用处不大 主要是通过VR构建场景 在虚拟现实中做动作
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摘要
基于虚拟现实(VR)的脑卒中康复已被证明在提高脑卒中患者的积极性和功能表现方面是有效的。新的动作感应技术Kinect成本低，而且不需要患者在身上佩戴传感器，从而增加了行动的自由度。本研究的目的是利用Kinect技术开发一种虚拟脑卒中康复系统，具有单侧和双侧任务，用于上肢功能的恢复。两名不同运动严重程度的参与者在8周内每周接受3次30分钟的中风康复治疗(总共24次训练)。WMFT,TEMPA,FMA用于收集康复前后的数据，并在后续检测中检测功能性能的变化。在康复计划完成后，使用拟议的基于kinect的虚拟现实训练系统，两名参与者的WMFT、TEMPA和FMA结果都有所提高。
1、introduction
在美国，中风是导致长期残疾的主要原因。中风后，近80%的幸存者在3个月后上肢功能未达到预期水平，使其难以进行日常活动，导致生活质量下降。传统的脑卒中运动功能康复治疗，包括物理治疗和职业治疗，被认为是改善上肢运动功能的有效干预手段。患者被要求适应他们的生活，以建议的治疗方案和进展是缓慢和复杂的记录。许多中风幸存者在纵向治疗期间难以保持积极性，临床医生无法在医院提供高质量的护理。
在过去的十年中，研究人员一直在研究虚拟现实(VR)系统在中风康复中的应用。尽管有证据表明，在虚拟环境[3]中设计中风康复后，中风幸存者的动机增加，完成任务的时间延长，但患者和虚拟现实系统之间的接口仍然是一个挑战。例如，中风幸存者可能会努力将受损的手放入包含检测手部运动传感器的网络手套中。人机界面需要一个适当的设置，这样基于虚拟现实的中风康复能够准确跟踪运动轨迹，提供适当的反馈，并记录实时的身体表现。
现有的康复研究大多使用自主研发的硬件，如Ksenia[4]设计的光学运动捕捉系统，Nicole等人[5]设计的由光学和传感器组成的混合现实系统，以及Lauri等人[6]设计的触觉手套力反馈系统。这些虚拟现实应用应用于康复系统。尽管研究结果令人印象深刻，但这些方法需要使用复杂的硬件，导致了成本、复杂性和缺乏普遍性方面的挑战。
在本研究中，我们将Kinect应用于虚拟现实环境的开发。目前大多数使用Kinect的学术研究都与计算机图形学有关。然而，只有少数研究将Kinect应用于医疗或物理治疗领域。虽然有这样的例子，如生物医学影像信息的体感控制和Chang等人在台湾[7]进行的康复研究，但这些研究仍处于早期阶段。
本研究的目的是:(1)开发一种创新的基于kinect的脑卒中康复虚拟训练系统;(2)通过测量行为的变化来检验拟议系统的可行性和治疗效果;(3)检查用户对所提出系统的技术的接受程度。
2、METHODS
A. Study Participants
两名中风、偏瘫和中度和重度运动损伤的参与者被招募。患者情况：
B. System Architecture
设备：Microsoft Kinect?, Unity 3D Engine (version 3.4.0f5, Unity Technologies, US), and 3D Vision? (Nvidia Corp?, US) glasses.
VR任务使用Unity 3D Engine构建，并配备了评分系统、多种难度等级、多符号表示等多种游戏功能，以提供即时用户反馈，适应用户能力，并吸引和激励用户。
用户在虚拟现实环境中佩戴3D眼镜感知空间深度。Kinect摄像头被放置在屏幕下方距离用户1.6米的地方，捕捉骨骼信息并进行实时的全身运动跟踪。首先记录上肢长度和工作空间深度。然后将右肩峰的肩关节映射到三维坐标。虚拟环境中15个骨架坐标。
C. Design of Task I: Unilateral Ball Throwing
要求参与者在起始位置抓住虚拟篮球，伸展手臂到达空间目标，然后让程序自动将其扔入虚拟篮球中(图3)。这个过程重复10次。
D. Design of Task I: Unilateral Ball Throwing
这个任务模拟了一个双方投球和接球的游戏。通过扩展他们的上臂,参与者控制虚拟化身的手摸一个球,然后扔到对面,左和右手臂之间的反弹(图4)。抛和捕捉运动在虚拟环境中执行导致球来回反弹,为双侧手臂伸展创造机会。在这项任务中，一个虚拟球出现在参与者的前面和右边。参与者用右手触球，使球弹起。然后，根据物理定律计算出的预定路径扔出球。球的冲击产生下一个着陆点，该着陆点被自动调整，使球落在参与者够得着的范围内。参与者协调左右双手，依次从左向右、从右向左颠球6次。
E. Testing Procedures
一名经验丰富的治疗师监督了两名参与者基于kinect的虚拟现实康复。两名参与者在8周内每周接受3次30分钟的中风康复治疗。两位参加者总共参加了24个训练课程。为避免疲劳，连续两次训练之间的时间间隔为24小时。
VR系统的2个任务主要是移动肩膀和肘部。每个任务需要参与者完成15-20次试验(每个任务大约需要15分钟)。任务的顺序并不是预先计划好的，试验的选择是基于参与者的能力。例如，试验的选择是基于肩膀的屈曲范围和肘关节的伸展长度。如果参与者能够将肩膀弯曲成45-135°，并将肘部伸展至手臂长度的75%，治疗师就会选择中度试验。两名参与者都在实验的第0周、第8周和第12周接受了评估。
F. Outcome Measures
因此，我们总结了上肢功能和肌肉力量评分来代表上肢功能对生活质量的影响。
受试者102表现为中度损伤，在屈曲协同和协同协同中的意志运动中，当执行肩内缩、肩上提和肩外展至90°时，他的评分从17分提高到20分。然而，在后续测试中，102名参与者的肩外展和肩屈180°各失1分，因此在测试后的最后得分为18分。
