一种基于增强现实技术的帕金森症姿态步态康复训练方法与流程

本发明涉及的是一种康复训练方法，具体涉及一种基于增强现实技术的帕金森症姿态步态康复训练方法。

背景技术：

人体的下肢运动功能受损后一般需要漫长的康复治疗。传统的人体运动功能康复治疗大多在治疗师的指导下，辅助一定的器械进行康复，对人力、物力的耗费较大。训练内容多为机械性重复动作，患者缺乏与康复训练系统的有效互动，长时间训练会让患者产生厌烦情绪，极大地影响了康复的效果。

增强现实（augmentedreality，简称ar）是一种新兴技术，它是一种将真实世界信息和虚拟世界信息“无缝”集成的新技术，是把原本在现实世界的一定时间空间范围内很难体验到的实体信息，通过电脑等科学技术，模拟仿真后再叠加，将虚拟的信息应用到真实世界，被人类感官所感知，从而达到超越现实的感官体验。真实的环境和虚拟的物体实时地叠加到了同一个画面或空间同时存在。将增强现实技术应用于康复医疗领域，摆脱了传统康复医疗方法的束缚。在增强现实康复训练系统中用户既可以接触到虚拟世界提供的多种形式信息反馈又可以与现实物体进行自然交互，因此增强现实康复训练具有虚拟康复训练和现实康复训练训练的双重优点。

目前针对帕金斯症患者的姿态步态康复，除药物治疗外，一般采取机械康复的方法。

cn201210391492-利用增强现实技术的上肢康复训练系统该专利中提高的方法，是用于上肢的康复。

cn201610953145-一种基于视觉采集设备的下肢步态康复评估系统该专利的方法是用来评估下肢的康复效果。

总之，目前针对帕金斯等疾病导致的下肢姿态步态的增强现实康复训练方法是一块空白。

综上所述，本发明基于增强现实眼镜，设计一个融合虚拟和现实的动画场景，用于帕金森病姿态步态康复训练。

技术实现要素：

针对现有技术上存在的不足，本发明目的是在于提供一种基于增强现实技术的帕金森症姿态步态康复训练方法，操作非常简单，病人配戴眼镜，就可以进行康复训练。病人的成本可以大大降低。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：一种基于增强现实技术的帕金森症姿态步态康复训练方法，包括以下步骤：1、佩戴增强现实眼镜开始康复训练；2、系统初始化；3、传感器实时获取运动数据；4、康复算法分析；5、康复场景调整。

作为优选，所述的步骤4的康复算法包括姿态方向算法和步速算法。

作为优选，所述的姿态方向算法流程为：训练者沿着增强现实场景行走，如果姿态正常，方向平直，视野中的道路会一直延伸到远方；如果训练者姿态或者方向发生变化，增强现实场景视野中的道路会按照一定的修订系数向相反方向变化，引导训练者回到正确的姿态和方向。

传感器位置数据和康复动画场景坐标位置关系如下：

传感器的初始位置坐标[x,y,z,1]，实时坐标[x,y,z,1],r为旋转变换矩阵,坐标变化关系为[x,y,z,1]=[x,y,z,1].r；r为4阶矩阵,可以为下列三种变换矩阵的一种，也可以为三种变换矩阵的组合。

缩放；旋转；平移

康复动画场景初始坐标为h0，实时坐标为h；

康复训练中，h=λr^-1h0，其中λ为修正系数

作为优选，所述的步速算法流程为：康复训练初始化前，训练者自定义一个速度v0，训练者的真实速度v通过传感器获得；训练者在训练中，增强现实动画在虚拟坐标系中以ηv的速度往后移动，真实再现真实视野的变化,刺激训练者按照目标速度行走。其中η是一个经验参数，根据姿态和方向的稳定性确定，范围为[1.0,1.23]之间。参数κ=v/v0*100%可评判康复训练者目标完成度的一个评分。

本发明的有益效果：操作非常简单，室内或室外准备一块空地，病人配戴眼镜，就可以进行康复训练。病人的成本可以大大降低。另外，经过实验验证，本方法和系统对于帕金森综合征患者的康复效果明显。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式来详细说明本发明；

图1为本发明的算法流程图；

图2为本发明的康复训练流程图。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

实施例1：参照图1-图2，一种基于增强现实技术的帕金森症姿态步态康复训练方法，其采用的硬件为市场上常见的增强现实眼镜。包括以下步骤：设计一套虚拟的场景，分为室内场景和室外场景。室内场景用于在室内的康复训练，室外场景用于在室外的康复训练。场景包括虚拟空间和道路（分为黑白条纹道路、黑白棋盘格道路和灰色道路）。康复训练者佩戴增强现实眼镜，眼睛内置的传感器会检测训练者的姿态和速度，如果训练者的姿态和步行方向发生偏转，虚拟视野中的道路在视野中的位置也会发生变化，引导训练者纠正姿态和方向，同时语音也会辅助提醒训练者纠正姿态和方向。

本实施例的姿态方向算法，训练者沿着增强现实场景行走，如果姿态正常，方向平直，视野中的道路会一直延伸到远方；如果训练者姿态或者方向发生变化，增强现实场景视野中的道路会按照一定的修订系数向相反方向变化，引导训练者回到正确的姿态和方向。

传感器位置数据和康复动画场景坐标位置关系如下：

传感器的初始位置坐标[x,y,z,1]，实时坐标[x,y,z,1],r为旋转变换矩阵,坐标变化关系为[x,y,z,1]=[x,y,z,1].r；r为4阶矩阵,可以为下列三种变换矩阵的一种，也可以为三种变换矩阵的组合。

缩放；旋转;平移

康复动画场景初始坐标为h0，实时坐标为h；

康复训练中，h=λr^-1h0，其中λ为修正系数。

本实施例的步速算法，康复训练初始化前，训练者可以自定义一个速度v0，训练者的真实速度v通过传感器获得。训练者在训练中，增强现实动画在虚拟坐标系中以ηv的速度往后移动，真实再现真实视野的变化,刺激训练者按照目标速度行走。其中η是一个经验参数，根据姿态和方向的稳定性确定，范围为[1.0,1.23]之间。参数κ=v/v0*100%可评判康复训练者目标完成度的一个评分。

具体的算法流程如图1，康复训练流程如图2。

本发明实施例已经过实验，康复效果良好。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。