CN111388968B - 一种基于虚拟现实的步态平衡训练装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于虚拟现实的步态平衡训练系统，至少包括用于显示图像的智能眼罩，智能眼罩至少包括平衡模块、显示模块和图像处理模块，图像处理模块将与训练模式匹配的训练导向图案与采集的实时场景结合形成实时训练场景并发送至显示模块，在用户基于显示模块显示的实时训练场景按照设定的训练规则进行行走训练的情况下，平衡模块记录与时间相关的平衡数据并在接收到显示指令的情况下将与时间相关的平衡数据发送至显示模块。本发明通过将训练导向图案与训练的真实场景相结合来使得用户能够看到真实的世界，能够避免真实场景中的危险。本发明不需要采集用户的步态信息以及动作信息，减少传感装置的设置，减少训练装置使用的复杂性。

Description

一种基于虚拟现实的步态平衡训练装置及系统

技术领域

本发明涉及医疗训练技术领域，尤其涉及一种基于虚拟现实的步态平衡训练装置及系统。

背景技术

我国老年人跌倒发生率非常高，跌倒也是占老年意外伤死亡的主要因跌倒与步态不稳密切相关，训练步态平衡是减少老年人跌倒的有效训练方法。现有技术中训练步态的方法有很多，易学，行之有效的方法很少，目前使用方格训练方法在临床使用易接受，但是这种训练方法受地点限制，需要在地上画格子，让患者根据医护人员要求踩踏相应的格子进行训练，这种平衡训练需要时间长，循序渐进的练习，一般需要3个月左右时间，甚至更长，而住院患者不可能长时间住院，需要居家进行练习，没有专业的指导和监督，患者很难坚持。因此需要一种电子虚拟步态平衡训练仪，方便练习，不受地点限制，还可以对每次训练的时间、步态训练的模式和身体晃动幅度进行记录，对患者起到鼓励和监督作用。

例如，中国专利CN 109731292 A公开了一种基于虚拟现实技术的平衡能力测试与训练系统及方法，该系统包括：测试定制模块用于定制测试方案；训练定制模块用于根据平衡能力报告生成训练方案；虚拟场景模块用于根据测试方案进行仿真虚拟训练场景的呈现，根据训练方案创建虚拟训练场景来进行平衡训练；姿态捕捉模块用于在仿真虚拟训练场景中获取动作数据和重心坐标，输出至测试评估模块形成平衡能力报告，在虚拟训练场景中进行姿态检测和获取重心坐标。该专利的缺陷在于，需要捕捉动作数据和重心坐标，数据分析复杂且误差率高。不仅如此，相同的动作存在个体差异，动作捕捉复杂且存在较大难度，导致最终的评估结果由于个体化差异而误差较大。

中国专利CN108648797A公开了一种基于虚拟现实设备实现前庭康复的家庭医院两用的便携式康复训练系统及方法，训练系统包括量表评估模块、虚拟现实设备、定位传感器、训练自评模块和训练存储模块，所述的量表评估模块具有眩晕与平衡障碍量表，所述的眩晕与平衡障碍量表用于测评受训者的病情级别，所述的虚拟现实设备具有多个用于前庭功能障碍康复的训练视频，多个训练视频分成与病情级别相对应的训练级别，所述的定位传感器分别与虚拟现实设备和训练自评模块相连，定位传感器用于感测受训者的身体部位的康复训练情况，并且将感测结果传输给训练自评模块，所述的训练自评模块根据接收到的感测结果完成自评评分。该专利同样具有数据运算复杂的问题，并且在人员进行训练眩晕后具有摔倒受伤的风险，现场没有相关辅助人员或设备规避受伤风险。

中国专利CN110755083 A公开了一种基于虚拟现实的康复训练方法、运动评估设备、虚拟现实设备和康复训练系统。方法包括：采集用户的运动信号，将运动信号发送给上位机，以使上位机将运动信号和虚拟现实场景进行融合，得到融合画面，以及对融合画面进行分析，得到分析结果，当用户训练结束后，采集用户的步态数据，将步态数据发送给上位机，以使上位机根据步态数据，计算用户的平衡能力指数。一方面可降低用户的跌倒风险，另一方面有利于及时了解用户的平衡能力。该专利将步态数据与融合画面进行对比分析，不仅存在较大的误差率。而且，在存在个体差异的情况下，步态情况用于衡量平衡本身就存在误差，对于处于身体差异极端的用户会导致用户的平衡指数的计算误差增大。

中国专利公开了一种多功能平衡评测训练系统，应用于人体平衡能力训练及测评领域，包括数据采集、数据处理及平衡训练三大功能模块，其结构包括地表压力中心测试台、姿态传感器、扶手架、数据处理器件、外部信息显示器件和VR眼镜；扶手架用于防止受试者发生跌倒等意外，保护人身安全；地表压力中心测试台和姿态传感器采集人体平衡数据，通过wi-fi通信将数据传输给数据处理器件；基于人体平衡分析算法，人体平衡能力评价结果及参数显示在外部信息显示器件及VR眼镜上；该多功能平衡评测训练系统包括评测、自主训练和辅助训练三种工作模式，并为受试者提供平衡测试及训练虚拟游戏场景，提高平衡能力评测及训练过程的趣味性，结构简单，操作简便，便于推广。该平衡训练系统的地表压力中心测试台体量较大，不便于携带也不适用于家中使用，并且数据分析算法复杂，越复杂的算法和计算次数产生的误差越大，同样不利于个体差异化的平衡分析。

