临床效果的虚拟现实技术在运动损伤的康复训练

文摘

为了使大多数病人恢复大部分的肢体功能康复训练后,虚拟现实技术是一种新兴的人机交互技术,它使用计算机和相应的应用软件来构建虚拟现实环境。完成训练任务的虚拟环境吸引病人在游戏中进行重复培训和基于任务的训练模式,逐步实现康复训练的目标。康复的人口与一定的锻炼能力,人类上肢主要的运动学分析和虚拟现实系统基于HTC万岁。的可行性和上肢康复训练系统的工作效率被实验验证。健康成人志愿者,需要康复训练他们招募了参加实验,实验数据和记录。虚拟现实上肢康复系统是一个问卷调查。通过提取出运动数据,系统的应用效果进行了分析和评估仿真图。后续的康复训练的结果表明,健康受试者的平均分数超过4分和3.8分的问题。因此,它是可行的执行上肢康复训练使用HTC万岁虚拟现实康复系统。

1。介绍

偏瘫病人参与实际的康复训练可以逐渐恢复影响肢体的功能。有效的康复训练需要患者积极参与康复训练故意重复和很长时间了。中风康复需要很长时间,需要高强度训练,这需要一个长期的恢复过程中风后(1]。然而,传统的康复训练是挑战提供高级康复训练服务对偏瘫患者由于技术水平的差异治疗师。长期重复同样乏味的运动可以减少病人的动机参与康复训练(2]。然而,根据神经康复理论,病人的自主参与培训有利于神经功能的恢复康复训练的过程。因此,运动康复训练需要精心设计,和患者需要积极参与康复训练了很长一段时间,完成康复训练任务。

虚拟现实技术创建了一个虚拟环境通过高配置电脑,相关设备,以及专门的应用软件,让人们沉浸在虚拟环境中。虚拟现实技术允许用户实现高水平的存在(3]。通过将虚拟现实技术应用到康复训练,可以建立一个面向任务的康复训练系统。在此系统中,病人可以在虚拟的日常场景进行模拟培训,提高主动参与培训。因此,随着计算机硬件技术的发展,虚拟现实技术已被引入到上肢康复训练系统和国内外研究。

在康复训练的重复一个动作决定了康复训练的迟钝和不清楚的目标。通过计算机的高速计算能力,虚拟现实技术将计算机生成的图像观察者,创造一个身临其境的感觉(4,5]。然后,观察者通过特定的虚拟现实与虚拟现实场景交互设备,和沉浸感再次加强。虚拟现实技术的引入为康复训练可以使病人积极参与康复训练。通过游戏任务,患者可以完全康复训练而完成任务(3,6]。

面向任务的虚拟现实康复训练系统的设计和开发虚拟现实设备HTC万岁。当病人穿康复锻炼的设备,它可以与虚拟环境交互提高康复训练的效率和利益。

虚拟现实(VR)技术是一个潜在的认知过程评估和康复的工具。虚拟现实技术的应用研究康复训练不断发展。黄等人探讨了影响符合(RA)的虚拟现实(VR)干预运动机能(MF)和神经功能(NF)的患者中风(CS) (7]。蒙托亚等人提出了身临其境的虚拟reality-assisted康复技术的应用在步态康复的中风患者,并与传统的康复方法(8]。黄等人讨论虚拟以现实为基础的上肢康复训练的影响上肢功能,肌肉活动,日常生活活动,和中风患者的生活质量7]。阿巴斯等人讨论的影响分级运动康复和认知功能训练支持的虚拟现实(VR)技术在瑞士法郎复杂患者认知障碍的疗效[9]。Soufi艾哈迈迪等人讨论了虚拟现实技术的应用在平衡功能康复训练教学,提供参考和建议使用虚拟现实技术平衡功能康复训练教学(10]。Farshad等人评估的影响,虚拟现实(VR)培训的日常参与不同类型的患者通过一个荟萃分析(11]。月亮和全物理和认知训练的影响评估基于虚拟现实的执行功能和双重任务步态老年人MCI患者和物理和认知训练相比,基于虚拟现实与传统结合物理和认知训练12]。Boroumand等人观察到虚拟现实技术的影响平衡训练和常规平衡训练对中风偏瘫患者平衡功能和执行所有病人的康复护理和康复训练(13]。Gokeler等人的影响,讨论虚拟现实训练(VRT)和等速运动训练(ik()在慢性腰痛患者的临床和激素性能(14]。

