一对多的远程手功能康复训练系统设计

摘要

将基于虚拟现实的远程康复机器人实时交互系统作为辅助治疗技术引入到中风患者的康复治疗中，已经逐渐得到国内外研究人员的重视，并已成为康复工程领域研究的热点问题。将虚拟现实技术应用到康复医学领域，可有效克服传统康复训练方法的局限性，远程医疗的应用则可以有效解决康复医师缺乏、康复医疗资源配置不均等问题，实现社区或家庭中专业的康复训练。
　　本文首先介绍了偏瘫康复的基础理论，对传统的临床偏瘫手功能康复治疗方法及其存在的问题进行了一定的研究，由此确定了一对多的远程手功能康复训练系统的主要研究任务。通过对手功能康复训练系统的功能需求分析，提出了被动运动、助力运动、主动运动、阻抗运动四种康复训练模式，据此给出了该系统的总体设计方案。
　　本文采用典型的客户端／服务器(C/S)模式，完成了一对多的系统架构。本文康复训练功能部分利用虚拟现实技术设计了多款情景交互式康复训练游戏，使康复训练活动变得生动有趣，解决了传统康复训练枯燥乏味的问题;远程康复部分具有远程控制和远程音视频交互两部分功能，将网络技术与多媒体技术结合，使一名医生可以同时远程监控指导多个患者的康复训练;还研究了用于计算机实时评估的手功能康复评估标准，有助于评判患者的康复情况，使系统功能更加完善。
　　最后，通过临床试验验证了该康复训练系统对偏瘫患者手功能康复的促进作用，证明了该系统在功能和性能方面都满足了最初的设计要求，在实际应用中具有可行性和有效性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题的研究背景和意义

1．1．1 课题的背景

1．1．2 课题的研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 本文主要研究内容

第二章 远程手功能康复训练系统的设计目标

2．1 偏瘫康复的理论基础

2．1．1 偏瘫概述

2．1．2 偏瘫的特征及异常运动模式

2．1．3 偏瘫的康复治疗

2．1．4 瘫痪的恢复过程

2．2 远程手功能康复训练系统的设计原则和目标

2．2．1 手功能康复的主要内容

2．2．2 康复训练系统设计的原则

2．2．3 远程康复的重要意义

2．2．4 远程手功能康复训练系统设计的目标

2．3 本章小结

第三章 远程手功能康复训练系统的总体设计方案

3．1 系统分析

3．1．1 功能分析

3．1．2 系统组成

3．2 康复训练装置介绍

3．2．1 康复训练装置的结构

3．2．2 康复训练装置的控制器

3．3 总体设计方案

3．3．1 设计思想

3．3．2 C／S开发模式

3．3．3 系统开发环境

3．3．4 康复训练模式

3．3．5 系统结构

3．4 本章小结

第四章 基于虚拟现实的康复训练功能的实现

4．1 虚拟现实技术

4．1．1 虚拟现实技术概述

4．1．2 虚拟现实与康复训练

4．2 设备通信与控制

4．2．1 计算机与设备控制器的USB通信

4．2．2 上下位机USB通信的实现

4．3 被动训练的实现

4．3．1 被动训练分析

4．3．2 被动训练流程

4．3．3 手指运动范围检测及显示

4．3．4 被动训练的实现

4．4 交互训练功能的实现

4．4．1 交互训练分析

4．4．2 实现康复训练游戏的关键技术

4．4．3 单手指训练游戏设计与实现

4．4．4 二手指训练游戏设计与实现

4．4．5 多手指训练游戏设计与实现

4．5 本章小结

第五章 远程康复功能的设计与实现

5．1 远程康复功能分析

5．2 网络通信基础

5．2．1 TCP／IP协议

5．2．2 Windows套接字

5．2．3 基于TCP与UDP的Socket编程

5．3 网络通信模块设计与实现

5．3．1 网络通信模块类设计

5．3．2 TCP数据包

5．3．3 网络通信流程

5．4 音视频传输模块设计与实现

5．4．1 DirectShow简介

5．4．2 音视频采集

5．4．3 音视频数据压缩和传输

5．5 远程康复功能的实现

5．5．1 远程控制

5．5．2 远程音视频交互

5．6 远程康复功能测试

5．7 本章小结

第六章 康复评估方法研究与实验

6．1 康复评估方法

6．1．1 Brunnstrom评估法

6．1．2 Fugl-Meyer评估法

6．1．3 适用于本系统的评价标准研究

6．2 实验

6．2．1 实验对象

6．2．2 实验过程

6．2．3 实验结果和分析

6．2．4 实验结论

6．3 本章小结

第七章 总结与展望

7．1 课题总结

7．2 存在的问题与建议

致谢

参考文献

作者在攻读硕士期间发表的论文及专利