[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

摘要

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。

主权项

1.一种基于肌电反馈与Kinect交互的虚拟康复系统，其特征在于：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；所述肌电反馈方式是通过对患者肢体表面肌电信号进行采集、处理和特征提取，实现动作模式识别；通过人机接口实现对虚拟场景的参数控制，从而进行腕关节康复训练；所述Kinect交互方式是通过Kinect识别患者上肢或下肢的肢体动作，来实现与虚拟场景的交互，进而完成对虚拟场景的控制，从而实现患者上肢或下肢的康复训练；所述肌电+Kinect结合方式是通过Kinect进行肢体动作识别，由肌电信号进行肌力大小评估，进而实现对虚拟康复训练场景难度系数的自适应调整，满足患者的个性化康复训练需求；所述虚拟交互场景模块利用Unity3D游戏开发引擎，通过C#编程创建一种完全虚拟的环境，在此基础上为患者设计贴近生活场景、基于任务诱导的一站式模块化虚拟康复训练场景，康复医师为患者选择相应的康复训练方式进行人机交互训练，从而达到康复的效果。