HTC万岁,虚拟现实设备,设计和开发了一个虚拟现实康复训练系统。人体上肢运动进行了分析,设计了一种基于HTC万岁的虚拟现实系统和发展,最后,进行了实验验证。通过反复的康复训练、上肢康复训练的目的是实现。

2。研究方法

2.1。系统架构的虚拟现实设备

HTC万岁设备穿的端到端显示(HMD),一个手持控制器,和一个定位器。康复训练用户穿着显示和一个手持控制器与虚拟现实世界中的对象进行交互。定位器捕获手持控制器的位置和旋转信息和数据传递给计算机。康复训练系统软件进行处理后,头戴显示设备上显示的图像,返回给用户15]。

的主题,根据人类上肢的活动规则和HTC万岁交互模式的特点,三个代表运动的手移动到指定位置点在桌面上,手触摸肩膀上方的位置点,拿着一个杯子喝水被提取。这些运动都很接近生活中的运动。在场景的设计,虚拟空间被选为现场让病人参与康复训练进行康复训练在“舒适”的虚拟环境中,因此宽松政策参与者的情绪和对康复训练提高他们的热情。

参加培训时,患者康复训练控制他们的手在虚拟世界进行人机交互。有两种主要的人机交互方式:触摸和抓住。如图,当机械手掌握喝杯完成的水行动,它触发接触和把握的两个动作。首先,触摸身体的水杯子前面操作的起始位置,然后使用触发按钮的手持控制器来控制手抓水杯子在虚拟世界中。然后,发送完成喝杯的水嘴行动16,17]。在整个实验过程中,虚拟手完成所有人机交互对象在虚拟世界中。因此,在操作映射的位置坐标虚拟手应该获得判断当时执行的操作满足培训需求通过其运动轨迹。

2.2。虚拟现实训练场景设计

在虚拟世界中,对象需要由各种形状的模型,如:山,水,人,和动物。这些对象需要由建模。常见的建模方法是通过建模软件。简单的图解模型可以使用虚拟现实引擎的基本形状建模。虚拟现实场景的成功取决于用户体验虚拟现实场景是沉浸在现场,现场是否带来了强烈的沉浸给用户。它关注的光影效果,模型的模拟效果,场景中的物体的物理约束。康复训练环境设定的这个项目是家庭的客厅,所以需要建模技术用于建模(18]。虚幻引擎4是用于呈现真实的光影效果、碰撞和重力等物理特性场景中的对象。

2.3。实验步骤

(1)调试HTC万岁康复训练系统正常工作状态,包括系统启动,HTC万岁手术室设置,康复训练应用软件系统的启动和调试。(2)坐在椅子上,和实验表位于前面的话题。(3)调整椅子的高度和位置根据实验者的高度和优势手(默认使用右手)。首先,确保受试者的上肢运动实验期间在舒适的范围内。其次,在调整过程中,肩关节的高度可以调整,以使受试者的姿势和运动更舒适的坐着,让运动姿势更标准化。(4)参加试验的志愿者将控制器,并将其保持在身体的前面点一个25厘米。(5)完整的训练动作1,2,3根据主题的能力。

3所示。结果的分析和讨论

3.1。上肢康复训练的运动和轨迹

这个实验提取三个康复训练动作,包括肩关节的内部和外部旋转和肘关节的屈伸。运动训练计划的1是手腕的运动从A点到B点开始,C和D,如图1。图2显示了一个典型的记录操作测量。

