[发明专利]虚拟现实上肢康复作业治疗系统

说明书

本发明涉及一种虚拟现实上肢康复作业治疗系统，包括手部输入模块：此模块可检测用户手部动作，并实时同步至系统内手部模型，使得用户可以与虚拟环境自由交互；物理引擎模块：该模块通过赋予虚拟环境真实的物理参数，来为用户营造出沉浸式的真实物理环境，提升用户体验；评分模块：通过评分机制，利用游戏引擎一些检测组件如碰撞器、触发器等进行打分；作业模块：系统包含四种作业任务，每种任务通过复现相应的医院作业训练流程，实现不同上肢功能训练的游戏化。本发明利用Oculus Quest新型VR一体机，实现无线缆、无外接设备的简洁便携式虚拟现实上肢康复作业治疗系统。不仅成本低廉，而且具有较高的体感交互性能，且不增加患者的任何身体负担。

技术领域

本发明涉及康复医学、虚拟现实以及医学信息学技术领域，尤其涉及一种虚拟现实上肢康复作业治疗系统。

背景技术

医学理论实践证明，对上肢受伤患者，进行康复训练是恢复其上肢运动功能的有效途径。使用康复训练机器人对患者的康复训练能够有效的降低患者经济压力，提高康复训练效率，现有康复训练机器人存在造价高昂、体积巨大以及人机交互不友好等不足之处。且科学研究表明，虚拟现实技术的应用能够增加患者康复训练的积极性，提高训练效率。所以研制一种低成本、轻量化、人机交互友好且具备虚拟现实康复训练功能的上肢康复训练机器人系统具有迫切的实际意义以及较高的价值。

现有的虚拟现实上肢康复训练系统，大多采用体感设备或追踪器，与虚拟现实头盔结合的形式，这种形式的系统，首先成本高昂，其次不同设备存在数据融合的技术难题，结合的效果并不完美。而成本低廉的一些体感设备如Leap Motion等，其识别范围较小，识别精度较差，且各种设备的佩戴和连接非常复杂和冗余导致加重用户的训练负担，不适宜用于康复训练，其次这些系统，并未以康复医院实际的作业治疗为参考，其疗效并不能得到保证。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种虚拟现实上肢康复作业治疗系统，利用Oculus Quest这一新型VR一体机，实现无线缆、无外接设备的简洁便携式虚拟现实上肢康复作业治疗系统。

本发明采用的技术方案如下：

本发明所提出的虚拟现实上肢康复作业治疗系统，包括

手部输入模块：Oculus Quest通过全局鱼眼摄像头追踪用户手部动作，手部追踪系统捕捉的手势关键点实时同步至虚拟环境中内手部模型，使得用户可以徒手与虚拟环境自由交互；

物理引擎模块：利用Unity引擎内置的物理系统如刚体、碰撞器等组件，同时调整虚拟场景内物体间的弹性、摩擦力等参数，使得所搭建的环境具备真实物理特性，以此为用户营造出沉浸式的真实物理环境，同时也使得交互过程符合物理规律，进一步提升用户体验；

交互模块：用户手部数据实时同步至手模型后，可以与物理引擎所搭建的场景物体进行如抓取、翻转、碰撞等交互动作；场景物体通过碰撞检测、触发器、方向判断等，改变自身状态，或触发评分模块打分，以此来提供交互反馈；

评分模块：不同游戏场景中具有不同的评分机制，主要利用系统中的交互模块来判断场景中物体状态是否达到评分要求来进行打分；

作业模块：包含四种作业任务，这些任务通过复现相应的医院作业训练流程，来实现不同上肢功能训练的游戏化；每种任务集成了上述模块，不同任务根据任务目的，创建对应的游戏场景和场景物体，场景及物体均由物理引擎调配参数和属性，同时根据评分规则，实现相应的交互模块。