体感设备Kinect在风湿患者康复中的应用研究

刘岩岩 于静 刘东武 高明利

摘要：风湿病是一种严重影响人正常生活的骨骼常见慢性病，至今还没有特效药可以根治，由于治疗上都是以控制治疗为主，因此医学上把辅助康复训练治疗提到了首位。基于以上的背景研究及后期患者康复需要，本文将探讨体感设备Kinect对风湿患者康复的治疗帮助。我们了解到目前风湿康复后期治疗主要是生活治疗、运动治疗、物理治疗，而体感设备Kinect的康复机器人在患者工作方式、关节运用模式训练上给予科学的指导。体感模拟康复训练环境将会提供给患者模拟真实的生活环境及游戏，带动患者训练全身肌肉组织，关节运动，进而提升患者的运动神经，对神经受损的患者，通过康复训练，提高患者的平衡能力。这个康复训练结构简单操作起来十分便捷，对大多患者都十分实用，关键是价格亲民，是大多数家庭能够承担的，且此康复模拟环境设计趣味性高，能让患者保持高度的主动性和跟从性。

关键词：生活治疗;物理治疗;体感康复机器人;体感模拟康复训练环境

中图分类号：TQ050.4

文献标识码：A

文章编号：1001-5922（2019）08-0127-04

風湿性疾病在这个时代越来越年轻化了，这是一种很难治的慢性疾病，患者承受着长期的折磨病痛。至今还没有出现一种专属的特效药或能够根治，一劳永逸的解决方法，风湿病对人的影响范围大，不仅仅是对患者身体的折磨，它带给患者长期的慢性疼痛，更对患者的日常生活影响很大。由于风湿病痛带来关节局部疼痛失灵，患者行动不便，无法正常独立生活。目前单一的药物治疗是远远不够的，药物治疗与运动康复治疗辅助是最有效的，也是目前最有效的治疗方法。因此风湿性疾病中人们把辅助和康复治疗提到了重要地位。生活指导与运动治疗成为风湿疾病治疗里十分重要的两大环节。而在这两大板块中如何最大限度去挖掘患者康复治疗效果成为我们将会研究的重点。

1 生活治疗与运动物理治疗

1.1 生活治疗

在日常生活中学会保护维护关节正确使用方法对维持关节功能和改善关节症状有长远意义的帮助。最大范围内保护关节的结构功能。患者应掌握如何避免及减少关节损伤及伤痛。指导患者用正确的肢体方式去使用关节，避免使用病患部位小关节及肌肉群，用可替代的大关节运用，长时间的使用定能养成良好正确的关节使用习惯。

1.2 运动疗法

运动疗法指的是患者利用器械，徒手或患者自身力量获得身体运动功能，感觉功能恢复的治疗方法。据美国医学杂志刊文，发现除了护理之外，接受脊柱操作和锻炼治疗的患者疼痛感减轻的最大，对疾病的总体评价有明显的改善。体感设备Kinect是微软公司于2010年推出的运动传感输入设备，可利用体感器感知识别到患者的肢体运动，目前运用比较成熟，主要运用于运动功能受损，运动神经损伤患者的平衡训练中，操作起来十分简单且此技术将治疗与兴趣结合一体化，在起到治疗效果的同时不失患者治疗兴趣。我们可以将Kinect的传感器，虚拟康复环境与康复机器人运用到风湿性疾病的辅助与康复治疗当中，帮助广大患者减轻病痛，早日康复。

1.3 物理治疗

物理治疗是利用重力、热因子、光波、电波、声波、微波或磁场等这些物理因子作用于患者，引起患者身体上发生一系列的生物反映，达到治疗目的。中药的离子导人治疗是一种中医特色的物理治疗。将通过辨证处方的中药电解为离子导人患者体内，能发挥中药治疗效果。按摩疗法也是不错的选择，通过推，理，揉手法，轻轻按摩，先使肌肉松弛，气血畅行，继而使用点，按，捏，拿手法通过缓解风湿症状来达到治疗风湿的目的。红外线照射：肿痛部分照射效果很好。

2 生活治疗与体感设备康复机器人

生活治疗对关节保护行为指导可以让患者长期受益，对维护减少关节损伤有指导性的帮助。通过生活治疗知道患者可改变工作方式和受累关节的运动模式或指导患者使用辅助装置来达到这一目标，从而最大限度的保护关节的功能和结构减少患处的损伤。基于Kinect体感技术的机器人辅助康复训练系统以患者后期康复为主体的设计理念，重在通过设计出更为实时，自然，沉浸的人机交互式模拟康复，以此来激励患者康复训练的积极性和主动性，最终满足不同的肢体功能运动障碍患者的康复需要。此系统硬件上是由计算机，Kinect传感器和康复机器人构成，患者动作交互以及康复机器人带动患者康复运动。康复机器人控制部分是体感设备kinect的重要组成部分，实现人机互动，机器人科学指导牵引，在康复训练过程中采用基于位置误差的触发式机器人控制器进行设计运用，进而稳定地引导患者进行上肢、腰部、脚部运动完成康复模拟环境任务，体感设备数据采集处理部分可开发一个对患者患处关节，肌肉相关的数据信息处理模块[1]。kinect传感器对运动追踪的信息，如图lKi-nect可捕捉人体骨骼，利用关节三维坐标进行实时运动轨迹转换路线，结合数据得出关节点运动角度，运动轨迹是重要依据，对机器人和患者的肢体相互作用进行实时运动调节控制，通过训练改变工作方式和受累关节的运动模式来维持关节，肌肉功能[2]。如图2系统总体软件系统互相配合运行，机器人牵引训练使得患者实际运动范围减少或超过标准运动范围时提供一定的触觉补偿辅助，规范患者关节或肌肉使用方法，养成良好的使用习惯，从而达到一定的治疗效果。

