CN110639193A - 一种基于vr的认知能力康复装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种康复设备技术领域，公开了一种基于VR的认知能力康复装置，利用VR技术生成虚拟场景，在虚拟场景下设置各种逻辑任务，患者根据任务指令，通过获取装置在虚拟场景中进行相应的操作，让患者在真实感较强的环境下，几乎不依靠医护人员来进行康复训练，同时存储患者的所有操作数据，作为医生评判患者康复情况的可靠支撑数据，这为非药物治疗提供新的更有效的治疗手段，同时也将减轻医院医护人员负担，有效降低家庭及社会负担，具有较为实际有效的医学临床实用价值和社会价值。

Description

一种基于VR的认知能力康复装置

技术领域

本发明涉及一种康复设备技术领域，尤其涉及一种基于VR的认知能力康复装置。

背景技术

据国家***最新数据，截至2018年，我国老年人口比例已严重超标。随着人口老龄化的加剧，老年痴呆的患病率高、疾病负担严重，已成为一个全球性的公共卫生问题，其社会成本几乎相当于癌症、心脏病和中风成本的总和。老年痴呆包括阿尔兹海默症(Alzheimer＇s Disease，AD)、血管性痴呆和混合型痴呆等类型。老年痴呆是导致老年人出现残疾并依赖他人的首要原因，给患者、照护者及家庭带来了巨大的医疗、心理和情感压力。作为AD患者的前期表现，轻度认知障碍(mild cognitive impairment,MCI)便成了相关科研和临床研究人员关注的重点。MCI的核心症状是记忆功能的减退，空间认知功能以及逻辑推理功能减退。目前两种传统的认知康复训练，一种是有医护人员全程陪同参与的实物认知康复训练，另一种是计算机辅助认知康复训练，但是它们都缺乏精细化、真实感、沉浸式的特定认知康复内容，同时没有科学的统计数据方案。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为了解决现有技术的上述问题，本发明提供一种基于VR的认知能力康复装置。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明实施例中提供一种基于VR的认知能力康复设备，包括：

获取装置，用于获取患者的操作指令；

可穿戴VR显示装置，包括：

显示屏，用于显示至少一种类型的虚拟场景，并在每一虚拟场景中显示对应的任务指令，所述虚拟场景包括用于认知能力训练的若干物品以及所述若干物品所处的场景；

虚拟场景主机，与所述显示屏和获取装置连接，所述虚拟场景主机包括控制器，以及与所述控制器连接的虚拟场景生成模块、任务设置模块和数据库；

所述虚拟场景生成模块用于生成所述至少一种类型的虚拟场景；所述控制器用于控制显示屏显示某一虚拟场景，并根据患者的操作指令，对虚拟场景中的物品执行相应的操作；所述任务设置模块用于设置任务指令，所述控制器还用于控制显示屏在虚拟场景中显示对应的任务指令，以便于患者根据虚拟场景中提示的任务指令进行相应的操作；所述数据库用于存储患者的操作数据，所述操作数据包括完成一任务指令所用的操作时间、操作总次数、操作正确次数、虚拟场景类型、操作难度。

可选的，所述获取装置为一手柄，所述认知能力康复设备还包括驱动装置，所述驱动装置与所述控制器和手柄连接，所述控制器还用于针对患者的某一操作阶段，控制驱动装置驱动手柄以预设的频率震动。

可选的，所述认知能力康复设备还包括音频装置，所述控制器与所述音频装置连接，用于针对患者的另一操作阶段，控制音频装置播放对应的音频。

可选的，所述虚拟主机还包括与所述任务设置模块和获取装置连接的判断模块，用于判断患者是否按照提示的任务指令完成相应的操作，所述判断模块还与所述控制器连接。

可选的，所述某一操作阶段包括患者是否正确根据提示的任务指令进行相应的操作，所述另一操作阶段包括患者根据提示的任务指令开始进行相应的操作或结束相应的操作。

可选的，所述手柄包括一按键，患者通过移动手柄、按下按键或松开按键来进行操作。

可选的，所述认知能力康复设备还包括座椅，所述座椅具有前置护栏，用于保护患者，防止患者从座椅上滑落，所述座椅上设置有第一容置结构和第二容置结构，第一容置结构用于放置手柄，第二容置结构用于放置可穿戴虚拟显示装置。

可选的，可穿戴VR显示装置为VIVE Pro专业版头显。

可选的，所述认知能力康复设备还包括与控制器连接的报警器和计时器，所述计时器用于计时患者的穿戴时间，所述控制器还用于当患者穿戴的时间达到预设的时间，控制所述报警器报警。

