功能恢复和重建的主要技术之一。功能性电刺激是使用低频电流刺激失去神经控制的肌肉，使期收缩，以替代或矫正器官及肢体以丧失的功能。本发明提供的残障人士康复***，是以功能性电刺激为基础，结合虚拟现实用于对中风病人进行肢体康复。
如图1所示，一种基于虚拟现实的残障人士康复***，用于恢复或重建肢体的运动功能，该***包括功能性电刺激模块、运动捕获模块和虚拟现实模块，其中，运动捕获模块分别与功能性电刺激模块和虚拟现实模块相连。
功能性电刺激模块通过表面电极或植入电极与肢体接触，施加低频电刺激；运动捕获模块，通过有线连接于功能性电刺激模块，通过有线连接于虚拟现实模块。获取肢体的运动参数，一方面提供作为功能性电刺激的反馈量，另一方面提供作为虚拟现实实时建模用的参数；虚拟现实模块，通过接收运动捕获模块的肢体运动输入，利用建模单元建立虚拟场景下的肢体运动模型。利用头盔式立体显示器或其他平面、三维立体显示设备将虚拟康复训练场景展示给使用者，同时将肢体运动实时展示给使用者。
如图2所示，功能性电刺激模块包括微处理器、刺激单元和运算放大电路，运算放大电路和刺激单元分别与微处理器相连。刺激单元包括通道选择单元、功率驱动电路和刺激电极，通道选择单元、功率驱动电路和刺激电极依次相连。运算放大电路接收运动捕获模块的传感器信号进行前端放大，有线连接到微处理器。刺激单元接收微处理器传出的刺激信号，由通道选择单元进行通道选择，由功率驱动电路负责将信号进行电平转换及功率驱动，驱动电路以有线连接方式接于刺激电极。刺激单元通过刺激电极与肌肉接触。刺激电极包括表面电极或植入式电极。微处理器、刺激单元、运算放大电路集成于电路板上，构成嵌入式***。微处理器可以使用铭朗科技的C8051F020高级开发板。刺激单元可以由C8051F020高级开发板的D/A模块实现。运算放大电路可以采用开发板的A/D模块。刺激电极可以采用一次性表面粘贴电极。功率驱动电路如图4所示。通道选择单元可以选择Maxim公司的MAX4539芯片。微处理器中烧写的程序单元闭环控制算法可以采用PID控制。
如图3所示，所述的运动捕获模块包括数据手套和角度传感器。数据手套戴在手上，通过有线连接方式接于计算机的虚拟现实模块。角度传感器置于肢体关节，采集关节角度信息，以有线连接方式连接到虚拟现实模块；并以有线连接方式连接到功能性电刺激模块上，表征角度的电信号以有线方式连接到功能性电刺激模块的运算放大电路。数据手套可以采用Immersion公司的CyberGloveII***，通过通用RS232接口数据传到计算机上。角度传感器可以采用上海新跃仪表厂制造的WDD35D型号的角度传感器。角速度与角加速度分别以微分与二次微分形式给出。
如图4所示，所述功能性电刺激模块中的功率驱动电路，可以采用典型的单端反激型方波逆变电路。输入端为Uin，输出端为Uout，连接到电极上。刺激波形为方波信号。Vcc为电源，D1为二极管(1N4007)，为防止反向电涌。N1为场效应管(IRF540N)，起开关作用，由Uin控制。T为高频变压器，起到变压隔离器的作用。
如图5所示，所述的虚拟现实模块包括输入/输出设备、通讯单元、场景管理单元、对象动作管理单元、显示场景整合单元，输入/输出设备与用户相接，输入/输出设备、通讯单元和对象动作管理单元依次相连，场景管理单元、对象动作管理单元分别与显示场景整合单元相连，显示场景整合单元与通讯单元相连。虚拟现实引擎的输入采用上述的运动捕获模块。输出设备可以采用MacNaughton公司的双眼式头盔显示器NuVision Single 60 GX WirelessStereoscopic Glasses。通讯单元可以采用RS232连接方式。场景管理单元负责康复训练场景的建立，可以通过WorldToolKit实现。对象动作管理单元负责用户动作的模型化，可以通过WorldToolKit实现。显示场景整合单元负责场景跟动作的整合，利用计算机通讯，通过头盔显示器显示给用户。
应用时，患者佩戴功能性电刺激模块，将刺激电极置于肌肉表面，或植入肌肉内，微电流通过介质传导到刺激电极。佩戴运动捕获模块的各类数据采集传感器，采集实时的肢体运动参数。佩戴虚拟现实模块头盔式立体显示器，直接在视网膜上形成三维影像；或在患者前放置立体显示设备，远距离呈现三维影像。

Claims (4)

