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基于虚拟驾驶体验的康复训练与评估系统

：近年来,由于社会老龄化加剧,因脑卒中偏瘫带来肢体功能障碍的患者数量不断增加,这不仅增加了社会的负担,而且影响了患者的正常生活。使用机器人进行康复训练,能满足患者康复训练的基本要求,减少医生的工作量,但训练过程枯燥乏味。由于虚拟现实技术具有多感知、沉浸感和交互性等优点,因而将虚拟现实技术应用到康复训练中,能够使训练更加有趣,增加患者康复治疗的主动性。本课题针对项目组自行研发设计的上肢康复训练平台设计了基于虚拟驾驶体验的康复训练与评估系统,主要有如下几方面的工作:

(1)设计以训练动作为导向的虚拟环境针对脑卒中患者的肢体运动功能障碍问题,设计基于虚拟驾驶体验的多个训练任务。根据康复训练的需求,设计多模式的虚拟环境训练任务。为了更大地适应患者的训练需求,研究一种动态配置以动作为导向的虚拟金币的方法。(2)研究康复训练的数据采集与处理康复训练数据采集是康复训练中的重要内容,是康复评估的基础。针对康复训练数据采集的需求,对训练装置的运动性能进行分析,确定康复训练中需要采集的数据种类,对数据采集的方案进行设计。研究角度数据的采集方案及具体实现,并对数据进行处理。最后研究虚拟场景中碰撞信息的采集方法,分析拾取金币过程中的碰撞检测,最后在Unity3D虚拟环境中实现碰撞检测。角度数据、虚拟交通工具的运动轨迹及金币的碰撞信息可以作为后续的康复评估的数据来源。

(3)研究康复训练效果的评价模型对患者康复效果进行评价是康复训练过程中的一个重要环节。根据康复医学理论,构建康复训练的评价指标体系。利用层次分析法确定康复训练的评估模型。在执行虚拟训练任务的过程中,将训练机构采集到的训练数据进行分析计算,得出该评价体系中的各指标值,利用评估模型综合各个评价指标对患者的训练效果进行综合评估,评估的结果作为制定下一步康复计划的依据。

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图3 鼓膜/隔膜高频振荡呼吸机原理示意图

1.3 高频呼吸机所产生的压力及流量波形对高频呼吸机应用的临床意义

1.3.1 八种高频呼吸机气道开放压力波形比较

八种高频振荡通气呼吸机压力波形(气道开放时)比较见图4。在气道开放时产生方形压力波形；而其余五种呼吸机产生正弦压力波形，其中呼吸机在正弦波形上产生切迹。高频振荡呼吸机产生方形波或吸气波形存在切迹提示更多复合谐波合成，可能有更多能量传递至肺部。理论上采取鼓膜或隔膜振荡的呼吸机所产生的能量大，系列；而活塞振荡产生能量次之，如高频呼吸机；而应用喷射气流产生高频气流的能量大于呼气阀阻断原理产生的高频气流能量系列-正弦波形)。其临床提示意义包括：在早产儿、低体重儿、肺保护避免肺部气压伤方面，采用气流阻断原理的呼吸机，包括较鼓膜振荡高频呼吸机更有优势；双向喷射气流原理高频呼吸机通常应用于足月新生儿，而如果需要更高能量支持的婴幼儿或严重的呼吸衰竭可能鼓膜振荡高频呼吸机作为首选更佳。