适于眩晕患者的裸眼3D眩晕训练系统及评测方法

本发明涉及眩晕患者的眩晕评测与康复训练领域，尤其是涉及适于眩晕患者的裸眼3d眩晕程度评测与训练系统。

背景技术：

前庭系统在人体姿势中起重要作用，可感知相对于重力的头部信息。人体通过前庭脊髓反射系统以维持直立姿势平衡，故患有前庭疾病的患者，抗眩晕能力有一定程度降低。良性阵发性位置性眩晕是最常见的外周前庭病变，有研究表明，此类患者除表现为特定头部运动时的眩晕感，还可伴有平衡功能降低，表现为站立或行走障碍、失平衡等症状。

目前，国内外对于专门用于眩晕患者的评测与康复训练的方式太过单一化，例如观察法和量表法。观察法主要是医生通过观察患者做相应动作时的身体反应，进而判断患者的眩晕程度；虽然观察法具有易于操作、实验流程简单等优点，但是评估结果容易受到医生的主观影响，因此仅可用于定性分析，无法深入剖析人体产生眩晕的原因。量表法提供了一套已经设计好的评估动作以及每个动作的评分标准，虽在一定程度上减少了医生对评测结果的主观影响，但是对于具有眩晕症状的人群分级细化评测却显得比较粗略。此外，国内外对于眩晕患者的眩晕康复训练，例如平衡木、平衡球等训练方式通常只面向单个受试者，不能进行多人同时训练，训练场景过于乏味，难以调动患者积极康复的心理，时间久了就会使患者产生抵触心理，使得训练效果适得其反。因此，急需设计一套操作简单、移动方便、患者沉浸感强且可根据以人体重心轨迹信息，作为特征信息分析人体眩晕程度的眩晕评测与训练系统。

技术实现要素：

本发明目的在于提供一种适于眩晕患者的裸眼3d眩晕训练系统，本发明另一目的是提供该系统的评测方法。使患者在进行眩晕评测以及康复训练过程中利用裸眼3d的效果，达到一种身临其境的感觉，并通过云服务器对眩晕患者的眩晕程度进行针对性评测。

为实现上述目的，本发明采取下述技术方案：

本发明所述适于眩晕患者的裸眼3d眩晕训练系统，包括测试数据采集单元、裸眼3d显示单元、上位计算机、云服务器；

所述测试数据采集单元，用于采集人体重心数据，并通过蓝牙模块将所述人体重心数据发送给所述上位计算机；

所述裸眼3d显示单元，用于接收上位计算机发送的预设虚拟现实场景，并将所述预设虚拟现实场景予以显示；

所述上位计算机，用于将接收的人体重心数据发送给所述云服务器，并将预设虚拟现实场景发送给裸眼3d显示单元；

所述云服务器，用于根据接收的人体重心数据计算出患者的足底压力轨迹，并根据医学视觉眩晕模拟量表中的眩晕程度评测方法，给出患者眩晕程度的评测结果并发送给上位计算机。

优选地，所述测试数据采集单元包括承载平台，围绕所述承载平台设置的护栏，均布支撑在承载平台下台面的多个压力传感器，每个所述压力传感器的模拟信号输出端分别通过压力变送器与单片机模拟信号输入端连接，所述单片机用于将输入的所述模拟信号进行解算成人体重心数据，并将所述人体重心数据经所述蓝牙模块发送给所述上位计算机。

进一步地，所述承载平台为矩形承载平台；所述压力传感器为四个，分别支撑在矩形承载平台的四个角位置处。

优选地，所述裸眼3d显示单元包括3d投影屏和投影仪组成；所述投影仪用于接收所述上位计算机发送的预设虚拟现实场景，并将所述预设虚拟现实场景投影在所述3d投影屏上显示。

本发明所述适于眩晕患者的裸眼3d眩晕训练系统的评测方法，所述云服务器根据所述上位计算机发来的人体重心数据，计算出患者的足底压力轨迹，根据所述医学视觉眩晕模拟量表中的眩晕程度评测标准，给出患者眩晕程度的评测结果并发送给上位计算机，通过所述投影仪将所述评测结果显示在所述3d投影屏上。

进一步地，测试者根据显示在所述3d投影屏上的评测结果，测试者选择匹配同等眩晕程度的患者，或符合测试者眩晕程度的场景进行单人或多人眩晕康复训练。

本发明优点在于引入裸眼3d显示与虚拟现实技术相结合，使得眩晕患者在进行眩晕评测与康复训练时的场景不再单一。并基于人机交互技术，极大的提高了患者进行康复训练的积极性与沉浸感，并引入云服务器技术，当人体重心数据发送到云服务器后，实现快速、准确地给出患者的评测结果，通过眩晕患者的评测结果自动匹配同等眩晕程度的患者，或符合患者眩晕程度的场景进行单人或多人眩晕康复训练。

附图说明

图1是本发明所述训练系统的结构示意图。

图2是本发明的训练、评测工作流程图。

具体实施方式

如图1所示，本发明所述适于眩晕患者的裸眼3d眩晕训练系统，包括测试数据采集单元1、裸眼3d显示单元2、上位计算机3、云服务器4。

测试数据采集单元1由四个压力传感器1.1、四个变送器、单片机、蓝牙模块、防摔护栏1.2和矩形承载平台1.3组成；四个压力传感器1.1分别支撑在矩形承载平台1.3的四个角位置处，当患者站立在矩形承载平台1.3上时，可以实时采集患者人体的重心数据，作为评测患者眩晕程度的参数，并通过蓝牙发送模块发送给上位计算机3。