如图2当手移动到指定的位置点在桌上,手第一电梯操作的起点,然后移动到目标位置点一个抛物线的形状。当遇到一个障碍在移动过程中,一个断点出现在运动轨迹。

行动的培训项目2是手腕的运动从起点到同侧的肩膀,然后从身体的同侧的肩膀到目标点相反的肩膀,如图3。图42显示了一个典型记录以行动。

如图4,当手触摸肩膀上方的位置点,手主要是垂直向上运动。

行动的培训项目3是掌握水的杯子在虚拟世界的手腕从起点到D水杯子,然后立即送到嘴里,如图5。图6显示了一个模范行动的三个测量记录。

如图6,当一个手持酒杯,手主要垂直移动,在身体的前面。稀疏的跟踪点反映当时手的速度(采样间隔10 ms,和速度很慢当手解除)。

这个话题介绍了康复训练系统在虚拟环境。由于宏达万岁的准确跟踪,实验结果表明,它是可行的HTC万岁引入上肢康复,康复训练,这就增加了兴趣,适合家庭康复难度和成本较低。

未来的工作将集中在运动水平和设计运动项目不同的人有不同的锻炼强度。到目前为止,每个动作只有一个强度。通过设置不同强度训练,它预计将满足不同群体的需要。此外,更方便交互模型应该被设计成具有上肢外骨骼康复机器人的促进患者康复训练的不同程度。

3.2。后续的康复训练

在实验中,每组动作应该重复很多次,和运动的频率和振幅可以自动调整。并保持躯干和头部尽可能仍在手臂移动。每个会话持续了大约4分钟,完成两个测试之后,参与者填写李克特量表。期末测验问卷最大5分(1是最低的,五个是最高的)。问卷调查的目的是收集信息的准确性,使用HTC的有趣,轻松活泼的虚拟现实康复系统。表1显示包含在问卷的一些问题。

6随后患者参加测试。最初测试的目的是检查HTC万岁和VR系统的有效性。同样,患者戴着头戴显示设备HTC万岁了三套动作。完成测试后,病人填写一份调查问卷。

在问卷结果,如图7,健康受试者的平均分数为每个问题是4分或以上,和三个病人也拿下3.8分或以上的领带每个问题。因此,它是可行的,使用虚拟现实康复系统的上肢康复训练HTC万岁。得分最高的是为了好玩,健身测试人员和患者得分4.8或更高版本。分数最重要的区别是系统可用性,与健康测试对象的平均得分为4.7和3.8的患者。原因是病人的处理是不容易和操作,所以外骨骼辅助设备可以引入设计更好的互动方式使用它。此外,当健康的测试试验,其中一个项目给2分。原因是按钮的处理是不容易在实验操作。因此,需要训练有素的人员参与康复训练康复训练。

4所示。结论

虚拟现实实验的上肢康复训练系统证明该系统在康复训练的可行性。上肢康复训练计划制定基于HTC万岁虚拟现实。运动协调、运动精度、运动完成,HTC万岁设备可用性指标进行了定性分析,当系统被用于康复训练。最后,对系统进行了问卷调查。分析结果进一步证实了系统的可行性,和一些应注意的问题在临床使用也被发现。总之,虚拟现实上肢康复训练系统的研究在这个研究是可行的,可以增加上肢康复训练的兴趣,并提供反馈和评价康复训练。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的发现可以要求作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