如上所示，现有市场存在大量的通过虚拟技术进行平衡训练的产品，都存在的问题为：第一，通过完全虚拟的虚拟现实场景来进行训练，使得用户脱离了本身所在的真实场景。真实场景不可能是完全空旷的，因此在平衡训练过程中，用户难以避免与现实场景中的物品或者墙壁的碰撞以及摔倒，安全系数不高，难以进行独自训练。第二，由于用户无法看见真实场景，难以避开训练场所中移动至训练区域的人或物，因而存在安全隐患。即使有专人看护，也难以完全避开危险。第三，现有技术中的平衡训练装置均设置有步态信息感应装置或者动作捕捉装置，使得平衡训练的信息采集以及数据变得复杂。即现有技术无法脱离步态信息或动作信息来对训练结果进行评估，不够简化。

此外，一方面由于对本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于发明人做出本发明时研究了大量文献和专利，但篇幅所限并未详细罗列所有的细节与内容，然而这绝非本发明不具备这些现有技术的特征，相反本发明已经具备现有技术的所有特征，而且申请人保留在背景技术中增加相关现有技术之权利。

发明内容

针对现有技术之不足，本发明提供一种基于虚拟现实的步态平衡训练方法和系统。针对现有技术中的虚拟现实场景脱离真实训练场景的弊端，本发明的一种基于虚拟现实的步态平衡训练系统，至少包括用于显示图像的智能眼罩，其特征在于，所述智能眼罩至少包括平衡模块、显示模块和图像处理模块，图像处理模块将与训练模式匹配的训练导向图案与采集的实时场景结合形成实时训练场景并发送至所述显示模块，在用户基于所述显示模块显示的实时训练场景按照设定的训练规则进行行走训练的情况下，所述平衡模块记录与时间相关的平衡数据并在接收到显示指令的情况下将与时间相关的平衡数据发送至所述显示模块。本发明通过将训练导向图案与训练的真实场景相结合来使得用户能够看到真实的世界，从而能够避免真实场景中的危险。本发明不需要采集用户的步态信息以及动作信息，从而减少了传感装置的设置，减少了训练装置的体积、重量以及使用的复杂性。

针对用户对于训练模式选择的困难，本发明的系统还包括与所述智能眼罩以无线的方式连接的至少一个终端，所述终端设置有用于选择训练模式的训练模块。所述图像处理模块基于所述训练模块发送的训练模式信息更新所述训练导向图案并形成实时训练场景。在所述智能眼罩与终端建立连接的情况下，所述训练模块基于由所述平衡模块发送的与时间相关的平衡数据评估康复等级。通过智能眼罩与终端的关联，本发明的终端的训练模式既能由用户自身进行选择和设置，也能够由医护人员远程或者近程进行训练模式的选择和设置，有利于用户在与当前康复水平恰当的训练模式中进行平衡训练。

针对用户的平衡训练过程存在错误动作的问题，在进行行走训练的情况下，所述图像处理模块基于由图像采集模块采集的脚步位置与基于训练规则设定的指定区域的匹配度参数来确定用户的有效行动参数。本发明中，用户的脚步踩在了错误的区域，则用户的行动是无效的。本发明通过对踩在正确区域的行动计算为有效的，进一步正向鼓励用户进行准确的平衡训练并且有利于综合评估用户的康复结果。

针对中老年人对于训练规则的接收和理解效率低的问题，所述智能眼罩还包括语音模块，在确定训练模式的情况下，所述语音模块基于所述脚步位置与基于训练规则设定的指定区域的匹配度参数以语音的方式向用户反馈与行为结果相关的语音信息。本发明通过语音来告知或者讲解用户训练规则信息，使得用户在通过显示模块观察实时训练场景时能够快速理解训练规则，减少了医护人员对于训练模式的介绍和讲解时间。

现有技术对于平衡数据的检测需要计算上身或者腿部以及脚步的动作协调下，采集数据冗余且计算复杂，效果也不好。本发明的平衡模块为电子式钟摆式平衡仪，在行走训练的过程中，所述电子式钟摆式平衡仪将与时间相关的摆幅参数发送至训练模块存储和/或评估康复等级。设置在智能眼罩中的电子式钟摆式平衡仪能够随着用户头部的摆动来进行钟摆摆幅的变化，能够直观的通过数据反映用户的摇摆情况，也有利于普通用户特别是老年用户对于平衡数据的理解，提高用户配合平衡训练的配合度。

