[发明专利]基于Leap Motion与VR相结合的手功能康复训练系统及其实现方法

说明书

本发明涉及一种基于Leap Motion与VR相结合的手功能康复训练系统及其实现方法，将传感捕获技术与虚拟现实技术相结合，通过Leap Motion手部移动追踪及高精度手指识别技术实时获取用户手部的运动数据并映射到由VR构建的沉浸式虚拟场景中进行实时交互，同时设定诸如手势训练、手指控制能力提升训练如双指对捏、球状抓握、柱状抓握等贴近日常生活的训练任务，为因疾病或损伤造成的手功能运动障碍用户提供康复训练方案。本发明提高了用户康复训练的趣味性与主动性，加速用户运动神经功能重塑的效果，能有效缓解当前医师资源紧缺现状。

技术领域

本发明涉及康复工程及虚拟现实领域，具体涉及一种基于Leap Motion与VR相结合的手功能康复训练系统及其实现方法。

背景技术

据世界卫生组织报道，全球因脑卒中所引起的运动功能障碍而需要做康复治疗的用户正在逐年增加。其中，手功能运动障碍是脑卒中引发主要病症之一，具体表现为指间关节和掌指关节伸展困难，丧失握持、手指等精细关节控制能力，严重影响用户的日常生活和工作能力，给家庭及社会带来了沉重的负担。经研究证明，积极主动的康复训练有助于用户肢体运动功能的恢复并促进痊愈。

然而，传统的手功能康复治疗，主要采取医师对用户一对一式康复治疗或借助简单康复器械如木钉，这种方法不仅劳动量大、费用昂贵，而且训练效率和强度难以保证，尤其针对康复后期用户，康复过程枯燥乏味，用户参与主动性差，使得康复周期延长。

近年，手功能康复机器人作为一种康复医疗设备的出现，在一定程度上减轻了医师的劳动量，也为手功能康复提供了一种新的训练思路。但其仍存在以下不足：(1)机械结构存在对用户手指造成二次伤害的风险，安全性难以得到保证；(2)康复机器人控制复杂、费用昂贵，普通用户难以承受；(3)大多均为被动式运动康复，难以充分调动用户中枢神经系统的能动可塑性。

因此，研发一套既能提高用户训练过程的积极主动性，又能促进用户手部肌力、手指协调性、灵活性等功能的恢复，同时还能保证用户训练安全性的手部康复训练系统及方法显得尤为必要。

发明内容

为了克服现有手功能康复训练中存在的缺点与不足，本发明提供一种基于LeapMotion与 VR相结合的手功能康复训练系统及实现方法，利用混合现实技术，通过VR头盔构建任务式 3D虚拟场景以增加康复训练的临场感和真实感，结合Leap Motion传感器实现对手部精细关节的捕获识别实现与虚拟场景间的交互，为手功能障碍用户提供一种便捷、安全、有效的康复训练模式。

本发明提供一种基于Leap Motion与VR相结合的手功能康复训练系统，硬件组成部分包括：小臂支撑支架、Leap Motion传感器、VR头盔、计算机主机、音响设备和显示器，所述Leap Motion 传感器实现对手指关节的三维位置数据采集，所述VR头盔实现虚拟场景渲染，所述计算机主机实现数据处理与手功能康复评价；所述小臂支撑支架的高度能调节，且上表面为曲面，用于支撑无法自主抬起肩部及肘关节的用户的手部，所述Leap Motion传感器对用户手部各关节点的运动实现捕获识别与精确追踪，所述VR头盔能构建任务式3D虚拟场景以增加康复训练的临场感和真实感，所述计算机主机将所述Leap Motion传感器获得的数据进行分析，并对3D虚拟场景中的虚拟手进行同步实时控制；所述音响设备与所述计算机主机相连，为用户康复训练提供听觉反馈信息。

优选地，所述Leap Motion传感器能放置于用户手部的下方或固定在VR头盔表面。

优选地，所述虚拟现实人机交互部分能提供日常手势训练和控制能力提升两方面场景供用户选择，以训练用户手部空间定位能力及运动控制能力。

优选地，所述手功能康复评价部分在用户完成一个训练过程后，系统便会给出游戏得分数据，同时定期给出康复训练效果评估结果，并生成康复报表。

一种基于Leap Motion与VR相结合的手功能康复训练系统的实现方法，包括以下步骤：