CN108986884A - 一种平衡康复与认知康复相融合的训练***和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种将平衡康复与认知康复相融合的训练***和方法，通过该训练***康复师针对患者情况设定康复内容，根据设定的康复内容***构造与之相适应且能有效消除患者训练过程中枯燥感的训练情境，将平衡康复与认知康复融合于同一情境之中；在训练过程中，患者通过动作引导完成康复训练和认知训练；***通过体感设备获取患者训练过程的动作数据，计算患者重心，进行可视化显示，对训练结果以直观形象方式及时给出评价反馈，方便康复师对患者进行指导与评价，有利于患者消除康复过程枯燥乏味感，增强信心持续完成康复训练过程。

Description

一种平衡康复与认知康复相融合的训练***和方法

技术领域

本发明涉及计算机领域和康复技术领域，具体涉及一种平衡与认知康复相融合的训练***和方法。

背景技术

随着老龄化的临近，以及不同原因引起的脑外伤，造成越来越多人行走能力的丧失和认知能力的减退，越来越多的人需要进行康复训练来恢复平衡能力，进而实现正常行走，同时需要恢复认知能力，消除脑部衰老和损伤产生的影响。传统方式的康复训练需要去专门的康复机构，由专人进行指导辅助，然而我国康复医院普及度不够，场地有限而且人员指导成本高昂，并且效果不够明显；利用康复器械进行恢复，器械的成本高，需要相应空间，而且适用范围有限，不能适应不同康复阶段的患者，训练方式单一枯燥，不利于患者坚持完成康复过程；而且上述方式都不能实现认知康复训练，然而对于年老导致的阿尔茨海默病、脑外伤及脑卒中患者生活能力的恢复，认知能力的训练往往更加重要。急需要一种能够针对不同水平的平衡康复患者进行自主训练，并且能将认知训练融入到平衡训练中的***来解决上述问题。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种能够针对不同患者，定制化提供平衡与认知相融合的训练方案，营造轻松愉悦的训练情境，使患者能以积极心态独立完成训练，训练过程中无需专人指导辅助，并能及时获得训练反馈，了解动作完成情况，且以相应激励机制，使患者增强训练信心，有效提升训练效果。同时，通过对动作数据采集、处理、分析、保存，可方便康复师调整训练方案，完善平衡与认知康复训练***。

本发明采取的技术方案是：一种平衡康复与认知康复相融合的训练***，包括内容定义模块、情境构造模块、动作引导模块、检测跟踪模块、重心计算模块以及动作反馈模块；

所述内容定义模块，用于根据患者情况设定康复训练内容；

所述情境构造模块，用于构造与设定的康复训练内容相适应的且能有效消除患者训练过程枯燥感的训练情境；

所述动作引导模块，用于引导患者执行所需的动作；

所述检测跟踪模块，用于获取患者的动作数据，并对动作数据进行预处理；

所述重心计算模块，用于根据获取的患者动作数据，计算患者重心；

所述动作反馈模块，用于根据患者完成的动作对重心控制情况和认知情况给出反馈。

本发明通过内容定义模块根据患者情况设定康复训练内容；情景构造模块构造与设定的康复训练内容相适应的且能有效消除患者训练过程枯燥感的训练情境；训练在训练情境中进行，由动作引导模块引导患者执行所需的动作；患者的动作数据由检测跟踪模块获取，并在对数据进行预处理后发送到重心计算模块；重心计算模块计算重心位置；动作反馈模块处理检测跟踪模块提供的动作数据和重心计算模块提供的重心控制数据，给出评价反馈。上述***能够针对不同患者，定制平衡康复与认知康复相融合的训练方案，使患者能在一个轻松愉悦的训练情境中独立完成训练，训练过程的动作数据被***采集、处理、分析，并对重心控制情况进行测算与分析，能够查看训练成果及训练建议，可有效提升训练效果。

较优地，在上述技术方案中，所述内容定义模块设定的康复训练内容包括平衡训练内容和认知训练内容，所述平衡训练内容包括平衡反应训练、平衡范围训练、平衡稳定性训练、指定动作平衡训练、；所述认知训练内容为与患者年龄病情匹配的认知训练。这样的设置方便医生和患者定制训练计划，使***具备更好适用性，训练过程充分契合患者认知康复和平衡康复的训练阶段和需求。