现有技术中，平衡训练需要用户进行指定的上肢动作和下肢动作的训练，用户在训练过程中普遍存在完成度低的情况，从而很难获得可观准确的平衡数据。所述图像处理模块基于所述训练模块发送的训练模式信息将对应的训练导向图案与所述图像采集模块采集的实时地面场景适应性结合形成能够与训练规则相对应的实时训练场景。本发明将训练导向图案仅设置地面，不仅降低了虚拟场景与现实场景的结合难度，而且也仅关注用户的脚步位置，上肢可以无约束地进行动作。在用户进行训练过程中，用户自然的将视野集中在地面以及自己的脚步位置，从而不需要专门的装置采集步态信息，仅通过视野图像就能够获得脚步的位置信息，简化了获得用户的脚步位置信息的方式。

针对虚拟现实场景显示复杂，用户配合度低、完成度低的问题，本发明的所述训练导向图案为具有引导性因素的有序排布的几何图案。所述引导性因素至少包括与几何图案相关的语音信息、形状特征、颜色特征、数字特征、文字特征和/或符号特征。几何式的训练导向图案，有利于中老年人对训练模式的理解，从而提高中老年人的训练行为的理解程度、完成度和配合度。考虑到训练过程中信号缺失的情况，为了避免训练过程中的数据丢失从而造成康复结果的缺失。本发明的所述智能眼罩还包括至少一个存储模块，在所述智能眼罩的第一无线通讯模块与终端的第二通讯模块断开连接的情况下，所述存储模块将与时间相关的平衡数据临时存储，并且在第一无线通讯模块与第二通讯模块建立连接的情况下，所述存储模块将存储的与时间相关的平衡数据及对应的训练模式信息发送至终端的训练模块。本发明通过存储模块的设置，能够使得数据临时存储，并且在通讯连接后在进行全部数据的传送，保证了数据的存储，避免数据丢失。

所述智能眼罩的第一无线通讯模块与云服务器连接，云服务器与至少一个终端连接，所述云服务器存储有由训练模块发送的训练模式信息以及所述智能眼罩发送的平衡数据，其中，所述云服务器中的建议模块基于所述训练模式信息以及对应的平衡数据匹配对应的训练建议方案并且将所述训练建议方案反馈至所述终端和/或智能眼罩。通过云服务器的设置，使得医护人员通过远程终端根据平衡数据进行康复评估进行实现。更进一步地，对于当前的大数据时代，若干训练对象的平衡数据以及对应的康复等级、与康复等级对应的训练建议方案能够通过关联的方式进行存储。云服务器基于平衡数据反馈关联的训练建议方案能够减轻医护人员的负担。医护人员仅需要通过远程对建议方案进行进一步的补充建议即可。

所述图像处理模块基于所述图像采集模块采集的实时场景的角度变化来调节与其结合的训练导向图案的显示角度，从而使得实时训练场景根据用户的视野角度进行真实的角度变化。人在训练过程中视野是在持续变化的，因此训练导向图案需要配合视野内真实场景进行变化，有利于用户的行为配合和动作准确。

附图说明

图1是本发明的模块结构示意图；

图2是本发明的训练导向图案的示意图。

附图标记列表

100：智能眼罩；110：平衡模块：120：显示模块；130：图像处理模块；140：第一无线通讯模块；200：终端；210：显示屏；220：训练模式调节模块；230第二无线通讯模块。

具体实施方式

下面结合附图图1和图2进行详细说明。

现有技术中的通过虚拟现实环境进行平衡训练的装置，需要用户在佩戴眼罩的同时，依然需要用户在手臂、手部、腿部、膝盖、脚部佩戴相应的感应装置来与虚拟场景相结合，实现虚拟现实场景的呈现。然而虚拟现实场景脱离现实的训练场景，特别是用户在家中进行训练，没和用户的家中摆设都是不相同的，也没有足够大的空间去完成虚拟现实场景中的动作。不仅如此，由于脱离现实场景进行平衡训练，用户难以避开训练场景周围的物或人，存在较大的安全风险。若安排专人陪同训练，则占据了大量的人力资源。即现有技术中，用户无法通过虚拟现实场景进行肚子平衡训练。特别需要注意的的，需要进行平衡训练的用户，恰恰是自身平衡难以控制的病患或者中老年人，尤其以老年人居多，因此，平衡训练的训练模式、病人对训练模式的理解程度、完成度和配合的难度都是本发明要解决的重要问题。本发明旨在解决的技术问题是，在不使用穿戴式的感应设备采集用户的姿势或步态信息的情况下，如何实现将虚拟场景与现实场景相结合，形成现实场景中存在能够引导用户进行平衡训练的实时训练场景。

本发装置或者虚拟与现实相结合的康复训练装置及系统。明的基于虚拟现实的步态平衡训练系统，还可以是基于虚拟现实的平衡训练康复系统，平衡训练康复，本发明不局限于康复训练的应用，还能够应用于多人游戏的游戏领域。

