一种基于运动想象与增强现实的康复训练方法与流程

本发明涉及一种基于运动想象与增强现实的康复训练方法，属于康复工程、脑机接口、增强现实技术及神经控制等领域。

背景技术

据世界卫生组织报道，在世界范围内脑卒中已成为仅次于癌症和冠心病的死亡原因。近几年，随着我国社会老龄化程度的不断加剧，由于脑卒中引起的运动功能障碍患者数量正持续增加，给家庭及社会带来了沉重的负担。

传统的临床康复训练效率低下，尤其针对脑卒中软瘫期患者，康复过程乏味，患者参与主动性差，使得康复周期延长。

伴随现代中枢神经康复机理的深入探讨与研究，脑机接口技术不断被应用于人体的康复训练。通过脑电信号辨识患者的运动意图，并作为参考控制康复场景已成为研究热点之一。

目前将增强现实技术应用到康复领域己经成为国内外研究的前沿和热点。国内外研究人员利用增强现实、生物信号处理及控制等技术在运动功能康复方面开展了大量研究，然而很少有研究将运动想象与增强现实技术相结合应用于脑卒中软瘫期患者的康复训练。

技术实现要素：

本发明旨在为脑卒中软瘫期患者提供一种基于运动想象与增强现实的康复训练方法，通过运动想象模式进行康复训练，基于增强现实技术，使患者在康复训练过程中能够保持较高的积极主动性，进而达到对脑功能重塑的效果。

针对脑卒中软瘫期患者肢体运动能力十分微弱的特征，设计基于运动想象的康复训练模式，即对患者的脑电信号进行采集、处理和分析，基于运动想象，通过离线训练和在线控制，来实现对康复场景的控制，从而达到脑功能重塑的效果，进而有利于患者的康复。

为了解决上述存在的技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种基于运动想象与增强现实的康复训练方法，其内容包括如下步骤：

步骤一：当患者首次选择运动想象控制模式时，需要首先对患者进行离线训练；协助患者配戴好脑电帽，让患者正视屏幕，屏幕上出现小球以及圆环，提示患者集中精神，准备进入训练；

步骤二：点击“开始训练”按钮，训练开始，在屏幕上围绕小球的圆环开始收缩，直至与小球大小相等，圆环消失，小球会随机的向左或向右移动，直至碰触居左或居右的双环，并与其重合，一次训练结束，在小球移动之前会有箭头提示；整个训练过程小球共计30次运动，左右各随机15次；在训练过程中，首先通过患者配戴的脑电帽采集患者运动感觉区的脑电信号；其中脑电帽的c3和c4通道位置包含了想象对侧手运动时最为丰富的信息，即手的运动感觉区，因此通过脑电帽的c3和c4通道来采集患者的脑电信号；当训练结束后，对采集到的脑电信号进行预处理去除干扰信号，通过共同空间模式算法及互相关函数提取运动想象脑电信号的特征，并将这两个特征进行融合后送入支持向量机建立分类识别模型；

步骤三：完成建立分类识别模型后，对患者进行在线控制康复训练；让患者进行左右手抓握想象，基于多模态交互的虚拟康复系统将根据离线训练建立的识别分类模型来对患者的脑电信号进行分类识别，判断其运动意图，进而控制康复场景中虚拟物体的左右运动，从而完成康复训练；

步骤四：针对脑卒中软瘫期患者运动能力十分微弱的特征，通过运动想象模式，对患者进行人机交互训练；利用kinect扫描技术来获取患者所处的真实场景，即利用kinect扫描一个真实的空间环境，使患者可以在显示屏幕中看到自己所处环境；通过增强现实技术，将虚拟物体添加到由kinect扫描的真实空间环境中，达到对真实场景增强的效果，进而为患者设计成有趣且实用的康复训练场景；将运动想象与增强现实技术相结合，针对脑卒中软瘫期患者在康复过程中缺乏主动性的问题，通过运动想象模式，进行人机交互训练；在训练过程中反复进行目的性主动运动，有效地唤醒有残余功能的神经元参加活动，且在康复训练过程中，加入增强现实技术，使患者看到自己所处的环境，增加康复训练的真实感，为患者提供包括视觉和听觉的多种反馈，激发和维持患者重复练习的动机，将心理治疗贯穿康复治疗的始终；使患者在増强现实环境中进行康复训练，并将学习得到的运动技能迁移到真实环境中，从而达到更理想的康复效果。