(三)有益效果

本发明的有益效果是：

本发明利用VR技术生成虚拟场景，在虚拟场景下设置各种逻辑任务，患者根据任务指令，通过获取装置在虚拟场景中进行相应的操作，让患者在真实感较强的环境下，让患者在真实感较强的环境下，几乎不依靠医护人员来进行康复训练，同时存储患者的所有操作数据，作为医生评判患者康复情况的可靠支撑数据，这为非药物治疗提供新的更有效的治疗手段，同时也将减轻医院医护人员负担，有效降低家庭及社会负担，具有较为实际有效的医学临床实用价值和社会价值。

附图说明

图1为本发明实施例中基于VR的认知能力康复设备的组成框图；

图2为本发明实施例中手柄的结构示意图；

图3为本发明实施例中虚拟家的布局平面图；

图4为本发明实施例中虚拟书房的效果图；

图5为本发明实施例中虚拟客厅的效果图；

图6为本发明实施例中虚拟厨房的效果图；

图7为本发明实施例中虚拟超市的局部效果图；

图8为本发明实施例中虚拟书房的交互效果图；

图9为本发明实施例中虚拟客厅的交互效果图；

图10为本发明实施例中虚拟厨房的交互效果图；

图11为本发明实施例中虚拟超市的局部交互效果图。

具体实施方式

为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。

如图1所示，本发明实施例中提供一种基于VR的认知能力康复设备，包括：

获取装置，用于获取患者的操作指令；

可穿戴VR显示装置，包括：

显示屏，用于显示至少一种类型的虚拟场景，并在每一虚拟场景中显示对应的任务指令，所述虚拟场景包括用于认知能力训练的若干物品以及所述若干物品所处的场景；

虚拟场景主机，与所述显示屏和获取装置连接，所述虚拟场景主机包括控制器，以及与所述控制器连接的虚拟场景生成模块、任务设置模块和数据库；

所述虚拟场景生成模块用于生成所述至少一种类型的虚拟场景；所述控制器用于控制显示屏显示某一虚拟场景，并根据患者的操作指令，对虚拟场景中的物品执行相应的操作；所述任务设置模块用于设置任务指令，所述控制器还用于控制显示屏在虚拟场景中显示对应的任务指令，以便于患者根据虚拟场景中提示的任务指令进行相应的操作；所述数据库用于存储患者的操作数据，所述操作数据包括完成一任务指令所用的操作时间、操作总次数、操作正确次数、虚拟场景类型、操作难度。

本发明利用VR技术生成虚拟场景，在虚拟场景下设置各种逻辑任务，患者根据任务指令，通过获取装置在虚拟场景中进行相应的操作，让患者在真实感较强的环境下，让患者在真实感较强的环境下，几乎不依靠医护人员来进行康复训练，同时存储患者的所有操作数据，作为医生评判患者康复情况的可靠支撑数据，这为非药物治疗提供新的更有效的治疗手段，同时也将减轻医院医护人员负担，有效降低家庭及社会负担，具有较为实际有效的医学临床实用价值和社会价值。

可穿戴VR显示装置可以为头戴式，也可以为眼镜式，在此不作限定。

虚拟场景的类型可以根据患者的生活方式来设定，通常包括家和超市两大类，家中又按照房间职能不同，分为三种：书房、客厅、厨房。例如：家中布局平面图可以如图3所示，家中的书房、客厅、厨房分别如图4、5、6所示，为了让患者体会到家的温馨，室内室外的设计从视觉切入，总体以明丽的暖色调为主，营造温馨的氛围。超市虚拟场景下，琳琅满目的商品给患者视觉上的冲击，勾起曾经的购物欲望，图7示意了超市场景的一部分。

每一虚拟场景可以根据患者的病情，设置不同难易程度的任务，以针对性得对患者进行认知训练。

如图2所示，本发明实施例中，所述获取装置为一手柄，患者通过手柄根据显示的任务指令执行相应地操作，因为手柄简单，操作容易，对于有认知障碍的患者来说更容易操作。

进一步地，设置所述手柄包括一按键1，患者通过移动手柄、按下按键或松开按键1来进行操作，操作简单，很容易掌握。

可以理解的是，所述获取装置还可以为键盘、触摸屏等其它设备。

由于患者是基于显示的任务指令来执行操作，因此，存在操作不正确的可能，为了提示患者其操作是否正确，设置所述虚拟主机还包括与所述任务设置模块和获取装置连接的判断模块，用于判断患者是否按照提示的任务指令完成相应的操作，所述判断模块还与所述控制器连接，以利于控制器可以及时提醒患者其操作是否正确。