实施例1

如图1所示，本发明提供一种基于虚拟现实的步态平衡训练方法和系统。本发明的基于虚拟现实的步态平衡训练系统至少包括智能眼罩100和终端200。智能眼罩100与终端200以无线的方式连接。无线的方式例如可以是蓝牙信号连接、WiFi信号连接等等，也可以是其他无线信号连接，只要能够实现无线传输信息的无线连接都可以。智能眼罩100通过第一无线通讯模块140和终端200的第二线通讯模块230进行数据连接。第一无线通讯模块140、第二线通讯模块230包括但不限于蓝牙信号通讯器、WiFi信号通讯器等。智能眼罩100与终端200均设置有对应的电源与开关，能够进行独立的启动和关闭。优选的，电源为可充电电源或者可更换电池的电池电源。优选的，本发明的智能眼罩不与终端连接，也能够进行正常的平衡训练。例如，训练模块同样设置在智能眼罩中，由用户通过按键来从显示模块显示的训练模式内容进行选择。

本发明的智能眼罩100包括图像采集模块。图像采集模块能够采集用户视野内的3D立体现实场景。在用户头部移动的情况下，图像采集模块设置在能够采集用户视野范围场景的任意位置。图像采集模块包括至少一个图像采集装置。优选的，基于人体结构原理，图像采集模块优选为2个图像采集装置。本发明的图像采集装置包括现有技术能实现图像采集的多种装置，例如相机、摄像头等等。本发明的终端200包括不可移动终端以及可移动终端，不可移动终端例如是台式功能的设备。电脑、多功能电视等，可移动终端可以是移动式手机、移动式电脑、平板电脑、智能手环、智能眼镜等等能够执行本发明终端。

本发明的一种基于虚拟现实的步态平衡训练系统，至少包括用于显示图像的智能眼罩100，所述智能眼罩100至少包括平衡模块110、显示模块120和图像处理模块130，图像处理模块130将与训练模式匹配的训练导向图案与采集的实时场景结合形成实时训练场景并发送至所述显示模块120，在用户基于所述显示模块120显示的实时训练场景按照设定的训练规则进行行走训练的情况下，所述平衡模块110记录与时间相关的平衡数据并在接收到显示指令的情况下将与时间相关的平衡数据发送至所述显示模块120。本发明通过将训练导向图案与训练的真实场景相结合来使得用户能够看到真实的世界，从而既能够进行训练又能够避免真实场景中的危险。本发明不需要采集用户的步态信息以及动作信息，从而减少了传感装置的设置，减少了训练装置的体积、重量以及使用的复杂性。

本发明中的实时训练场景为虚拟图像与真实场景的结合虚拟真实场景。用户能够看到真实场景，并且看到真实场景中的虚拟场景。例如，显示模块为透明模块，用户通过显示模块能够看见真实的客厅场景，特别是客厅的地面场景。图像处理模块将训练导向图案与地面场景适应性结合并显示。用户在显示模块上看见真实场景的同时能够看见地面上的训练导向图案。优选的，图像处理模块将训练导向图案与真实场景进行三维立体式结合形成实时训练场景。在用户头部转动角度看真实场景的情况下，显示在地面场景的训练导向图案也适应性变化，使得用户感觉真实场景的地面上存在一个真实的训练导向图案，例如地面存在一个真实的格子图案。在用户踩上格子后，图像处理模块真实展示训练导向图案与用户位置的相对位置变化，使得用户产生真实踩在训练导向图案的感觉。因此，用户在平衡训练过程中既能够避开障碍物，在倾倒也容易抓住身边的物体例如桌沿来避免摔倒。

优选的，所述系统还包括与所述智能眼罩100以无线的方式连接的至少一个终端200，所述终端200设置有用于选择训练模式的训练模块220。所述图像处理模块130基于所述训练模块220发送的训练模式信息更新所述训练导向图案并形成实时训练场景。在所述智能眼罩100与终端200建立连接的情况下，所述训练模块220基于由所述平衡模块110发送的与时间相关的平衡数据评估康复等级。通过智能眼罩与终端的关联，本发明的终端的训练模式既能由用户自身进行选择和设置，也能够由医护人员远程或者近程进行训练模式的选择和设置，有利于用户在与当前康复水平恰当的训练模式中进行平衡训练。康复等级可以与平衡数据相对应，例如，一次平衡训练完成后，平衡数据与对应的分数向对应。而每一个分数范围对应一个康复等级。

优选的，在进行行走训练的情况下，所述图像处理模块130基于由图像采集模块采集的脚步位置与基于训练规则设定的指定区域的匹配度参数来确定用户的有效行动参数。例如，将格子图案与现实场景中的地面场景相结合，用户能够看到真实的现实场景以及地面的格子图案。格子图案设置与地面场景适应性结合。用户按照预设的训练规则进行训练，例如走指定的一列格子。脚步位置落在准确的格子内，则该脚步是有效的，否则是无效的。在此期间，平衡模块采集的平衡数据直观形成用户平衡能力以及康复结果的参考。