较优地，在上述技术方案中，所述情境构造模块包括匹配平衡训练内容的场景和匹配平衡训练内容的主题；所述匹配平衡训练内容的场景包括场景情境选择子模块，用于根据所述内容定义模块选择的康复训练内容，选择对应的场景；认知主题选择子模块，用于根据所述场景情境选择子模块选择的情境，选择认知训练的主题。这样的设置能用一个情境把认知训练和平衡训练融合，用平衡训练的动作进行认知训练的选择，并且难度适合患者的要求和进度，易于实现的同时稍有挑战；情境场景内容可以激发患者训练积极性，消除枯燥感。

较优地，在上述技术方案中，所述动作引导模块对动作的引导包括执行平衡训练动作引导和执行认知训练动作引导；

平衡训练动作引导，包括引导患者完成上下肢指定动作、引导患者重心移动到指定方向角度、引导患者重心保持在固定点指定时间、引导患者重心跟随移动目标指定时间；

认知训练动作引导，引导患者执行相应动作准确表达自身认知结果。

这样的设置替代人工的训练指导，让患者可以轻松的进行独立训练，不沮丧不困惑的完成整个训练项目，保证训练效果。

较优地，在上述技术方案中，所述检测跟踪模块包括患者识别跟踪子模块，用于锁定目标患者，在受到遮挡和干扰时能持续跟踪目标；患者关节点数据采集子模块，用于采集患者的关节点空间坐标，发送至所述重心计算模块和动作识别模块，并用滤波算法消除抖动及去除置信度低的关节信息；患者动作识别子模块，用于识别和存储患者动作序列，并发送至所述动作反馈模块，反映重心位置与当前动作的对应关系。这样消除了环境干扰的影响，弥补设备自身限制，带给患者良好的体验感受，使患者训练不被打断，增强了训练的专业性和为康复师提供了高可信度的数据。

较优地，在上述技术方案中，所述重心计算模块包括节段质心位置计算子模块、重心位置计算子模块；节段质心位置计算子模块，根据所述患者关节点空间坐标和人体各节段质心相对位置参数表，计算身体各节段质心位置；重心位置计算子模块根据所述节段质心位置和人体各节段重量分布参数表，计算加权重心空间坐标，并发送至所述动作反馈模块。

这样按节段的比重控制增加了重心结果的科学性，参数独立可定制，可以对特定患者更加精准的测量和有针对性的训练。

较优地，在上述技术方案中，所述动作反馈模块反馈的重心控制情况包括重心控制的准确度、反应速度、范围大小、重心的倾斜角度、重心位置与当前动作的相对关系；反馈认知准确度情况包括认知选择的正确性、准确性、及时性。

这样的设置便于患者实时关注到自己的状态，强化训练目标，对不当的训练动作进行纠正，并在正确后获得鼓励和认可，增强训练信心，提升效果。

较优地，在上述技术方案中，所述***还包括分析评价模块，用于接收所述重心控制情况和认知训练得分情况，统计重心控制的范围、反应速度、范围、角度，以及认知训练的得分结果，结果以图表形式，呈现出来，并将总评结果显示在屏幕上，根据所述总评结果给出指导建议。

这样的设置方便患者看到训练的成果，增强患者训练信心，产生进一步持续训练的动力。

较优地，在上述技术方案中，所述***还包括激励模块，用于根据所述总评结果，计算累计奖励分数，分数累计可以解锁被锁定的情境和认知主题。

这样的设置有利于患者获得成就感，增强训练***对患者的粘性，鼓励患者坚持训练。

本发明还涉及一种平衡与认知康复相融合的训练方法，包括：

第一步，患者由康复师引导进行个人账户的注册，在数据库中建立个人平衡训练医疗档案；数据库存放患者训练数据记录，包括：训练时间、训练时长、重心轨迹、认知水平、训练照片、体征监测数据等。患者详细信息可以由医生端进行远程查看和管理；