在虚拟场景下，仅仅通过视觉反馈并不足以成功的传达人机已经建立连接的信息，在空间中能分散注意力的物体太多。视觉上的反馈的确占了很大一部分，但难以随时能让用户察觉，还可以通过触觉和听觉来辅助，提高患者的体验。

基于此，设置所述认知能力康复设备包括驱动装置，所述驱动装置与所述控制器和手柄连接，所述控制器还用于针对患者的某一操作阶段，控制驱动装置驱动手柄以预设的频率震动。

同样，还可以设置所述认知能力康复设备还包括音频装置，所述控制器与所述音频装置连接，用于针对患者的另一操作阶段，控制音频装置播放对应的音频。

作为一个具体的实施方式，可以设置所述某一操作阶段包括患者是否正确根据提示的任务指令进行相应的操作，例如：以震动的频率来区分不同的交互，当患者操作错误时，驱动手柄进行一下时长为0.5秒的震动，而当患者操作正确时，驱动手柄进行两下时长为0.5秒的震动，两次震动之间间隔为0.5秒。

所述另一操作阶段包括患者根据提示的任务指令开始进行相应的操作或结束相应的操作，开始操作和结束操作播放的音频可以相同，也可以不同。

上述具体实施方式以两种不同的操作阶段来具体说明如何用触觉和听觉来辅助，提高患者的体验。

当然，也可以结合视觉、触觉和听觉中的任意两个或三个来提示患者，例如：在进行场景中的物体选择操作时，手柄接触物体后，物体上方会出现文字提示，同时会伴随语音提示，提示用户是否确认选择该物体。在进行场景中的物体的摆放操作时，手柄接触物体后，物体上方会出现文字提示，同时会伴随语音提示，提示用户把待摆放物体放到合适的位置。在物体摆放正确时，同时给出语音、文字双提示，还会有手柄震动辅助反馈效果。

本发明实施例中，所述认知能力康复设备还包括座椅，所述座椅具有前置护栏，用于保护患者，防止患者从座椅上滑落，所述座椅上设置有第一容置结构和第二容置结构，第一容置结构用于放置手柄1，第二容置结构用于放置可穿戴虚拟显示装置。其中，第一容置结构可以设置在扶手上，第二容置结构可以设置在椅背上。手柄1可以通过固定结构2固定在扶手上，手柄1上设置有开关3，通过开关3可以实现与可穿戴VR显示装置的连接，或断开与可穿戴VR显示装置的连接。

对于可穿戴虚拟显示设备，虚拟现实眩晕症是用户在使用头部控制的虚拟现实***后产生的晕动病。在一个典型的虚拟环境中，用户经常需要在身体不动的情况下观察动态场景。这种情况下，用户经常产生强制性的自我运动感觉(称为运动错觉)，症状包括恶心，眼疲劳，晕眩等。

虚拟现实晕动症产生的两大主流的理论，即：感知冲突理论和姿态平衡理论。感知冲突是单纯由视觉***引起的眩晕感，主要是由于头显本身的刷新率、闪烁、陀螺仪等引起的高延迟问题导致的眩晕感。以延迟为例，当用户的头部在0.5秒(假设)内向右边旋转90度时，头显最终也会给用户呈现右转90度之后的画面。然而如果头显具有较高的延迟问题，画面的转换会花费1秒的时间(假设)，这个时间差(0.5秒)就是我们所说的高延迟，会使用户立即产生强烈的眩晕感。而最优质的头显将这一时间差控制在20毫秒之内，用户便不会因为延迟而产生眩晕。

为了解决上述技术问题，本发明实施例中的可穿戴VR显示装置可以为VIVE Pro专业版头显，具体可以为HTC VIVE Pro专业版头显，可以基本达到所需的双眼分辨率以及刷新率。

也可以设置所述认知能力康复设备还包括与控制器连接的报警器和计时器，所述计时器用于计时患者的穿戴时间(可以为3分钟)，所述控制器还用于当患者穿戴的时间达到预设的时间，控制所述报警器报警，提示患者和医护人员进行休息调整。