优选的，所述智能眼罩还包括语音模块，在确定训练模式的情况下，所述语音模块基于所述脚步位置与基于训练规则设定的指定区域的匹配度参数以语音的方式向用户反馈与行为结果相关的语音信息。语音模块为能够进行语音信息反馈的语音装置。语音装置至少包括语言存储芯片以及语音传输组件，从而为用户提供多国语言的训练规则的指导和提示。本发明通过语音来告知或者讲解用户训练规则信息，使得用户在通过显示模块观察实时训练场景时能够快速理解训练规则，减少了医护人员对于训练模式的介绍和讲解时间。

优选的，本发明的平衡模块可以是陀螺仪或者陀螺仪组合的平衡仪，也可以是现有技术中任何一款能够获得平衡数据的平衡装置或平衡组件。考虑到中老年人的理解能力，特别是50岁以上的老年人的文化水平以及理解能力，本发明中的所述平衡模块110优选为电子式钟摆式平衡仪。本发明的电子式钟摆式平衡仪包括摆锤和摆轴。其中摆轴的转动角度能够以电子数据的方式输出。在头部摆动的过程中，钟锤能够适应性摆动。头部摆动的幅度越大，摆动频率越高，则摆锤摆动的幅度越大。头部摆动的幅度越小，则摆锤摆动的幅度越小。本发明不需要对每一个动作的平衡度进行精确的数据记录，只需要了解用户在平衡训练过程中整体的平衡状态。因此，电子式钟摆式平衡仪在头部的平衡状态中具有直观理解的优势。优选的，电子钟摆式平衡仪设置在智能眼罩的表面使得用户能够在面对镜子进行训练时进行平衡能力的直观观察。而高科技的陀螺仪明显不具备直观观察的优势且成本较高。在行走训练的过程中，所述电子式钟摆式平衡仪将与时间相关的摆幅参数发送至训练模块220存储和/或评估康复等级。优选的，电子式钟摆式平衡仪可以由摆锤式倾角传感器代替。

优选的，所述图像处理模块130基于所述训练模块220发送的训练模式信息将对应的训练导向图案与所述图像采集模块采集的实时地面场景适应性结合形成能够与训练规则相对应的实时训练场景。本发明将训练导向图案仅设置地面，不仅降低了虚拟场景与现实场景的结合难度，而且也仅关注用户的脚步位置，上肢可以无约束地进行动作。在用户进行训练过程中，用户自然的将视野集中在地面以及自己的脚步位置，从而不需要专门的装置采集步态信息，仅通过视野图像就能够获得脚步的位置信息，简化了获得用户的脚步位置信息的方式。优选的，在用户转换180度视野后，图像处理模块将新角度的视野内的现实场景与训练导向图案进行重新结合并显示为实时训练场景。用户既能够看清自己的家内环境，又能够看清地面的训练导向图案，能够独自一人安全地进行平衡训练，并且在倾倒时能够及时抓住训练位置周围的辅助物，避免危险的发生。本发明的优势在于，即减少了陪护人员的人力浪费，又能够使得平衡训练具有趣味性。

优选的，所述训练导向图案为具有引导性因素的有序排布的几何图案。几何式的训练导向图案，有利于中老年人对训练模式的理解，从而提高中老年人的训练行为的理解程度、完成度和配合度。本发明通过测试，中老年人的完成度非常高，接近99％。有序排布的几何图案例如是各种阵列排布的三角形、矩形、多边形、蜂窝式图案、蛛网型图案等规则或者不规则的图案。本发明的几何图案可以是平面的，也可以是立体的。优选的，与地面场景相结合的几何图案是平面的，有利于减少用户的阻碍心理。本发明的所述引导性因素至少包括与几何图案相关的语音信息、形状特征、颜色特征、数字特征、文字特征和/或符号特征、图案特征。例如，在多个方形格子阵列中显示有不同颜色、不同数字或者符号。训练规则为单腿跳进数字为3的格子，或者单腿跳进红色的格子。图案特征例如是小狗图案。

优选的，所述智能眼罩还包括至少一个存储模块。在所述智能眼罩的第一无线通讯模块与终端的第二通讯模块断开连接的情况下，所述存储模块将与时间相关的平衡数据临时存储，并且在第一无线通讯模块与第二通讯模块建立连接的情况下，所述存储模块将存储的与时间相关的平衡数据及对应的训练模式信息发送至终端的训练模块。本发明通过存储模块的设置，能够使得数据临时存储，并且在通讯连接后在进行全部数据的传送，保证了数据的存储，避免数据丢失。在训练结束后将数据一次性传输至终端还有利于，避免用户在平衡训练的过程中不停关注训练数据而干扰训练过程中的注意力，时的本身平衡能力不佳的用户能够集中精力进行平衡训练。