第二步，康复师通过内容定义模块，根据患者诊断，选择认知平衡训练内容和认知训练内容。内容包含初始训练难度等级；

第三步，情景构造模块会自动匹配训练内容和难度等级的训练场景，形成定制的平衡训练游戏提供给患者进行训练；

第四步，患者在动作引导模块的引导下开始训练，检测跟踪模块开启，设备进入检测状态。重心计算模块在后台处理检测数据，并在数据库中实时记录重心信息。训练难度会从内容定义模块设定的初始难度开始，在训练中根据平衡控制情况和认知完成情况自动进行浮动调整；

第五步，训练结束，动作反馈模块处理好的训练结果，重心数据，训练成绩，连同记录在数据库中当次训练信息，以及历次训练的总成绩比较作为训练反馈，呈现给患者。训练记录完整保存到数据库，康复师可以在医生端进行查看。

上述的种平衡与认知康复相融合的训练方法是基于种平衡与认知康复相融合的训练***上进行，通过康复师针对患者情况设定康复内容，根据设定的康复内容***构造与之相适应且能有效消除患者训练过程中枯燥感的训练情境，将平衡康复与认知康复融合于同一情境之中；在训练过程中，患者通过动作引导完成康复训练和认知训练；***通过体感设备获取患者训练过程的动作数据，计算患者重心，进行可视化显示，对训练结果以直观形象方式及时给出评价反馈，方便康复师对患者进行指导与评价，有利于患者消除康复过程枯燥乏味感，增强信心持续完成康复训练过程。

附图说明

图1是本发明提供的一种平衡康复与认知康复相融合的训练***的示意图。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例进一步说明本发明。

实施例1

如图1所示的一种平衡与认知康复相融合的训练***，包括内容定义模块、情境构造模块、动作引导模块、检测跟踪模块、重心计算模块、以及动作反馈模块。

内容定义模块根据患者情况设定康复训练内容；情景构造模块构造与设定的康复训练内容相适应的且能有效消除患者训练过程枯燥感的训练情境；训练在训练情境中进行，由动作引导模块引导患者执行所需的动作；患者的动作数据由检测跟踪模块获取，并在对数据进行预处理后发送到重心计算模块；重心计算模块计算重心位置；动作反馈模块处理检测跟踪模块提供的动作数据和重心计算模块提供的重心控制数据，给出评价反馈。

内容定义模块设定的康复训练内容包括包括平衡训练内容和认知训练内容，所述平衡训练内容包括平衡反应训练、平衡范围训练、平衡稳定性训练和指定动作平衡训练；所述认知训练内容为与患者年龄病情匹配的认知训练。

情境构造模块包括场景情境选择子模块，用于根据所述内容定义模块选择的康复训练内容，选择对应的场景；认知主题选择子模块，用于根据所述场景情境选择子模块选择的情境，选择认知训练的主题；认知训练难度控制子模块，用于控制认知训练对应主题中的训练难度；平衡训练难度控制子模块，用于控制完成平衡训练要求的难度。

实施例中，平衡训练难度控制子模块，包括单双脚模式选择：双脚站立模式、单左脚站立模式、单右脚站立模式；平衡训练权重定制：调整患者指定部位权重、调整上下肢的权重、调整单侧肢体的权重；姿态与平衡控制训练难度调整：调整单次训练时长、调整训练场景障碍及奖励的数量、种类、居中范围、单侧比重、调整训练运行速度上下限；重心控制能力训练难度调整：调整单次训练时长、调整固定目标出现居中范围、单侧比重、频率、种类、数量上限、调整移动目标出现间隔时长、移动速度、移动范围、有效时长、有效范围。

引导模块对动作的引导包括执行平衡训练动作引导、执行认知训练动作引导。

内容定义模块选择认知训练主题和姿势与重心控制训练项目时，匹配的情境流程和动作引导在训练时包括下述步骤：

(1)患者在虚拟训练场景中以驾驶平衡车的三维角色形式出现。其中，三维角色骨骼关节点与姿态检测模块检测到的患者骨骼关节空间相对位置一致，实时反映患者当前姿态；三维角色的平衡车尾灯亮起位置反映患者重心左右方向的偏移量，以重心位置变化量与患者姿态变化量的对应关系，作为当前患者姿态变化对重心位置影响的反馈。

(2)训练开始后，虚拟角色以设定的初始速度沿平直道路前行，路中出现障碍和奖励；其中，初始障碍奖励出现位置、频率、种类、数量、以及前进速度符合情景构造模块中平衡训练难度控制模块的设定。

