一种基于虚拟现实技术的可视化康复平台的制作方法

本发明涉及可视化康复，更具体地说，本发明涉及一种基于虚拟现实技术的可视化康复平台。

背景技术：

1、康复治疗是一项复杂且长期的过程，其目标在于帮助患者克服因疾病、创伤或其他健康问题导致的身体功能障碍，实现身体功能的恢复或改善。在肢体康复的特定阶段，患者往往需要忍受一定的肢体疼痛，并进行一系列康复活动。然而，这些活动可能会因为疼痛或其他因素导致患者的动作变形，偏离了原本设计的康复动作路径。

2、为了确保康复治疗的顺利进行和效果的最大化，医生和康复师需要定期评估患者的恢复情况。然而，当前常用的评估方法主要依赖于量表评分和主观观察，这些方法虽然具有一定的参考价值，但缺乏直观、形象的展示手段，使得评估结果难以被患者和家属充分理解。因此，在实际使用时，目前的康复平台仍旧存在较多缺点，如，缺乏形象化的展示工具，使得患者和家属难以直观地理解复杂的康复活动进展。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的上述缺陷，本发明提供一种基于虚拟现实技术的可视化康复平台，利用虚拟现实技术，搭建针对目标患者的虚拟现实模型，通过虚拟现实模型管理模块实现虚拟现实模型搭建和验证，保证虚拟现实模型的质量；帮助用户了解目标患者执行康复活动的细节；解决目前的康复平台缺乏形象化的展示工具，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于虚拟现实技术的可视化康复平台，包括：

3、目标患者状态采集模块，用于采集目标患者的生物特征尺寸信息和肢体功能信息；将采集的信息传输至虚拟现实模型管理模块；

4、虚拟现实模型管理模块，用于搭建目标患者的虚拟现实模型，并验证虚拟现实模型的质量；

5、阶段康复目标管理模块，用于获取目标患者的阶段康复目标，基于目标患者的当前肢体功能和目标肢体功能，分析得到目标患者的阶段康复目标；并将阶段康复目标传输至康复标准设计模块；

6、康复标准设计模块，用于获取阶段康复目标的康复标准，康复标准包括标准康复动作、动作预设特征参数；动作预设特征参数至少包括动作的速度、角度、持续时间、力量；

7、康复过程监测模块，用于监测并展示目标患者进行康复活动的过程，得到实际康复动作；比较目标患者的实际康复动作和标准康复动作，得到实际康复动作和标准康复动作的差异指标；分析实际康复动作得到康复活动的准确性和稳定性；

8、康复质量判断模块，用于分析实际康复动作，当康复效果评估指数满足要求，进入阶段康复目标管理模块，更新阶段康复目标。

9、优选的，所述虚拟现实模型的搭建过程包括以下步骤：

10、根据收集到的生物特征尺寸信息，使用3d建模软件，构建目标患者的3d虚拟现实模型；在建模过程中，加入肢体功能信息，设置关节活动度、肌肉力量参数，使虚拟现实模型具有更真实的运动能力；

11、动作捕捉与迁移：通过动作捕捉技术，记录目标患者的肢体运动轨迹和动作数据；将捕捉到的动作数据迁移至虚拟现实模型上，使虚拟现实模型能够模拟目标患者的真实运动状态；

12、渲染与优化：使用渲染技术提升虚拟现实模型的逼真程度和互动体验；调整虚拟现实模型表面的纹理、光影效果。

13、优选的，所述虚拟现实模型管理模块包括模型搭建单元和模型验证单元，所述模型搭建单元，基于目标患者生物特征尺寸信息搭建目标患者的虚拟现实模型；所述模型验证单元，用于获取虚拟现实模型的仿真可靠性指数；当虚拟现实模型的仿真可靠性指数满足阈值，将虚拟现实模型输出应用。

14、优选的，所述仿真可靠性指数的获取方式为：

15、将虚拟现实模型的整体尺寸调整至与目标患者的整体尺寸一致；在目标患者肢体关节处设置取样点；设有s个取样点，用k表示取样点的编号；

16、获取尺寸可靠性参数ck：将目标患者的取样点分布图和虚拟现实模型的取样点分布图重合，计算目标患者与虚拟现实模型在取样点上的尺寸差异，将第k个取样点的尺寸差异记为d_k，获取尺寸差异的平均值记为d_avg；通过公式计算得到尺寸可靠性参数ck，其中qs表示取样点的权重系数；基于取样点的位置，设置取样点的权重系数；例如当取样点影响目标患者的肢体功能，为取样点设置更高的权重系数；

17、获取肢体运动轨迹可靠性参数yk：通过运动捕捉技术采集目标患者执行运动任务的运动轨迹；向虚拟现实模型发送运动指令，让虚拟现实模型执行相同的运动任务；并记录虚拟现实模型的运动轨迹；通过计算同一位置取样点运动轨迹的最大欧氏距离来表示运动轨迹差异，将第k个取样点的运动轨迹差异记为dtr_k；通过公式计算得到运动轨迹可靠性参数yk；

