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基于虛擬駕駛體驗的康復訓練與評估系統

：近年來,由于社會老齡化加劇,因腦卒中偏癱帶來肢體功能障礙的患者數量不斷增加,這不僅增加了社會的負擔,而且影響了患者的正常生活。使用機器人進行康復訓練,能滿足患者康復訓練的基本要求,減少醫生的工作量,但訓練過程枯燥乏味。由于虛擬現實技術具有多感知、沉浸感和交互性等優點,因而將虛擬現實技術應用到康復訓練中,能夠使訓練更加有趣,增加患者康復治療的主動性。本課題針對項目組自行研發設計的上肢康復訓練平臺設計了基于虛擬駕駛體驗的康復訓練與評估系統,主要有如下幾方面的工作:

(1)設計以訓練動作為導向的虛擬環境針對腦卒中患者的肢體運動功能障礙問題,設計基于虛擬駕駛體驗的多個訓練任務。根據康復訓練的需求,設計多模式的虛擬環境訓練任務。為了更大地適應患者的訓練需求,研究一種動態配置以動作為導向的虛擬金幣的方法。(2)研究康復訓練的數據采集與處理康復訓練數據采集是康復訓練中的重要內容,是康復評估的基礎。針對康復訓練數據采集的需求,對訓練裝置的運動性能進行分析,確定康復訓練中需要采集的數據種類,對數據采集的方案進行設計。研究角度數據的采集方案及具體實現,并對數據進行處理。最后研究虛擬場景中碰撞信息的采集方法,分析拾取金幣過程中的碰撞檢測,最后在Unity3D虛擬環境中實現碰撞檢測。角度數據、虛擬交通工具的運動軌跡及金幣的碰撞信息可以作為后續的康復評估的數據來源。

(3)研究康復訓練效果的評價模型對患者康復效果進行評價是康復訓練過程中的一個重要環節。根據康復醫學理論,構建康復訓練的評價指標體系。利用層次分析法確定康復訓練的評估模型。在執行虛擬訓練任務的過程中,將訓練機構采集到的訓練數據進行分析計算,得出該評價體系中的各指標值,利用評估模型綜合各個評價指標對患者的訓練效果進行綜合評估,評估的結果作為制定下一步康復計劃的依據。

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圖3 鼓膜/隔膜高頻振蕩呼吸機原理示意圖

1.3 高頻呼吸機所產生的壓力及流量波形對高頻呼吸機應用的臨床意義

1.3.1 八種高頻呼吸機氣道開放壓力波形比較

八種高頻振蕩通氣呼吸機壓力波形(氣道開放時)比較見圖4。在氣道開放時產生方形壓力波形；而其余五種呼吸機產生正弦壓力波形，其中呼吸機在正弦波形上產生切跡。高頻振蕩呼吸機產生方形波或吸氣波形存在切跡提示更多復合諧波合成，可能有更多能量傳遞至肺部。理論上采取鼓膜或隔膜振蕩的呼吸機所產生的能量大，系列；而活塞振蕩產生能量次之，如高頻呼吸機；而應用噴射氣流產生高頻氣流的能量大于呼氣閥阻斷原理產生的高頻氣流能量系列-正弦波形)。其臨床提示意義包括：在早產兒、低體重兒、肺保護避免肺部氣壓傷方面，采用氣流阻斷原理的呼吸機，包括較鼓膜振蕩高頻呼吸機更有優勢；雙向噴射氣流原理高頻呼吸機通常應用于足月新生兒，而如果需要更高能量支持的嬰幼兒或嚴重的呼吸衰竭可能鼓膜振蕩高頻呼吸機作為首選更佳。