另外，本发明实施例中通过设置座椅，患者坐在座椅上，身体姿态固定，使得在虚拟场景中不需要设置患者需要自己移动或者通过其他方式移动方式的场景，这样保证患者的安全的同时，使其身体状态和视觉状态保持一致，不会出现真实中患者坐着，而虚拟现实中人在走的情况，这样带来的眩晕感十分强烈，对老年痴呆患者十分不利，让患者坐在安全座椅上完成任务，没有需要患者移动的场景。

本发明的认知能力康复设备的交互分为三个步骤：用户进入场景、执行任务和退出场景，具体为：

进入训练虚拟场景后，播放演示视频，患者可以通过按键选择跳过演示视频；

正式训练时，手柄接触到可以交互的物体时，物体轮廓会出现白色线框圈住，以区别普通物体；

在进行选择操作时，手柄接触物体后，物体上方会出现文字提示，同时会伴随语音提示，提示用户是否确认选择该物体，如果确认选择该物体只需要按住按键将物体拿起，***即认为选择完成；

在进行物体的摆放操作时，手柄接触物体后，物体上方会出现文字提示，同时会伴随语音提示，提示用户把待摆放物体放到合适的位置，按住按键将物体拿起，到达正确位置松开按键，判断物体是否摆放正确，同时给出语音、文字双提示，还会有手柄震动辅助反馈效果；

训练结束后，退出虚拟场景。

以书房、客厅、厨房、超市的虚拟场景为例，效果图分别如图8、9、10、11所示。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于VR的认知能力康复设备，其特征在于，包括：

获取装置，用于获取患者的操作指令；

可穿戴VR显示装置，包括：

显示屏，用于显示至少一种类型的虚拟场景，并在每一虚拟场景中显示对应的任务指令，所述虚拟场景包括用于认知能力训练的若干物品以及所述若干物品所处的场景；

虚拟场景主机，与所述显示屏和获取装置连接，所述虚拟场景主机包括控制器，以及与所述控制器连接的虚拟场景生成模块、任务设置模块和数据库；

所述虚拟场景生成模块用于生成所述至少一种类型的虚拟场景；所述控制器用于控制显示屏显示某一虚拟场景，并根据患者的操作指令，对虚拟场景中的物品执行相应的操作；所述任务设置模块用于设置任务指令，所述控制器还用于控制显示屏在虚拟场景中显示对应的任务指令，以便于患者根据虚拟场景中提示的任务指令进行相应的操作；所述数据库用于存储患者的操作数据，所述操作数据包括完成一任务指令所用的操作时间、操作总次数、操作正确次数、虚拟场景类型、操作难度。

2.如权利要求1所述的认知能力康复设备，其特征在于，所述获取装置为一手柄，所述认知能力康复设备还包括驱动装置，所述驱动装置与所述控制器和手柄连接，所述控制器还用于针对患者的某一操作阶段，控制驱动装置驱动手柄以预设的频率震动。

3.如权利要求2所述的认知能力康复设备，其特征在于，所述认知能力康复设备还包括音频装置，所述控制器与所述音频装置连接，用于针对患者的另一操作阶段，控制音频装置播放对应的音频。

4.如权利要求3所述的认知能力康复设备，其特征在于，所述虚拟主机还包括与所述任务设置模块和获取装置连接的判断模块，用于判断患者是否按照提示的任务指令完成相应的操作，所述判断模块还与所述控制器连接。

5.如权利要求4所述的认知能力康复设备，其特征在于，所述某一操作阶段包括患者是否正确根据提示的任务指令进行相应的操作，所述另一操作阶段包括患者根据提示的任务指令开始进行相应的操作或结束相应的操作。

6.如权利要求2所述的认知能力康复设备，其特征在于，所述手柄包括一按键，患者通过移动手柄、按下按键或松开按键来进行操作。

7.如权利要求2所述的认知能力康复设备，其特征在于，所述认知能力康复设备还包括座椅，所述座椅具有前置护栏，用于保护患者，防止患者从座椅上滑落，所述座椅上设置有第一容置结构和第二容置结构，第一容置结构用于放置手柄，第二容置结构用于放置可穿戴虚拟显示装置。

8.如权利要求1-7任一项所述的认知能力康复设备，其特征在于，可穿戴VR显示装置为VIVE Pro专业版头显。

9.如权利要求1-7任一项所述的认知能力康复设备，其特征在于，所述认知能力康复设备还包括与控制器连接的报警器和计时器，所述计时器用于计时患者的穿戴时间，所述控制器还用于当患者穿戴的时间达到预设的时间，控制所述报警器报警。

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