面向前臂截肢患者的虚拟现实康复方法研究
发布时间：2021-03-03 11:42
我国前臂截肢患者人数众多,佩戴肌电控制前臂假肢可改善患者生活质量并弥补患者心理创伤。在截肢者安装假肢前,对其残留肢体进行康复训练,有助于促进患处血液循环,保持神经肌肉的活力,帮助患者适应肌电假肢控制并提高假肢控制效果。目前,肢体康复训练方法训练设备昂贵,训练过程枯燥,而且缺少直观有效的康复评估方法。随着科技的不断进步,虚拟现实技术逐渐被应用在了康复医学领域,因此本课题基于图像识别与表面肌电分析技术,提出了一种面向前臂截肢患者的虚拟现实康复训练系统,然后设计有效的康复评估方法,增强了康复训练过程的趣味性和交互性。本课题采用双目结构光摄像头（Realsense435i）对受试者上肢残肢运动动作进行捕捉,通过肤色分割的方法获取上肢残肢轮廓的二值图,并对其进行膨胀、腐蚀等形态学操作去除噪声干扰,之后利用轮廓跟踪法获取主要手臂轮廓,再使用Zhang快速并行细化算法,取得受试者前臂图像的端点与拐点。这些点经过K均值聚类得到前臂两端的端点坐标,结合深度图像获取两端点深度信息,最终成功识别截肢者的前臂残肢位姿,以控制虚拟现实环境中虚拟手的空间位姿状态。同时,通过肌电采集模块（Myo臂环）,获取截肢者残...
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院深圳先进技术研究院)广东省
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
我国各类残疾人口数量比Figure1.1TheratioofthenumberofcoupleswithvariousdisabilitiesinChina
面向前臂截肢患者的虚拟现实康复方法研究2复训练，有助于促进截肢处肌肉的血液循环，能够提高该处肌肉活力，同时防止残肢肌肉萎缩。残留肌肉的肌力越好，越有利于改善肌电控制假肢的效果。所以说假肢安装前的康复训练非常重要，为后续假肢装配等进一步康复工作做好准备。现在随着肌电假肢的研究越来越深入，对于基于肌电信号的假肢控制的要求也越来越复杂，因此从截肢患者的角度考虑，进行假肢安装前的康复训练也是很有必要的。图1.2索控式假肢与肌电假肢Figure1.2Cable-controlledprosthesisandmyoelectricprosthesis虚拟现实技术(VirtualReality,VR)，是一种利用计算机搭建出模拟类似现实场景，通过传感器技术、多媒体技术等多种技术相互融合的新兴技术。能够让用户通过特定的传感设备和肢体动作在虚拟场景中与计算机进行交互，给用户提供了一种与众不同的人机交互体验。因此虚拟现实技术被广泛的应用在了军事领域、娱乐领域和医学领域等，尤其是医疗康复的各个方面，包括认知康复、情绪障碍康复、运动障碍康复等。从系统的功能和作用角度来看，虚拟现实系统可以分为训练演练、规划设计和展示娱乐等几个方面[4]。本课题提出的康复系统属于训练演练类，是一种将表面肌电信号与虚拟现实技术相结合、以肌电信号为核心多种信息和技术融合的虚拟现实康复训练系统。该系统给前臂截肢患者提供康复训练，能够使患者体验不同场景、不同强度的训练，同时还能提供重复练习、训练成绩及时反馈等功能，使得截肢患者在获得重复的训练过程的同时，增加训练的趣味性，一定程度上能改善训练效果，缓解患者情绪上的压力。同时本课题还通过搭建虚拟康复训练系统设计了截肢康复训练和评估方案。总之，截肢患者的康复过程是一个综合多种学科的系统工程。从截肢手?