(3)患者脚原地不动，移动重心驱动虚拟角色左右移动。

(4)平衡康复和认知康复体现在虚拟角色前行过程中躲避障碍物和触碰奖励，选择躲避还是触碰，训练患者认知能力，执行躲避和触碰动作训练患者平衡能力。其中，碰撞障碍会扣除分数，触碰奖励会增加分数，以障碍和奖励的出现频率、数量、种类、位置作为患者平衡控制训练动作幅度和反应的引导，以碰撞障碍和奖励出现的特效与分数作为患者平衡控制训练动作的反馈。

检测跟踪模块包括患者识别跟踪子模块，用于锁定目标患者，在受到遮挡和干扰时能持续跟踪目标；患者关节点数据采集子模块，用于采集患者的关节点空间坐标，发送至所述重心计算模块和动作识别模块，并用滤波算法消除抖动及去除置信度低的关节信息；患者动作识别子模块，用于识别和存储患者动作序列，并发送至所述动作反馈模块，反映重心位置与当前动作的对应关系。

，重心计算模块包括节段质心位置计算子模块、重心位置计算子模块。节段质心位置计算子模块，根据所述患者关节点空间坐标和人体各节段质心相对位置参数表，计算身体各节段质心位置；重心位置计算子模块根据所述节段质心位置和人体各节段重量分布参数表，计算加权重心空间坐标，并发送至所述动作反馈模块。

检测跟踪模块硬件可采用Kinect作为传感器，采集的数据经过计算机处理，大致分为五个步骤：

(1)Kinect传感器采集人体20个骨骼关节点空间坐标；

(2)每个姿态对应20个关节点空间坐标，并分为15个节段，包括头部、躯干上半部、躯干下半部、左右上臂、左右小臂、左右手、左右大腿、左右小腿、左右足部；

(3)根据人体各节段质心相对位置参数表计算15个节段质心位置；

(4)根据节段重量分布参数表计算出人体重心空间位置坐标；

(5)取人体重心空间坐标和支撑面中心坐标得到倾斜角度和倾斜方向向量。

动作反馈模块反馈的重心控制情况包括重心控制的准确度、反应速度、范围大小、重心的倾斜角度、重心位置与当前动作的相对关系、认知选择的正确性、准确性、及时性。

实施例2

如实施例1所述的一种平衡与认知康复相融合的训练***，该***再增加了包括分析评价模块，用于接收所述重心控制情况和认知训练得分情况，统计重心控制的范围、反应速度、范围、角度，以及认知训练的得分结果，结果以图表形式，呈现出来，并将总评结果显示在屏幕上，根据所述总评结果给出指导建议。

实施例3

如实施例2所述的一种平衡与认知康复相融合的训练***，该***还增加包括激励模块，用于根据所述总评结果，计算累计奖励分数，分数累计可以解锁被锁定的情境和认知主题。

上述实施方式旨在具体说明本发明可为本领域专业技术人员实现或使用，对上述实施方式进行修改对本领域专业技术人员来说将是显而易见的，故本发明包括但不限于上述实施方式，任何符合本权利要求书或说明书描述，符合与本文所公开的原理和新颖性、创新性特点的方法、工艺、产品，均落入本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种平衡康复与认知康复相融合的训练***，其特征在于，包括：

内容定义模块、情境构造模块、动作引导模块、检测跟踪模块、重心计算模块以及动作反馈模块；

内容定义模块，用于根据患者情况设定康复训练内容；

情景构造模块，用于构造与设定的康复训练内容相适应的且能有效消除患者训练过程枯燥感的训练情境；

动作引导模块，用于引导患者在训练情境中执行所需的动作；

检测跟踪模块，用于获取患者的动作数据，并在对数据进行预处理后；

重心计算模块，用于根据获取的患者动作数据，计算患者重心；

动作反馈模块，处理检测跟踪模块提供的动作数据和重心计算模块提供的重心控制数据，给出评价反馈。

2.如权利要求1所述平衡康复与认知康复相融合的训练***，其特征在于：所述内容定义模块设定的康复训练内容包括平衡训练内容和认知训练内容，所述平衡训练内容包括平衡反应训练、平衡范围训练、平衡稳定性训练和指定动作平衡训练；所述认知训练内容为与患者年龄病情匹配的认知训练。