3 运动治疗与虚拟康复训练环境

3.1 运动疗法

运动疗法指出脊柱炎患者的家庭通过锻炼可以明显的改善该患者的脊柱功能，患者在医护人员的监护下锻炼和家庭锻炼能取得同样的效果，患者对疾病的总体评价有明显的改善。它主要是以人体神经中枢系统作为治疗康复对象，将神经发育学，神经生理学以及神经电学的基本原理和规律引用到脑功能损伤的运动障碍的康复治疗中，其中的技术包括，PNF技术，Rood技术，Bobath技术和Brunnstrom技术[3]。将康复治疗与人们日常反复训练多关节复合运动从而增强关节运动的协调性和控制能力。进行治疗性训练时要遵循关节保护原则，重点要注意以下几点

3.1.1 运用正确的运动模式使用关节

患者需要注意静坐或静站时，避免将肢体或外物放在患处，肢体或其他物体置于患处会增加患处内外部压力，加剧患处变形程;减少关节在同一个位置上放的时间过长;当一种活动进行超过了患者能承受的范围，患处将会加剧疼痛，患者要时刻关注自己身体的疼痛感。

3.1.2 维持和改善关节活动度

患者在风湿疾病发作急性时期，为了维护关节活动韧性，应该每天对患处每个关节做轻微主动的辅助运动，进行辅助运动时应该注意患者应控制不要有疼痛感，不要有抗阻力情况下进行。突然，强烈猛烈的运动会给炎性关节带来严重损伤。

3.1.3 维持和增加肌力

肌力增强训练需要避免反复的关节运动和关节刺激。反复的应力性关节活动将会加剧关节的炎性病变，患者在进行治疗性训练时，应将受累关节的活动范围降到最低程度。

3.1.4 维持和改善耐力

既可以达到治疗目的又能达到吸引患者兴趣的治疗模式需要投入更多研究，大多数学者研究认为中等负荷的运动对关节炎患者是安全靠谱的。关于腰痛的治疗性训练，可以分为屈曲运动和伸展运动，通过强化肌肉力量和舒展程度、拉动相关软组织，达到缓解腰痛的目的，如图3所示。

3.2 虚拟康复训练环境

虚拟康复训练环境是指由计算机生成的模拟现实环境的三维立体逼真画面，用户可自然的从视觉，触觉等感官系统与虚拟环境进行交互，在无需康复医生的康复干预的情况下有充足的时间来进行反复强化肌肉，关节运用等运动[4]。其次，康复系统是个人机互动系统，会时刻根据患者的信息即使反馈调整，根据患者的运动需求不同，设置不同难度等级虚拟人物，增加患者运用治疗的趣味积极性，激励患者由被动治疗转为主动治疗。最重要的是模拟康复训练环境模拟的都是一些现实生活环境，患者在长期的训练中掌握的都是日常生活使用关节，肌肉等方法，动作行为方式，从而患者可将学到的训练能力本能的转化到现实生活中去。

3.2.1 虚拟环境一擦桌子游戏

如图4所示为虚拟环境中的擦桌子游戏，患者可以通过Kinect传感器控制场景中的可变色方块，患者的手臂，身体都可以对其进行上下左右操作，目的是通过患者的肩关节，腕关节，肘关节的整体运动的调节训练，从而促使患者的上肢的协调性和连贯性得到明显改善。擦桌子游戏虚拟康复训练场景主要适用康复治疗后期的上肢运动障碍的患者。通过制定康复训练使得患者肩部，肘部和腕部的运动机能和范围有所中和改善。

4 结语

风湿病痛作为一种目前没有根治之法的慢性疾病。，长期折磨广大病友且涉及的人群广泛。目前市面上还没有出现特效药或是能一劳永逸的治疗方法，患者主要依靠药物及后期康复治疗，而康复治疗中锻炼对防止关节僵直萎缩、防止肌肉萎缩、促进血液循环、恢复关节功能、振奋精神、增强体质、增加康复信心有很大作用。而Kinect具备价格低廉，装备便捷，开发简单推动着人机交互的发展优势，是一个低成本的运动跟踪系统硬件替代品，相比于佩戴式等其他光学追踪传感器，Kinect更加小巧，方便，价格实惠，适用于大多数平民家庭。且此体感设备的康复机器人及模拟康复训练环境大大增加了训练的趣味性，让治疗不仅仅是治疗更是愉快的玩耍，使被动治疗转为主动积极性，且康复机器人引导实时监控调节。节省时间的同时又能达到训练效果，一举两得。体感模拟训练环境中包含了的体感游戏趣味性强，加上模拟现实场景大大提高患者对康复训练的主动性;Kinect游戏可供多人共同参与，患者不是一个人在参与，集体参与训练效果有效性高，参与度大大提高，利用体感游戏Kinect进行康复训练，患者可以更好地学习康复动作要领，还能够保证患者安全。综上所述，將体感设备kinect运用到风湿患者的康复研究中具有重大的意义。

参考文献

[1]淦创，基于3D体感技术的动态手势识别[J].光电技术用，2012，27（4）：56-58.

[2]张丽，瓮长水.虚拟现实技术在老年康复医学中的研究进展[J].中国康复理论与实践，2012，18（1）：44-45.

[3]王文春，王倩，庞日朝，等，基于虚拟现实技术的认知功能康复训练系统的设计与构建[J].中国康复理论与实践，2012，18（10）：988-990.

[4]罗元，谢或，张毅，基于Kinect传感器的智能轮椅手势控制系统的设计与实现[J].机器人，2012，34（1）：110-113.