裸眼3d显示由3d投影屏2.1和投影仪2.2组成；患者通过操纵投影仪2.2投射在3d投影屏2.1中虚拟场景中的物体进行移动；当训练结束后，上位计算机将患者人体重心数据发送到云服务器4后,经过云服务器4中的眩晕评测方法进行计算后，将评测结果返回给上位计算机3，并在3d投影屏2.1显示，然后通过评测结果进行自动匹配同等眩晕程度的患者、或符合患者眩晕程度的场景进行在线单人或多人康复训练。

如图2所示，本发明所述适于眩晕患者的裸眼3d眩晕训练系统的评测方法，评测时，先由医师在上位计算机3界面输入患者的基本信息，上位计算机3自动为患者建立个人档案，医师选择测评模式或训练模式，在训练结束后可选择再次训练或结束训练，在评测结束后可选择结束评测或根据评测结果基于云服务器选择对应的训练模式进行训练。

如图1所示，测试数据采集单元1的人体重心计算方法为：

四个压力传感器1.1分别放置于矩形承载平台1.3的四个角a、b、c、d位置，四个压力传感器1.1的中心相互距离为边长l(设定l为50cm)的矩形，以四个压力传感器1.1的中心位置为坐标原点，水平向右为x轴，水平向前为y轴，建立直角坐标系，当人体站立在矩形承载平台1.3上时，其压力中心坐标点为p,其具体计算方法如式1：

式1；

式中：分别为经过式1解算出来的人体重心坐标点的x轴和y轴数据，fa、fb、fc、fd分别为a、b、c、d四个位置的压力传感器所受到的力。

患者眩晕评测的实验方案如下：使用者自然站立在矩形承载平台1.3上，双眼平视前方3d投影屏2.1屏，在保持重心稳定的前提下，对于眩晕症状为自身有旋转或晃动感并向身体四周全方位眩晕倾斜的患者，患者则对应完成身体“画圆”动作；对于眩晕症状为朝着单个方向眩晕倾斜的患者，患者则完成“乘自动扶梯”场景任务。上位计算机将采集到的人体重心数据发送到云服务器，通过云服务器中评测分析得出评测结果。

人体眩晕评测采用人体足底压力重心轨迹特征的时域分析方法给出：

对于眩晕症状为自身有旋转或晃动感并向身体四周全方位眩晕倾斜的患者，采用轨迹面积方法；轨迹面积：是指人体做“画圆”动作时的人体足底压力重心轨迹与虚拟场景中的标准圆形图案围成的面积绝对值之和。越大的轨迹面积，通常代表着姿势摆动过大，眩晕程度越深；越小的轨迹面积，眩晕的程度越轻；具体计算方法如式2：

式2；

其中：为系统的采样时间，为cop坐标点；r为“画圆”虚拟场景中标准圆的半径。

对于眩晕症状为朝着单个方向眩晕倾斜的患者，采用总轨迹长度方法；总轨迹长度：是指人体在完成“乘自动扶梯”场景任务时，身体向单个方向倾斜时的人体压力重心总轨迹长度。总轨迹长度越长，通常代表着姿势摆动过大，眩晕程度越深，总轨迹长度越短，眩晕的程度越轻；具体计算方法如式3：

式3。

当医师选择训练模式时，有多个训练场景可供选择，根据患者的眩晕程度选择合适的训练场景；训练开始时，患者站立在矩形承载平台1.3上，眼睛平视3d投影屏2.1，如选择了划船竞赛游戏，使用者通过控制身体中心以此来驱动画面中船只的前后左右移动，并躲避实时出现的障碍物，若是在评测结果出来后进行训练的患者，还可通过云服务器4自动匹配同等眩晕程度的患者、或符合患者眩晕程度的场景进行多人在线对抗训练；在裸眼3d效果下，使患者沉浸感加强，极大的提高了患者进行康复训练的兴趣以及积极性。

当医师选择评测模式时，根据患者的眩晕症状打开测试场景，使测试场景投射在3d屏幕上；患者通过眼睛平视3d投影屏2.1，控制身体重心驱动屏幕上的物体完成“画圆”场景任务或是完成“乘坐自动扶梯”场景任务，上位计算机3自动保存患者的人体重心数据并上传到云服务器4，通过云服务器4中的眩晕程度分析方法，得出评测结果并返回到上位计算机3中，并在3d投影屏2.1上显示。

医学视觉眩晕模拟量表：

用于快速评估视觉性眩晕的严重程度，以及对不稳定的感受和行走时的震动幻视等。其应用范围主要集中在因深感觉障碍和视神经传导受损导致的视觉性眩晕，采用9种模拟场景视觉诱发眩晕：

1、在超市中行走；2、乘坐小汽车；3、在荧光灯下；4、在十字路口；5.在购物中心；6、乘坐自动扶梯；7、在电影院、影剧院；8、在有图案的地板上；9、看电视。

通过在一条十厘米长的线上画垂直线来模拟经历每种场景时的眩晕程度：

0-代表没有头晕；10-代表最严重头晕；两个项目在0分以上定义为阳性。

视觉眩晕模拟量表得分=（总分/回答的项目个数）×10；0分提示没有视觉性眩晕，90-100分提示存在严重视觉性眩晕。