第1章绪论3图1.3截肢康复流程Figure1.3Amputationrehabilitationprocess康复过程的每个环节都需要康复医师的评定，需要根据患者的特点和康复程度的不同有针对性的进行训练和治疗。相对于传统的训练方式，虚拟现实技术可以更方便快捷的调整训练，尤其是在手术后的护理与康复中，每个患者的手术程度和恢复情况都不一样，术后越早安装假肢，对防止患者的关节挛缩畸形、截肢处的肌肉萎缩越有帮助，能够尽快让残肢恢复或者接近以往功能。同时尽可能的缩短患者在安装假肢手前所需的康复时间，可以让其更早的穿戴假肢。因此研究面向前臂截肢患者的虚拟现实康复治疗方法，能够促进截肢者更快的适应假肢手，重返自己的工作岗位，对于个人以及社会来说都具有一定的现实意义和市场前景。1.2国内外研究现状目前康复医学和预防医学、保健医学还有临床医学四门学科共同构成了现代医学的完整医疗体系[6]，康复医学是一门利用各种手段预防、评估和治疗残疾和疾病的医学学科，能够帮助残疾者消除和减轻功能障碍，使其生活能力和工作能力得到恢复，尽快的让他们重新回归社会，让残疾者在身体和心理上全面康复。截肢患者的康复是一个复杂漫长的过程，应当给患者制定长期目标和短期目标[7]，长期目标就是让截肢患者实现日常生活自理，回归到工作岗位，短期目标是学习日常生活自理技巧、增加肩肘关节活动度和提高肌肉活力减少并发症。根据相关文献得知，截肢患者往往伴随着很多残肢并发症。一种并发症是肌力下降，其中失用性肌肉萎缩是患者肌力下降的主要原因。常规的康复方法中，为了防止残肢肌肉萎缩，一般是让患者做一些抗阻力的运动康复训练[8]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]指导前臂截肢者康复训练的单自由度肌电假手与真肢对比分析[J]. 陈燕才,余斌,马云飞,王磊,张晟. 中国矫形外科杂志. 2017(19)
[2]虚拟现实技术在康复医学中的应用进展[J]. 陆春华,王凯,曾贞. 按摩与康复医学. 2015 (23)
[3]基于虚拟现实的下肢主被动康复训练系统研究[J]. 郭晓辉,王晶,杨扬,张鑫,徐光华. 西安交通大学学报. 2016(02)
[4]基于微处理器的多功能肌电假肢控制系统[J]. 田岚,姜乃夫,李光林. 集成技术. 2013(04)
[5]中国残联发布我国最新残疾人口数据 全国残疾人口逾8500万[J]. 赵燕潮. 中国残疾人. 2012(04)
[6]K-means聚类算法研究综述[J]. 王千,王成,冯振元,叶金凤. 电子设计工程. 2012(07)
[7]地震后下肢截肢患者综合康复治疗的疗效分析[J]. 袁菊莲,代庆凯,段鑫,谢国省,董星杏. 中国康复医学杂志. 2009(08)
[8]图像二值化技术的研究[J]. 江明,刘辉,黄欢. 软件导刊. 2009(04)
[9]虚拟现实综述[J]. 赵沁平. 中国科学（F辑:信息科学）. 2009(01)
[10]截肢与假肢治疗过程中的心理问题[J]. 刘晓来,韩峰. 中国组织工程研究与临床康复. 2008(30)
硕士论文
[1]基于肌电反馈和虚拟现实的康复系统设计[D]. 杨春华.燕山大学 2017
[2]基于双目结构光的三维测量技术研究[D]. 阳鹏程.浙江大学 2014
[3]人体上肢表面肌电信号采集与处理的研究[D]. 班帅.东北大学 2012
本文编号：3061202
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院深圳先进技术研究院)广东省
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
我国各类残疾人口数量比Figure1.1TheratioofthenumberofcoupleswithvariousdisabilitiesinChina
面向前臂截肢患者的虚拟现实康复方法研究2复训练，有助于促进截肢处肌肉的血液循环，能够提高该处肌肉活力，同时防止残肢肌肉萎缩。残留肌肉的肌力越好，越有利于改善肌电控制假肢的效果。所以说假肢安装前的康复训练非常重要，为后续假肢装配等进一步康复工作做好准备。现在随着肌电假肢的研究越来越深入，对于基于肌电信号的假肢控制的要求也越来越复杂，因此从截肢患者的角度考虑，进行假肢安装前的康复训练也是很有必要的。图1.2索控式假肢与肌电假肢Figure1.2Cable-controlledprosthesisandmyoelectricprosthesis虚拟现实技术(VirtualReality,VR)，是一种利用计算机搭建出模拟类似现实场景，通过传感器技术、多媒体技术等多种技术相互融合的新兴技术。能够让用户通过特定的传感设备和肢体动作在虚拟场景中与计算机进行交互，给用户提供了一种与众不同的人机交互体验。因此虚拟现实技术被广泛的应用在了军事领域、娱乐领域和医学领域等，尤其是医疗康复的各个方面，包括认知康复、情绪障碍康复、运动障碍康复等。从系统的功能和作用角度来看，虚拟现实系统可以分为训练演练、规划设计和展示娱乐等几个方面[4]。本课题提出的康复系统属于训练演练类，是一种将表面肌电信号与虚拟现实技术相结合、以肌电信号为核心多种信息和技术融合的虚拟现实康复训练系统。该系统给前臂截肢患者提供康复训练，能够使患者体验不同场景、不同强度的训练，同时还能提供重复练习、训练成绩及时反馈等功能，使得截肢患者在获得重复的训练过程的同时，增加训练的趣味性，一定程度上能改善训练效果，缓解患者情绪上的压力。同时本课题还通过搭建虚拟康复训练系统设计了截肢康复训练和评估方案。总之，截肢患者的康复过程是一个综合多种学科的系统工程。从截肢手?
