基于虚拟现实的截肢上肢康复系统

论文摘要

由于疾病或者意外事故造成患者上肢严重受伤以至进行截肢手术,对于上肢截肢的患者无论心理,身形都产生了巨大影响。安装肌电假手虽然可以弥补部分甚至大部分的日常功能,提高其自理能力和生活质量。但为了达到运用表面肌电信号灵活控制假肢,在肌电假手安装之前,患者对残肢近点信号进行长期训练尤为重要,目的在于强化大脑对特定部位表面肌电信号强度、时间的控制,以准确驱动肌电假手。康复医学工作者在帮助患者恢复功能方面做了很多工作,但由于客观条件的限制,目前上肢截肢患者康复训练采用简单的重复训练,存在诸多不足之处。主要有:训练部位随意、训练效果不直观、训练过程缺乏趣味性。本文设计一种上肢截肢表面肌电信号为控制源的基于虚拟现实的上肢运动康复训练系统,为患者提供有效的训练。系统实时提取表面肌电信号AR模型系数作为特征向量,采用BP神经网络作为分类器对手部动作进行识别。驱动真实感三维手部及上肢模型,实现在虚拟现实环境中手指开合、旋腕、屈腕、屈肘等动作。开发了交互式康复游戏,把运动治疗、心理治疗、功能评测有机地结合起来,将心理治疗始终贯穿康复治疗的过程中。通过使用虚拟现实技术,可以极大减轻医疗人员的工作量,给患者创造出更为有利的康复环境,不断给患者以正确的心理暗示和鼓励,将运动疗法和心理治疗有机地结合在一起,极大的提高训练效果,缩短了康复周期。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 康复医学概述
• 1.2 课题研究背景
• 1.2.1 传统上肢截肢康复医疗的不足
• 1.2.2 虚拟现实技术在国内外康复医学中的应用
• 1.3 课题研究主要内容及目标
• 1.3.1 课题研究主要内容
• 1.3.2 课题研究目标
• 第二章 表面肌电信号的产生机理及其采集方法
• 2.1 肌电信号生理研究
• 2.1.1 肌肉收缩的电生理
• 2.2 表面肌电信号采集系统
• 2.2.1 肌电信号采集系统硬件部分
• 2.3 表面肌电信号采集
• 2.3.1 肌电信号采集
• 第三章 截肢上肢表面肌电信号特征提取研究
• 3.1 模式识别系统概念
• 3.2 表面肌电信号特征提取
• 3.2.1 时域参数特征提取
• 3.2.2 AR 时间序列模型参数的特征
• 3.3 截肢上肢表面肌电特征向量提取
• 3.3.1 判定动作开始
• 3.3.2 特征提取
• 第四章 基于人工神经网络的上肢手部动作识别
• 4.1 人工神经网络
• 4.1.1 神经网络模型
• 4.2 BP 神经网络
• 4.2.1 BP 网络拓扑结构
• 4.2.2 BP 网络学习算法
• 4.2.3 BP 学习算法的改进
• 4.3 神经网络设计
• 第五章 基于虚拟现实的截肢上肢康复环境设计
• 5.1 虚拟场景开发引擎简介
• 5.2 真实感三维手部及上肢模型制作
• 5.2.1 三维手部模型制作
• 5.2.2 三维上肢手臂模型制作
• 5.2.3 四自由度手部运动
• 第六章 截肢上肢娱乐康复设计与实现
• 6.1 娱乐康复的必要性
• 6.2 娱乐康复的游戏-带翅膀的足球
• 6.2.1 带翅膀的足球游戏逻辑
• 6.2.2 带翅膀的足球游戏制作
• 第七章 结论与展望
• 7.1 本文工作总结
• 7.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间所取得的相关科研成果