优选的，所述智能眼罩的第一无线通讯模块与云服务器连接，云服务器与至少一个终端连接，所述云服务器存储有由训练模块发送的训练模式信息以及所述智能眼罩发送的平衡数据，其中，所述云服务器中的建议模块基于所述训练模式信息以及对应的平衡数据匹配对应的训练建议方案并且将所述训练建议方案反馈至所述终端和/或智能眼罩。云服务器的优势在于，数据存储量大、数据处理效率高。因此，训练模式的数据处理可以设置在云服务器中，也有利于医护人员对于用户的医学康复远程监督。更进一步地，对于当前的大数据时代，若干训练对象的平衡数据以及对应的康复等级、与康复等级对应的训练建议方案能够通过关联的方式进行存储。云服务器基于平衡数据反馈关联的训练建议方案能够减轻医护人员的负担。医护人员仅需要通过远程对建议方案进行进一步的补充建议即可。

优选的，所述图像处理模块130基于所述图像采集模块采集的实时场景的角度变化来调节与其结合的训练导向图案的显示角度，从而使得实时训练场景根据用户的视野角度进行真实的角度变化。人在训练过程中视野是在持续变化的，因此训练导向图案需要配合视野内真实场景进行变化，有利于用户的行为配合和动作准确。例如，用户头部左右转动，则视野内的真实场景的角度发生变化，此时几何图案的角度相应发生变化，实现实时训练场景的真实变化，

优选的，本发明的训练模式还包括实时训练场景优化模式。在图像采集模块采集真实场景图像的情况下，图像处理模块130基于采集的真实场景中的地面场景计算并以有利于用户训练角度和训练距离的方式优先选择训练导向图案设置方式，从而使得结合形成的实时训练场景进一步有效进行平衡训练。进行平衡训练的用户主要为老年人，而老年人进行训练时站立的训练始发位置都是主观性的，视野内的实时场景不一定是最适合训练的位置。老年人有时候思维不是特别清楚，反应慢，不能够快速确定较佳的训练位置。如果仅根据用户站立的角度和位置所展示的实时训练场景，必然会使得用户平衡训练施展不开或者频繁转换角度进行训练的问题。例如，老年人站在客厅的中央，并不利于设置足够多的训练导向图案来进行平衡训练。因此，图像处理模块基于地面场景信息将训练导向图案设置在便于用户行动且足够长的客厅走廊，并且提示客户基于显示模块显示的实时训练场景站立在训练起始位置来开始平衡训练。本发明不是仅依据用户站立的角度和位置所展示的真实场景来设置训练导向图案，而是基于采集的真实场景信息来设置训练导向图案并且显示给用户开始训练的较佳位置，有利于用户获得较好的平衡训练体验和训练效果。

本发明仅采用智能眼罩进行平衡训练减少由于感应设备错误穿戴形成的平衡训练过程中的错误引导以及训练效果的错误评估。采用智能眼罩进行正确佩戴的优势在于，一般人均能够以正确的方式将眼罩从头部佩戴于眼睛的对应部位上，并且，智能眼罩上的鼻梁卡固部件有利于眼罩在眼睛前方的正确佩戴，避免了眼罩的倾斜或者水平移位。从而本发明的图像采集装置能够准确用户视野内的真实场景，用户也能够进行具有真实感的平衡训练。现有技术中的平衡参数的计算方法复杂，评估结果与采集参数没有直观的逻辑关系。用户收到平衡训练结果也不清楚从哪些角度来有意识的控制平衡。本发明采用头部摆动信息来直观体现平衡状态，减少了数据大量采集和运算的弊端，减少平衡数据的计算步骤和复杂程度，也有利于用户对平衡训练成绩的理解，从而促进用户在平衡训练过程中的有意识控制平衡，形成正向的、鼓励和激励的作用。

实施例2

本发明的基于虚拟现实的步态平衡训练方法包括：

用户佩戴好智能眼罩，启动电源以及通讯设备。在用户通过智能眼罩和/或终端选择训练模式后，图像采集模块采集用户视野内的现实场景信息并发送至图像处理模块130。图像处理模块基于训练模块发送的训练信息获得训练导向图案。图像处理模块将现实场景信息与训练导向图案结合形成实时训练场景并发送至所述显示模块120。显示模块将实时训练场景显示在用户的眼前。语音模块向用户传输训练规则信息。在用户基于所述显示模块120显示的实时训练场景按照设定的训练规则进行行走训练的情况下，所述平衡模块110记录与时间相关的平衡数据并将与时间相关的平衡数据发送至所述显示模块120。