与已有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明提供了一种基于运动想象与增强现实的康复训练方法，将运动想象与增强现实技术相结合，针对脑卒中软瘫期患者运动能力十分微弱的特征，为其提供基于运动想象的康复训练模式；利用kinect扫描技术来获取真实场景，通过增强现实技术，将虚拟物体添加到真实场景中，达到对现实增强的效果，患者可以通过运动想象模式实现对真实场景中虚拟物体的控制，完成相应的任务，这大大提高了患者康复训练的积极性，从而能够达到脑功能重塑的效果，进而有利于患者的康复。

附图说明

图1为本发明提出的一种基于运动想象与增强现实的康复训练方法的整体流程结构示意图；

图2为脑电帽采集脑电信号的部位示意图；

图3为运动想象离线训练示意图；

图4为基于kinect的增强现实原理框图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式和附图对本发明基于运动想象和增强现实的康复训练方法作进一步的详细说明：

如图1所示，本发明所述的一种基于运动想象与增强现实的康复训练方法包括运动想象分类识别部分和人机交互部分，即针对脑卒中软瘫期患者肢体运动能力十分微弱的特征，为其设计基于运动想象的康复训练模式，即对患者的脑电信号进行采集、处理和分析，其脑电帽采集部位如图2所示，脑电帽中c3和c4通到所对应人体大脑的位置包含了想象对侧手运动时最为丰富的信息，即手的运动感觉区，因此主要采集患者c3、c4通道的脑电信号，然后基于运动想象，通过离线训练和在线控制，实现对真实场景中虚拟物体的控制，从而达到脑功能重塑的效果，进而有利于患者的康复。所述方法具体实施步骤如下：

步骤一：当患者首次选择运动想象控制模式时，需要首先对患者进行离线训练，运动想象离线示意图如图3所示；协助患者配戴好脑电帽，让患者正视屏幕，屏幕上出现小球以及圆环，提示患者集中精神，准备进入训练；步骤二：点击“开始训练”按钮，训练开始，在屏幕上围绕小球的圆环开始收缩，直至与小球大小相等，圆环消失，小球会随机的向左或向右移动，直至碰触居左或居右的双环，并与其重合，一次训练结束，在小球移动之前会有箭头提示；整个训练过程小球共计30次运动，左右各随机15次；在训练过程中，首先通过患者配戴的脑电帽采集患者运动感觉去的脑电信号；如图2所示，其中脑电帽的c3和c4通道位置包含了想象对侧手运动时最为丰富的信息，即手的运动感觉区，因此通过脑电帽的c3和c4通道来采集患者的脑电信号；当训练结束后，对采集到的脑电信号进行预处理去除干扰信号，通过共同空间模式算法及互相关函数提取运动想象脑电信号的特征，并将这两个特征进行融合后送入支持向量机建立分类识别模型；

步骤三：完成建立分类识别模型后，对患者进行在线控制康复训练；让患者进行左右手抓握想象，基于多模态交互的虚拟康复系统将根据离线训练建立的识别分类模型来对患者的脑电信号进行分类识别，判断其运动意图，进而控制康复场景中虚拟物体的左右运动，从而完成康复训练；

步骤四：针对脑卒中软瘫期患者运动能力十分微弱的特征，通过运动想象模式，对患者进行人机交互训练；其中增强现实人机交互部分原理框图如图4所示，利用kinect扫描技术来获取患者所处的真实场景，即利用kinect扫描一个真实的空间环境，使患者可以在显示屏幕中看到自己所处的环境；通过增强现实技术，将虚拟物体添加到由kinect扫描的真实空间环境中，达到对真实场景增强的效果，进而为患者设计成有趣且实用的康复训练场景；将运动想象与增强现实技术相结合，针对脑卒中软瘫期患者在康复过程中缺乏主动性的问题，通过运动想象模式，进行人机交互训练，在训练过程中反复进行目的性主动运动，有效地唤醒有残余功能的神经元参加活动，且在康复训练过程中，加入增强现实技术，使患者看到自己所处的环境，增加康复训练的真实感，为患者提供包括视觉和听觉的多种反馈，激发和维持患者重复练习的动机，将心理治疗贯穿康复治疗的始终；使患者在増强现实环境中进行康复训练，并将学习得到的运动技能迁移到真实环境中，从而达到更理想的康复效果。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和方法进行了进一步详细说明，应该理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，在不背离本发明的精神和原则的前提下，能够进行各种改变。