1.一种基于虚拟现实的残障人士康复***，其特征在于，它包括功能性电刺激模块、运动捕获模块和虚拟现实模块。其中，运动捕获模块分别与功能性电刺激模块和虚拟现实模块相连。
2.根据权利要求1所示基于虚拟现实的残障人士康复***，其特征在于，所述功能性电刺激模块包括微处理器、刺激单元和运算放大电路，运算放大电路和刺激单元分别与微处理器相连。其中，所述刺激单元包括通道选择单元、功率驱动电路和刺激电极，通道选择单元、功率驱动电路和刺激电极依次相连。
3.根据权利要求1所示基于虚拟现实的残障人士康复***，其特征在于，所述运动捕获模块包括数据手套和角度传感器。数据手套与虚拟现实模块相连。角度传感器分别与虚拟现实模块和功能性电刺激模块相连。
4.根据权利要求1所示基于虚拟现实的残障人士康复***，其特征在于，所述虚拟现实模块包括输入/输出设备、通讯单元、场景管理单元、对象动作管理单元、显示场景整合单元，输入/输出设备与用户相接，其中，输入/输出设备、通讯单元和对象动作管理单元依次相连，场景管理单元、对象动作管理单元分别与显示场景整合单元相连，显示场景整合单元与通讯单元相连。
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Cited By (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102908772A (zh) * 2012-10-16 2013-02-06 东南大学 利用增强现实技术的上肢康复训练***
CN103143115A (zh) * 2013-03-06 2013-06-12 浙江大学 一种用于治疗中风的康复手套
CN104288909A (zh) * 2013-07-18 2015-01-21 袁囡囡 多感互动多模控制功能性电刺激***
CN105640733A (zh) * 2014-11-11 2016-06-08 深圳宝葫芦机器人有限公司 一种上肢康复机器人及其控制方法
CN105816960A (zh) * 2016-03-16 2016-08-03 张晓林 一种智能化低频脉冲磁疗仪
CN106389072A (zh) * 2016-11-28 2017-02-15 东北大学 五自由度上肢康复机器人的虚拟现实交互***及方法
CN106580263A (zh) * 2017-01-13 2017-04-26 杭州师范大学 一种头戴式老年痴呆症诊疗仪及其控制方法
CN106682410A (zh) * 2016-12-20 2017-05-17 安徽乐年健康养老产业有限公司 一种基于虚拟现实设备的理疗装置
WO2017219226A1 (zh) * 2016-06-21 2017-12-28 马玉琴 康复训练***、计算机、智能机械手臂以及虚拟现实头盔
CN107626040A (zh) * 2017-10-24 2018-01-26 杭州易脑复苏科技有限公司 一种基于可交互虚拟现实和神经电刺激的康复***及方法
CN108140421A (zh) * 2015-07-31 2018-06-08 巴塞罗纳大学 运动训练
CN108325077A (zh) * 2018-01-23 2018-07-27 佛山科学技术学院 一种基于虚拟现实技术的手功能康复***
CN108549482A (zh) * 2018-03-29 2018-09-18 北京理工大学 一种基于ros***的虚拟现实触觉反馈器
CN108874135A (zh) * 2018-06-13 2018-11-23 福建中科智汇数字科技有限公司 基于vr设备的步态训练***及方法
CN109192278A (zh) * 2018-08-28 2019-01-11 齐辉 基于虚拟现实的互动方法及***
WO2020098112A1 (zh) * 2018-11-14 2020-05-22 华南理工大学 一种沉浸式上肢康复训练***

Cited By (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102908772A (zh) * 2012-10-16 2013-02-06 东南大学 利用增强现实技术的上肢康复训练***
CN102908772B (zh) * 2012-10-16 2015-02-18 东南大学 利用增强现实技术的上肢康复训练***
CN103143115A (zh) * 2013-03-06 2013-06-12 浙江大学 一种用于治疗中风的康复手套
CN103143115B (zh) * 2013-03-06 2015-01-21 浙江大学 一种用于治疗中风的康复手套
CN104288909A (zh) * 2013-07-18 2015-01-21 袁囡囡 多感互动多模控制功能性电刺激***
CN105640733A (zh) * 2014-11-11 2016-06-08 深圳宝葫芦机器人有限公司 一种上肢康复机器人及其控制方法
CN105640733B (zh) * 2014-11-11 2018-09-18 深圳宝葫芦机器人有限公司 一种上肢康复机器人及其控制方法
CN108140421A (zh) * 2015-07-31 2018-06-08 巴塞罗纳大学 运动训练
CN105816960A (zh) * 2016-03-16 2016-08-03 张晓林 一种智能化低频脉冲磁疗仪
WO2017219226A1 (zh) * 2016-06-21 2017-12-28 马玉琴 康复训练***、计算机、智能机械手臂以及虚拟现实头盔
CN106389072A (zh) * 2016-11-28 2017-02-15 东北大学 五自由度上肢康复机器人的虚拟现实交互***及方法
CN106682410A (zh) * 2016-12-20 2017-05-17 安徽乐年健康养老产业有限公司 一种基于虚拟现实设备的理疗装置
CN106580263A (zh) * 2017-01-13 2017-04-26 杭州师范大学 一种头戴式老年痴呆症诊疗仪及其控制方法
CN107626040A (zh) * 2017-10-24 2018-01-26 杭州易脑复苏科技有限公司 一种基于可交互虚拟现实和神经电刺激的康复***及方法
CN108325077A (zh) * 2018-01-23 2018-07-27 佛山科学技术学院 一种基于虚拟现实技术的手功能康复***
CN108549482A (zh) * 2018-03-29 2018-09-18 北京理工大学 一种基于ros***的虚拟现实触觉反馈器
CN108549482B (zh) * 2018-03-29 2021-01-01 北京理工大学 一种基于ros***的虚拟现实触觉反馈器
CN108874135A (zh) * 2018-06-13 2018-11-23 福建中科智汇数字科技有限公司 基于vr设备的步态训练***及方法
CN108874135B (zh) * 2018-06-13 2021-07-30 福建中科智汇数字科技有限公司 基于vr设备的步态训练***及方法
CN109192278A (zh) * 2018-08-28 2019-01-11 齐辉 基于虚拟现实的互动方法及***
WO2020098112A1 (zh) * 2018-11-14 2020-05-22 华南理工大学 一种沉浸式上肢康复训练***
US11458382B2 (en) 2018-11-14 2022-10-04 South China University Of Technology Immersive upper limb rehabilitation training system

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