例如，训练导向图案为踩方格训练。如图2所示，方格内显示不同的数字信息。训练模式包括：

(1)第1单格亮，训练项目①单脚站立②单前脚掌站立(睁眼和闭眼)；

(2)横向第一列和第二列1-1格亮，训练项目①踏步热身②双前脚掌站立(睁眼和闭眼)；

(3)纵向第一列1-2格亮，训练项目是前脚的足跟和后脚的前脚掌站立；

(4)第一纵列亮，训练项目是直线足跟挨足尖行进走；

(5)第一纵列单数亮，第二纵列双数亮，训练项目①双脚迈步行进走②双足跟迈步行进走③双前脚掌迈步行进走；

(6)第一纵列单数亮，训练项目是跨步行进走；

(7)第一纵列1第二纵列2第三纵列3第二纵列4第一纵列5第二纵列6第三纵列7第二纵列8第一纵列9亮，形成“之”行进走和前脚掌行进走；

(8)第一纵列1，第二纵列2第三纵列1亮，训练项目是前进、后退、横跨步；

(9)第一纵列，第二纵列9，第三纵列，第四纵列1，第五纵列亮起，“S”行进走；

(10)第一纵列，第二纵列1、9，第三纵列1、9，第四纵列1、9，第五纵列亮起，“○”环形行进走；

(11)第一和第二两列同时亮，单双单双数“8”行进走。

优选的，方格内的数字信息还可以为颜色信息、符号信息或者文字信息。例如，按照“开心快乐健康”的文字信息进行行走。

在用户正确踩入对应的格子后，训练模块为其加分，错误踩入格子，训练模块不计分。优选的，用于进行计分的不限于训练模块，还可以是设置在智能眼罩中的数据处理模块。本发明的图像处理模块、训练模块、数据处理模块可以是专用集成芯片，即载有相应数据处理程序的芯片。

优选的，本发明能够结合平衡功能测评模式方法来实现平衡参数的评估。

例如，平衡参数不仅包括头部的摆动幅度数据，还可以包括活动步态指数、功能性伸展测试参数、多方向伸展测试参数、平衡量表分数、单腿平衡测试参数、平衡功能自我感觉测试参数、改良的步态异常等级量表参数。

活动步态指数，用于评估受试者调整步态变化的能力，要求受试者测试8种不同的步态，每种步态得分0～3分，分别代表差到优良4个等级的评分，总分0～24分。得分越高提示平衡功能越好，得分小于18分提示跌倒的危险性增高。在进行训练测试的过程中，用户能够通过智能眼罩看到结合后的实时训练场景，基于收到的训练格则指示进行平衡训练。在平衡训练的过程中，数据处理模块基于图像采集模块采集的步态信息计算活动步态指数。由于用户能够看到真实的场景，则步态表现更自然，获得的平衡参数更准确。

功能性伸展测试，用于测试体位控制能力与静态平衡能力。受试者手臂前伸的最大距离(直立、肩前屈90度)小于7英寸提示移动功能受限，可在5分钟内完成。在图像采集模块通过采集真实场景来确定训练开始的情况下，数据采集模块开始记录图像采集模块中的用户手臂前伸距离。由于用户能够看见真实场景和训练导向图案，则会适应性避开障碍物来选择手臂前伸的方向，从而不会由于前伸触碰障碍物，具有更好的平衡测试效果。

多方向伸展测试，能够简便、有效测量四个方向(前后左右)稳定性的评测方法。与Berg平衡量表有很好的正相关，与记时起立走行走实验有很好的的负相关。在平衡训练的情况下，用户通过显示模块看到实时训练场景，能够在没有陪护人员的情况下，自主选择向四个方向都能够伸展的位置开启训练。数据处理模块采集用户分别向四个方向伸展过程中的摆动幅度参数来评估用户的多方向伸展的稳定性，更有利于平衡参数的准确性。

优选的，数据处理模块还依据Berg平衡量表来进行平衡参数的计算和评估。Berg平衡量表用于测评平衡与移动功能，15～20分钟可完成。包括14项日常生活测试项目，每项5级评分(0～4分)。0分为不能完成，4分为独立完成，总分56分。得分越高，提示平衡能力越好，评分小于45分提示有倾倒可能。数据采集模块基于用户的摆动幅度参数和Berg平衡量表来对用户的平衡能力进行评估。在用户能够看见真实场景与训练导向图案形成的实时训练场景的情况下，用户能够在熟悉的生活场景中进行日常生活测试项目，不会由于生活场景生疏而形成动作僵硬，更为放松的动作能够提供更准确的平衡参数和评估结果。这对于完全虚拟图像的智能眼罩来说是不可实现的。因为完全虚拟图像的生活场景与用户的生活习惯以及生活场景存在较大差异，用户很难进行完全放松的日常生活测试，因而得到的平衡参数与日常的平衡能力存在较大误差。

单腿评测测试，受试者分别在睁眼和闭眼时单腿站立保持平衡5秒。能够反映受试者在日常生活中的体位、步态变化，但不能预测所有跌倒事件。该测试敏感性36％、特异性76％、阳性测试值31％。本发明的平衡模块能够在用户测试的过程中获得用户摆动的平衡参数，以此来评估用户在日常生活中的体位、步态变化。由于用户能够看见真实测场景，在即将跌倒的时刻能够抓住身边的辅助物来避免跌倒伤害。

平衡功能自我感觉测试，用于测定受试者对平衡程度的感知以及跌倒风险对日常生活干扰的认识。图像处理模块将真实场景与虚拟的障碍物图像结合来测试用户的日常生活动作，使用户具有清晰的感受并反馈平衡的信息程度。即本发明的智能眼罩的使用，能够强化用户的平衡功能自我感觉，给出准确的反馈结果，毫无疑问测试的准确度会大幅度提高。现有技术中由用户回忆日常生活来进行填表反馈，其无法给出较为准确的反馈结果，仅凭借用户的自我感知来反馈，其准确度较低。

