[发明专利]基于肌电反馈与Kinect交互的虚拟康复系统及训练方法

说明书

本发明公开了基于肌电反馈与Kinect交互的虚拟康复系统及训练方法，所述系统包括数据采集部分和虚拟现实人机交互部分；所述数据采集部分包括肌电信号数据采集模块和Kinect肢体动作识别模块；所述虚拟现实人机交互部分包括康复训练方式选择模块和虚拟现实人机交互模块；所述系统的康复训练方式包括肌电反馈方式、Kinect交互方式和肌电+Kinect结合方式，从而可以满足患者不同关节康复训练的需求；所述肌电+Kinect结合方式为一种全新的康复训练方法，通过Kinect进行肢体动作识别，由肌电信号进行肌力大小评估，实现对虚拟康复训练场景难度系数的自适应调整，从而可以满足患者的个性化康复需求。

技术领域

本发明涉及一种应用于脑卒中恢复期患者的基于肌电反馈与Kinect交互的虚拟康复系统及训练方法，属于康复工程、虚拟现实技术等领域。

背景技术

世界卫生组织报道，脑卒中已成为世界范围内仅次于癌症和冠心病的第三大死亡原因，且呈持续上升趋势。据统计，脑卒中患者中有75％表现为不同程度肢体运动功能障碍，给家庭和社会造成沉重的负担。实践证明，积极主动的康复训练有助于患者恢复肢体运动功能并促进痊愈。

虚拟康复作为脑卒中康复领域的新技术，一定程度上可缓解传统康复治疗的枯燥乏味、费用昂贵、康复资源短缺等问题，增强康复训练的趣味性、建立患者自信心。然而，现有虚拟康复系统还存在训练模式单一、个体适应性差、脱离实际生活等问题，难以针对患者的康复状态进行适应性调整。

发明内容

本发明的目的是针对现有虚拟康复系统存在的问题，基于虚拟现实和人机交互技术，提供一种基于肌电反馈与Kinect交互的虚拟康复系统及训练方法，从而满足脑卒中恢复期患者的个性化康复需求。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种基于肌电反馈与Kinect交互的虚拟康复系统，包括数据采集部分和虚拟现实人机交互部分；

所述数据采集部分包括肌电信号数据采集模块和Kinect肢体动作识别模块；

所述肌电信号数据采集模块包括下位机和上位机系统：所述下位机包括肌电电极、肌电采集装置和无线传输模块；

所述肌电电极用于与人体直接接触采集肢体运动的肌电信号；

所述肌电采集装置用于接收和处理所述肌电电极所采集的肌电信号；所述肌电采集装置采用差分放大，能够有效控制共模抑制比和信噪比，获取更为准确反映肢体运动的肌电信号；所述肌电采集装置中的信号放大器用于将所接收的患者的肌电信号进行放大，抑制温度漂移和零点漂移并将放大后的肌电信号传输给所述无线传输模块；

所述无线传输模块用于将放大后的肌电信号通过无线传输方式传给上位机系统；所述无线传输模块是连接软件和硬件的枢纽，采用无线传输能够实现康复训练的便携性能；

所述上位机系统包括软件界面和PC端显示设备；所述软件界面基于C++编程语言，在Visual Studio 2013平台下利用MFC框架搭建而成，用于肌电信号显示、分析、存储，康复训练方式选择以及虚拟交互场景显示功能；

所述Kinect肢体动作识别模块利用Kinect体感设备的三维扫描技术，进行非接触式动作捕获，结合虚拟场景互动技术，进行靶向性的肢体动作训练；其中Kinect体感设备包括左、中、右三个镜头，中间镜头是RGB彩色摄像头；左侧镜头是红外线发射器，用于发射红外线；右侧镜头是红外线3D深度感应器，用于对动作的识别和实时追踪检测；

所述虚拟现实人机交互部分包括康复训练方式选择模块和虚拟场景交互模块；

所述康复训练方式选择模块依据上位机系统的操作指令，选择肌电反馈方式、Kinect交互方式和肌电+Kinect结合方式三种训练方式中的一种；操作指令是在上位机系统界面中进行输入；