第1章绪论3图1.3截肢康复流程Figure1.3Amputationrehabilitationprocess康复过程的每个环节都需要康复医师的评定，需要根据患者的特点和康复程度的不同有针对性的进行训练和治疗。相对于传统的训练方式，虚拟现实技术可以更方便快捷的调整训练，尤其是在手术后的护理与康复中，每个患者的手术程度和恢复情况都不一样，术后越早安装假肢，对防止患者的关节挛缩畸形、截肢处的肌肉萎缩越有帮助，能够尽快让残肢恢复或者接近以往功能。同时尽可能的缩短患者在安装假肢手前所需的康复时间，可以让其更早的穿戴假肢。因此研究面向前臂截肢患者的虚拟现实康复治疗方法，能够促进截肢者更快的适应假肢手，重返自己的工作岗位，对于个人以及社会来说都具有一定的现实意义和市场前景。1.2国内外研究现状目前康复医学和预防医学、保健医学还有临床医学四门学科共同构成了现代医学的完整医疗体系[6]，康复医学是一门利用各种手段预防、评估和治疗残疾和疾病的医学学科，能够帮助残疾者消除和减轻功能障碍，使其生活能力和工作能力得到恢复，尽快的让他们重新回归社会，让残疾者在身体和心理上全面康复。截肢患者的康复是一个复杂漫长的过程，应当给患者制定长期目标和短期目标[7]，长期目标就是让截肢患者实现日常生活自理，回归到工作岗位，短期目标是学习日常生活自理技巧、增加肩肘关节活动度和提高肌肉活力减少并发症。根据相关文献得知，截肢患者往往伴随着很多残肢并发症。一种并发症是肌力下降，其中失用性肌肉萎缩是患者肌力下降的主要原因。常规的康复方法中，为了防止残肢肌肉萎缩，一般是让患者做一些抗阻力的运动康复训练[8]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]指导前臂截肢者康复训练的单自由度肌电假手与真肢对比分析[J]. 陈燕才,余斌,马云飞,王磊,张晟. 中国矫形外科杂志. 2017(19)
[2]虚拟现实技术在康复医学中的应用进展[J]. 陆春华,王凯,曾贞. 按摩与康复医学. 2015 (23)
[3]基于虚拟现实的下肢主被动康复训练系统研究[J]. 郭晓辉,王晶,杨扬,张鑫,徐光华. 西安交通大学学报. 2016(02)
[4]基于微处理器的多功能肌电假肢控制系统[J]. 田岚,姜乃夫,李光林. 集成技术. 2013(04)
[5]中国残联发布我国最新残疾人口数据 全国残疾人口逾8500万[J]. 赵燕潮. 中国残疾人. 2012(04)
[6]K-means聚类算法研究综述[J]. 王千,王成,冯振元,叶金凤. 电子设计工程. 2012(07)
[7]地震后下肢截肢患者综合康复治疗的疗效分析[J]. 袁菊莲,代庆凯,段鑫,谢国省,董星杏. 中国康复医学杂志. 2009(08)
[8]图像二值化技术的研究[J]. 江明,刘辉,黄欢. 软件导刊. 2009(04)
[9]虚拟现实综述[J]. 赵沁平. 中国科学（F辑:信息科学）. 2009(01)
[10]截肢与假肢治疗过程中的心理问题[J]. 刘晓来,韩峰. 中国组织工程研究与临床康复. 2008(30)
硕士论文
[1]基于肌电反馈和虚拟现实的康复系统设计[D]. 杨春华.燕山大学 2017
[2]基于双目结构光的三维测量技术研究[D]. 阳鹏程.浙江大学 2014
[3]人体上肢表面肌电信号采集与处理的研究[D]. 班帅.东北大学 2012
本文编号：3061202
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