改良的步态异常等级量表，用于评价步态及测试社区老人跌倒风险。其包括7项步态测试，每项测试为4级评分(0～3分)，总分21分。得分越高，表示步态异常和有跌倒风险的程度越大。现有技术的步态测试，需要再指定的处所使用专用的设备来测量步态，老年人群体不方便进行测试且需要人员进行陪护。本发明的智能眼罩，老年人能够自我佩戴并且在家长进行测试，能够在用户基于实时训练场景进行平衡测试的过程中，数据处理模块依据头部摆动幅度参数、脚步位置参数来评估老人的跌倒风险参数。

优选的，本发明的训练导向图案，同样可以作为游戏场景，供用户进行游戏使用。此时，训练导向图案可以是平面的，也可以是立体的，根据游戏设计的需要来设定，增加趣味性。训练导向图案不限于几何图案，可以是任意形状的物品、建筑物以及生物。

需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本发明公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本发明的公开范围并落入本发明的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本发明说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种基于虚拟现实的步态平衡训练系统，至少包括用于显示图像的智能眼罩(100)，其特征在于，所述智能眼罩(100)至少包括平衡模块(110)、显示模块(120)和图像处理模块(130)，

图像处理模块(130)将与训练模式匹配的训练导向图案与采集的实时场景结合形成实时训练场景并发送至所述显示模块(120)，

在用户基于所述显示模块(120)显示的实时训练场景按照设定的训练规则进行行走训练的情况下，所述平衡模块(110)记录与时间相关的平衡数据并在接收到显示指令的情况下将与时间相关的平衡数据发送至所述显示模块(120)；

所述系统还包括与所述智能眼罩(100)以无线的方式连接的至少一个终端(200)，所述终端(200)设置有用于选择训练模式的训练模块(220)，

所述图像处理模块(130)基于所述训练模块(220)发送的训练模式信息更新所述训练导向图案并形成实时训练场景，

在所述智能眼罩(100)与终端(200)建立连接的情况下，所述训练模块(220)基于由所述平衡模块(110)发送的与时间相关的平衡数据评估康复等级；

在进行行走训练的情况下，所述图像处理模块(130)基于由图像采集模块采集的脚步位置与基于训练规则设定的指定区域的匹配度参数来确定用户的有效行动参数；

所述图像处理模块(130)基于所述训练模块(220)发送的训练模式信息将对应的训练导向图案与所述图像采集模块采集的实时地面场景适应性结合形成能够与训练规则相对应的实时训练场景。

2.根据权利要求1所述的基于虚拟现实的步态平衡训练系统，其特征在于，所述智能眼罩还包括语音模块，

在确定训练模式的情况下，所述语音模块基于所述脚步位置与基于训练规则设定的指定区域的匹配度参数以语音的方式向用户反馈与行为结果相关的语音信息。

3.根据权利要求2所述的基于虚拟现实的步态平衡训练系统，其特征在于，所述平衡模块(110)为电子式钟摆式平衡仪，

在行走训练的过程中，所述电子式钟摆式平衡仪将与时间相关的摆幅参数发送至训练模块(220)存储和/或评估康复等级。

4.根据权利要求3所述的基于虚拟现实的步态平衡训练系统，其特征在于，所述训练导向图案为具有引导性因素的有序排布的几何图案，

所述引导性因素至少包括与几何图案相关的语音信息、形状特征、颜色特征、数字特征、文字特征和/或符号特征。

5.根据权利要求4所述的基于虚拟现实的步态平衡训练系统，其特征在于，所述智能眼罩还包括至少一个存储模块，

在所述智能眼罩的第一无线通讯模块与终端的第二通讯模块断开连接的情况下，所述存储模块将与时间相关的平衡数据临时存储，并且

在第一无线通讯模块与第二通讯模块建立连接的情况下，所述存储模块将存储的与时间相关的平衡数据及对应的训练模式信息发送至终端的训练模块。

6.根据权利要求5所述的基于虚拟现实的步态平衡训练系统，其特征在于，所述智能眼罩的第一无线通讯模块与云服务器连接，云服务器与至少一个终端连接，

所述云服务器存储有由训练模块发送的训练模式信息以及所述智能眼罩发送的平衡数据，其中，

所述云服务器中的建议模块基于所述训练模式信息以及对应的平衡数据匹配对应的训练建议方案并且将所述训练建议方案反馈至所述终端和/或智能眼罩。

7.根据前述权利要求之一所述的基于虚拟现实的步态平衡训练系统，其特征在于，所述图像处理模块(130)基于所述图像采集模块采集的实时场景的角度变化来调节与其结合的训练导向图案的显示角度，从而使得实时训练场景根据用户的视野角度进行真实的角度变化。

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