[01143995]面向运动康复的自然人机交互方法的研究

1、课题来源与背景 肢体损伤频发,需要康复治疗,运动疗法是现代康复医学的重要内容和手段。严重损伤要在医生指导和帮助下进行,轻度损伤可在医生建议下,按照规范自行活动就能达到康复目的。 运动康复需求大,而康复医疗资源有限、费用高,病人自行进行康复训练却难以坚持。探索效率高、成本低、易操作的解决手段意义重大。 近年来,体感传感器技术成功应用于运动捕捉、人机交互等领域,为康复医疗开启了的新途径。 在若干体感设备中,微软出品的 Kinect是一款视觉和深度传感器,在行业内广受推崇。传统的医院康复设备昂贵,患者不可能向家中配置,而 Kinect 则以其低廉的成本使患者在家中治疗成为可能。 本项目在广州市科技计划项目经费支持下,利用 Kinect 体感技术研究运动康复。利用 Kinect 人体骨架跟踪技术,研究人体姿势评估方法,设计基于人体动作的自然人机交互模式,针对膝关节等的康复训练,建立动作评估的NUI系统,开展在运动康复上的应用。 2、技术原理及性能指标 Kinect 体感技术的核心应用基础就在于通过机器视觉捕获人体动作进行行为分析。通过 Kinect 设备,可以跟踪患者的关节点运动,并测量出关节弯曲角度等数据,因此可以在康复医疗上开展应用。利用 Kinect 技术,开发一套康复软件系统,通过有趣的交互手段,引导患者主动进行康复治疗,系统记录治疗过程并分析效果,医生能够藉此及时了解患者的康复情况,并给出进一步的康复方案。 本项目主要研究了Kinect 数据的预处理方法、特征提取方法、运动行为建模方法,进而完成一套“基于Kinect的运动康复训练系统”。 系统包括网站和客户端2个模块,网页部分根据医生、训练者、教练三种不同的人物角色有不同的功能,每个角色共同的功能是注册、登陆、修改密码、短消息查看,三种角色也有各自的特殊功能模块,医生具有训练者管理功能,针对训练者具有康复训练特殊功能,针对教练具有录制标准训练动作功能。客户端部分具有上肢关节跟踪、运动轨迹记录、运动轨迹学习、运动轨迹评价等功能,实现从动作定义、动作采集、动作训练、动作评价的完整流程。 3、技术的创造性与先进性 1.对Holt平滑法进行了改进,使之适用于随机噪声和脉冲噪声,用于改善Kinect数据质量; 2.研究动作度量方法,改进DWT方法,提出余弦DTW,用于动作评估; 3.完成一套基于Kinect的运动康复交互训练系统,可实现动作采集、动作训练、动作评价等功能。 4、技术的成熟程度,适用范围和安全性 目前,系统处于初试阶段。系统对上肢运动能够提供有效支持;对下肢运动,由于Kinect对下肢运动的噪声较大,系统尚未提供支持。 使用该系统只要遵照医生的要求,通过系统内引导进行操作,没有安全之虞。 5、应用情况及存在的问题 系统目前处于初试阶段,只在实验室和医院小规模试用。对于一些简单的、幅度不大、速度不高的动作,系统效果良好。主要问题是,受限于Kinect的采集帧率、处理效率和精度,评估方法还需进一步细化和完善。 6、历年获奖情况 无 7、成果简介要向社会公开,请不要填写商业秘密内容。 没有涉密内容。