引用

1. l·阿里·m·凯特,g .《et al .,“什么是与自然环境的影响,通过虚拟现实psycho-emotional健康的脊髓损伤患者在医院接受康复从试点随机对照试验发现?”物理医学与康复档案,卷101,不。9日,第1540 - 1532页,2020年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
2. m·n·斯蒂芬妮·l·Glegg s·斯坦顿et al .,“评估采用虚拟现实的变化对脑损伤后康复知识翻译,“残疾与康复:辅助技术,12卷,不。3、217 - 226年,2016页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
3. a . r . Alashram g . Annino帕多瓦、c . Romagnoli和n . b .麦古利”认知康复后创伤性脑损伤:系统回顾新兴虚拟现实技术的使用,“临床神经科学杂志卷,66年,第219 - 209页,2019年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
4. 李和h . Cha,“经颅直流电刺激的临床应用效果结合non-immersive虚拟现实在中风患者康复,”技术和医疗保健,卷2,页1 - 11,2021。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
5. 汗,a .普拉多和s . k . Agrawal“虚拟现实培训与树干支持教练的影响(信任)姿势运动学,”IEEE机器人与自动化信件,卷2,不。4、2240 - 2247年,2017页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
6. c . Plotzky Lindwedel, a . Bejan·康尼锡和c . Kunze“虚拟现实技术在医疗技能培训:在接受的影响,增加知识,”I-com,20卷,不。1,第83 - 73页,2021。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
7. H.-S。黄,d·h·Yoo D.-H。柳、h·金和研究。金,“虚拟的影响以现实为基础的上肢康复训练对上肢功能,肌肉活动,日常生活的活动,和中风患者的生活质量,”韩国社会的职业治疗》杂志上,28卷,不。2、115 - 129年,2020页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
8. m·f·蒙托亚j·e·穆尼奥斯,o . a . Henao”加强虚拟康复在上肢biocybernetic适应:虚拟现实在感知到的肌肉疲劳的影响,游戏性能和用户体验,”IEEE神经系统和康复工程:IEEE,生物医学工程学会的出版物,28卷,不。99年,第747 - 740页,2020年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
9. r·l·阿巴斯d . Cooreman h . Al苏丹m . El Nayal i m·萨博和a . El哈提卜,“添加虚拟现实训练的影响在传统的运动项目在单方面的平衡和步态,创伤性下肢截肢,”游戏对健康杂志,10卷,不。1,50-56,2021页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
10. h . Soufi艾哈迈迪,a Hassani Mehraban, m . Amini和m . Sheikhi“虚拟现实对上肢功能的影响在慢性中风患者:一项临床试验中,“伊朗康复杂志,17卷,不。1,第89 - 81页,2019。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
11. m . Farshad m . Saeideh m·默罕默德,雷扎,”一个随机对照试验,虚拟现实的效果与传统的平衡训练平衡和多发性硬化症的人,”物理医学与康复档案,卷102,不。2、290 - 299年,2021页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
12. j . h .月亮和m . j .全“虚拟现实认知训练对单侧空间忽略的影响患者的中风,”康复福利工程和辅助技术杂志》上,14卷,不。1、1 - 9,2020页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
13. Boroumand和a . Hassani Mehraban”,虚拟现实的效果练习姿势控制和平衡与脑瘫儿童:一个单一学科研究中,“伊朗康复杂志,16卷,不。4、413 - 422年,2018页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
14. a . Gokeler m . Bisschop g·d·迈尔et al .,“沉浸式虚拟现实ACL重建后可以提高患者的运动模式:对增强criteria-based return-to-sport康复,”膝盖手术,运动创伤学,关节镜检查,24卷,不。7,2280 - 2286年,2016页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
15. m·f·蒙托亚、j . Muoz和o . a . Henao”Fatigue-aware游戏使用biocybernetic适应:一个试点研究与面肌上肢康复,”虚拟现实卷,194年,页1 - 14,2021。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
16. J.-W。金,黄永发。金,B.-H。李,“虚拟的影响以现实为基础的核心稳定对上肢功能锻炼,姿势控制,与中风和抑郁的人,”物理治疗康复科学,9卷,不。3、131 - 139年,2020页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
17. 诉Eswaran m . Veezhinathan Balasubramanian g, a·希夫,“虚拟现实治疗心理减压,”临床与诊断研究杂志》上,12卷,不。10日,JC11-JC16, 2018页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
18. t·t·戈麦斯、d s Schujmann和c .傅”通过虚拟现实康复:身体活动的病人住进了重症监护室,”航空杂志上Brasileira de Terapia Intensiva没有,卷。31日。4、456 - 463年,2019页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索

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