[发明专利]一种基于Microsoft Kinect的脑卒中患者上肢运动功能训练方法

说明书

本发明利用Microsoft Kinect 2.0的骨骼追踪技术和深度图像数据，结合卒中患者上肢运动功能障碍特点，提供了一种即使康复医生和治疗师缺席的情况下，也能进行科学、有效、精准的康复训练方法。具体流程包括：1）初始定义：建立人体空间坐标系，调用关节点参数定义，进行初始化、设置基本姿势条件算法；2）动作执行：患者在屏幕文字、图像及声音指导下执行训练动作；3）数据采集：利用Kinect摄像头获取人体关节点的三维坐标信息；4）数据分析：通过算法将训练动作分解，对关节点坐标进行分析，判断动作执行情况；5）实时反馈：将动作执行情况通过屏幕进行实时反馈，并进行提示；6）结果评价：对康复训练中各动作完成情况进行分析，记录成绩。

技术领域

本发明涉及人机交互技术和康复训练技术领域，具体涉及一种基于MicrosoftKinect 2.0的脑卒中患者上肢运动功能训练方法。

背景技术

我国脑卒中的发病率、患病率逐年上升，发病年龄呈下降趋势。同时伴随着医学的发展进步，脑卒中患者的死亡率逐步下降，造成残疾的比率和残疾的人数不断增加。减轻患者的功能障碍，帮助患者重新回归到家庭和社会需要康复治疗的介入。在一些经济发展相对落后的地区，康复专业人员的数量远不足以服务当地的残疾人，脑卒中患者常不能得到与其所处恢复阶段相匹配的专业康复治疗训练，这往往导致脑卒中患者的患侧肢体功能在恢复期内不能得到显著的改善。长期的卧床和制动产生的废用综合征带来的关节挛缩、骨质疏松、肌肉萎缩、肌力及耐力的下降等一系列问题将加重偏瘫患者的功能障碍。病后治疗或自主活动方法不当产生的误用、过用综合征，会导致患者肌肉及韧带的损伤、骨折、异位骨化、肩痛等问题，并可能加重患者的异常痉挛模式。

现有的上肢康复训练系统种类繁多，多数训练系统需要在患者身上佩戴传感器或由机械臂引导患者完成训练动作，外在设备对身体感觉刺激的输入会导致患者难以获得身在其中的真实感受，训练过程中难以集中注意力、体验感较差。市场上部分训练系统将训练动作局限于二维平面，与日常生活活动相关的三维空间动作无法进行。同时现今应用的康复训练系统多价格昂贵，在基层康复医疗机构难以得到普及。

Microsoft Kinect是一种体感设备，利用骨骼跟踪技术和基于环境的深度图像数据来实现对人体的跟踪，主要用于捕捉三维空间中患者的运动，获取患者执行训练动作过程中人体关节点的三维坐标信息。同时利用Kinect从深度图像中识别出人体骨骼并构造虚拟人体，主要用于给予患者训练动作执行情况的视觉反馈。

发明内容

针对背景技术中现有上肢康复训练系统的不足，提出一种基于Microsoft Kinect2.0，与脑卒中患者的上肢运动功能障碍分期相匹配的三维空间中偏瘫患者上肢运动功能训练方法。该训练方法为非接触式，无需患者佩戴任何传感器或借助机械臂，并且可供非专业人士在康复医生及治疗师缺席的情况下，根据系统指示对脑卒中患者进行康复训练。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种基于Microsoft Kinect 2.0的脑卒中患者上肢运动功能训练方法，包括以下步骤：

1）初始定义：建立人体空间坐标系，调用训练动作相关的关节点参数定义，并初始化各参数值、设置基本姿势的条件算法；

2）动作执行：偏瘫患者在屏幕中文字、图像及声音的指导下执行训练动作；

3）数据采集：利用安装在治疗室的Kinect摄像头获取患者人体关节点的三维坐标信息；

4）数据分析：通过动作算法将训练动作分解，对获取到的关节点坐标按流程进行计算分析，判断患者训练动作执行的充分程度；

5）实时反馈：利用Kinect构造虚拟人体，将患者训练动作的执行情况通过屏幕图像进行实时反馈，并对动作完成的不充分之处给予提示；

6）结果评价：对康复训练过程中各项动作的完成程度进行统计分析，量化整体的训练成绩。