18、获取响应延迟可靠性参数tk：使用传感器测量虚拟现实模型从接收到运动指令到开始执行动作的响应时间差；将第k个取样点的响应时间差记为del_k，将响应时间差平均值记为del_avg，将预设响应时间长记为del预，通过公式计算得到响应延迟可靠性参数tk；

19、联合分析尺寸可靠性参数、肢体运动轨迹可靠性参数和响应延迟可靠性参数，通过公式fzk＝ck*tk*yk计算得到虚拟现实模型的仿真可靠性指数fzk；将获取的仿真可靠性指数和阈值进行比较，当仿真可靠性指数不符合阈值，调整虚拟现实模型。

20、优选的，所述阶段康复目标的获取过程包括下列步骤：

21、康复活动包括：肢体的关节活动度、肌肉力量和平衡能力；获取目标患者的肢体功能起点和目标肢体功能；

22、权重系数匹配：为关节活动度、肌肉力量和平衡能力匹配权重系数，分别记为w_gh，w_jl，w_bl；

23、偏离度计算：计算从肢体功能起点cz到目标肢体功能mz的偏离度；

24、优先级计算：将偏离度与其对应的权重系数相乘得到每项康复活动的康复优先级；

25、选择最大康复优先级对应的康复活动作为阶段康复对象，设置阶段康复对象的肢体功能目标增长率；阶段康复对象和肢体功能目标增长率构成阶段康复目标。

26、优选的，所述康复过程监测模块包括动作监管单元、康复进度分析单元和展示内容单元，

27、所述动作监管单元，用于比较目标患者的实际康复动作和标准康复动作，得到实际康复动作和标准康复动作的差异指标，差异指标包括姿势偏差、速度偏差和角度偏离；

28、所述康复进度分析单元用于分析实际康复动作得到康复活动的准确性和稳定性；

29、所述展示内容单元包括：标准康复动作展示、实际康复动作展示、差异指标展示和康复进度展示，所述康复进度包括：完成康复动作的准确性和稳定性。

30、优选的，所述准确性的获取方式为：从实际康复动作中提取得到动作实际特征参数，分析动作预设特征参数和动作实际特征参数得到康复活动的准确性和稳定性；设动作预设特征参数有p个参数，用q表示参数编号，将第q个参数的预设向量记为tz0_q；将第q个参数的实际向量记为tz_q；通过公式计算得到准确性zq；所述稳定性的获取方式为：多次执行相同的康复动作，计算每次的准确性，将准确性平均值记为zq_avg；计算准确性的标准差；用标准差和准确性平均值的比值表示稳定性wq。

31、优选的，所述康复效果评估指数kx的获取方式为：通过公式计算得到康复效果评估指数，其中，mz表示肢体功能目标增长率，sz表示肢体功能实际增长率。

32、优选的，所述可视化康复平台还包括风险预警模块，用于识别目标患者进行康复活动的风险，联合分析康复动作完成质量指数kz和康复效果评估指数kx，计算康复活动异常系数，当康复活动异常系数超出阈值，向用户预警；提示标准康复动作与目标患者不适应；

33、所述康复动作完成质量指数kz的获取方式为：设置有效康复动作的判别条件为康复动作的准确性zq大于预设值，得到有效康复动作重复次数，n预表示预设康复动作重复次数，ns表示有效康复动作重复次数；通过公式计算得到康复动作完成质量指数kz，fnor(·)表示线性归一化函数，用于将括号内计算结果的值域控制在0至1的范围；

34、通过公式计算得到康复活动异常系数knx；当康复活动异常系数符合阈值，表明标准康复动作对目标患者的恢复有促进作用，不采取措施。

35、本发明的技术效果和优点：

36、(1)本发明提供的可视化康复平台，利用虚拟现实技术，搭建针对目标患者的虚拟现实模型，通过虚拟现实模型管理模块实现虚拟现实模型搭建和验证，保证虚拟现实模型的质量；帮助用户了解目标患者执行康复活动的细节；解决目前的康复平台缺乏形象化的展示工具，使得患者和家属难以直观地理解复杂的康复活动进展的问题；

37、(2)本发明提供的可视化康复平台，基于目标患者的当前肢体功能和目标肢体功能，分析得到目标患者的阶段康复目标；并将阶段康复目标传输至康复标准设计模块；能够基于目标患者的实际情况设计康复目标，使康复过程更加科学；

38、(3)本发明提供的可视化康复平台，利用风险预警模块识别目标患者进行康复活动的风险，联合分析康复动作完成质量指数kz和康复效果评估指数kx，计算康复活动异常系数，当康复活动异常系数超出阈值，向用户预警；提示标准康复动作与目标患者不适应；及时发现标准康复动作与目标患者不适应的问题。