3.如权利要求1所述平衡康复与认知康复相融合的训练***，其特征在于：所述情境构造模块包括匹配平衡训练内容的场景和匹配平衡训练内容的主题；所述匹配平衡训练内容的场景包括场景情境选择子模块，用于根据所述内容定义模块选择的康复训练内容，选择对应的场景；所述匹配平衡训练内容的主题包括认知主题选择子模块，用于根据所述场景情境选择子模块选择的情境，选择认知训练的主题；认知训练难度控制子模块，用于控制认知训练对应主题中的训练难度；平衡训练难度控制子模块，用于控制完成平衡训练要求的难度。

4.如权利要求1所述平衡康复与认知康复相融合的训练***，其特征在于：所述动作引导模块对动作的引导包括执行平衡训练动作引导和执行认知训练动作引导；

平衡训练动作引导，包括引导患者完成上下肢指定动作、引导患者重心移动到指定方向角度、引导患者重心保持在固定点指定时间、引导患者重心跟随移动目标指定时间；

认知训练动作引导，引导患者执行相应动作准确表达认知结果。

5.如权利要求1所述平衡康复与认知康复相融合的训练***，其特征在于：所述检测跟踪模块包括患者识别跟踪子模块，用于锁定目标患者，在受到遮挡和干扰时能持续跟踪目标；患者关节点数据采集子模块，用于采集患者的关节点空间坐标，发送至所述重心计算模块和动作识别模块，并用滤波算法消除抖动及去除置信度低的关节信息；患者动作识别子模块，用于识别和存储患者动作序列，并发送至所述动作反馈模块，反映重心位置与当前动作的对应关系。

6.如权利要求1所述平衡康复与认知康复相融合的训练***，其特征在于：所述重心计算模块包括节段质心位置计算子模块和重心位置计算子模块；节段质心位置计算子模块，根据所述患者关节点空间坐标和人体各节段质心相对位置参数表，计算身体各节段质心位置；重心位置计算子模块根据所述节段质心位置和人体各节段重量分布参数表，计算加权重心空间坐标，并发送至所述动作反馈模块。

7.如权利要求1所述平衡康复与认知康复相融合的训练***，其特征在于：所述动作反馈模块反馈重心控制情况包括重心控制的准确度、反应速度、范围大小、重心的倾斜角度、重心位置与当前动作的相对关系；反馈认知准确度情况包括认知选择的正确性、准确性、及时性。

8.如权利要求1所述的平衡与认知康复相融合的训练***，其特征在于：所述***还包括分析评价模块，用于接收所述重心控制情况和认知训练得分情况，统计重心控制的范围、反应速度、范围、角度，以及认知训练的得分结果，结果以图表形式，呈现出来，并将总评结果显示在屏幕上，根据所述总评结果给出指导建议。

9.如权利要求1所述的平衡与认知康复相融合的训练***，其特征在于：所述***还包括激励模块，用于根据所述总评结果，计算累计奖励分数，分数累计可以解锁被锁定的情境和认知主题。

10.一种平衡与认知康复相融合的训练方法，其特征在于：包括如下步骤：

第一步，患者由康复师引导进行个人账户的注册，在数据库中建立个人平衡训练医疗档案；

第二步，康复师通过内容定义模块，根据患者诊断，选择认知平衡训练内容和认知训练内容；

第三步，情景构造模块会自动匹配训练内容和难度等级的训练场景，形成定制的平衡训练游戏提供给患者进行训练；

第四步，患者在动作引导模块的引导下开始训练，检测跟踪模块开启，设备进入检测状态；重心计算模块在后台处理检测数据，并在数据库中实时记录重心信息；训练难度会从内容定义模块设定的初始难度开始，在训练中根据平衡控制情况和认知完成情况自动进行浮动调整；

第五步，训练结束，动作反馈模块处理好的训练结果，重心数据，训练成绩，连同记录在数据库中当次训练信息，以及历次训练的总成绩比较作为训练反馈，呈现给患者；训练记录完整保存到数据库，康复师可以在医生端进行查看。