物理治疗学16第16章虚拟现实技术76

1、物理治疗学（第2版）第一节概概述述第二节虚虚拟拟环境在在脑损伤伤患者中中的应用虚拟环境境训练技技术第十六章李红玲内容简介虚拟现实实概述定义、组组成、关关键技术术、特征征、进展展虚拟现实实技术在在康复中中的应用用仪器介绍绍概述第一节一、虚拟拟现实的概概念虚拟现实实的英文文为Virtual Reality,简写为“VR”（译作灵灵境、幻幻真），是由美美国VPL公司创建建人拉尼尼尔（JaronLanier）在80年代初提提出的，也称灵灵境技术术或人工环境境VR是指用计计算机生生成的一一种特殊殊环境，人可以以通过使使用各种种特殊装装置将自自己“投投射”到到这个环环境中，并操作作、控制制环境，实现特特殊

2、的目目的，即即人是这这种环境境的主宰二、VR系统的构构成VR环境系统统包括建建模、控控制和媒媒体数据据源三部分VR系统可由由如下各各部分构构成高性能计计算机系统、计计算机图图像的特特征采样样与图形形交互作作用技术虚拟环境生成器计算机网网络三、VR的关键技技术（特特征）沉浸性（immersion）指用户对虚虚拟世界界中的真真实感，此种真真实感将将使用户户难以觉觉察、分分辨出其其自身正正处于一一个由计计算机生生成的虚虚拟环境境中交互性（interaction）指用户对虚虚拟世界界中的物物体的可操作性性VR的关键技技术（特特征）构想性（imagination）是指用户户在虚拟拟世界的的多维信信息空间

3、间中，依依靠自身身的感知知和认知知能力可可全方位位地获取取知识，发挥主主观能动动性，寻寻求对问问题的完完美解决四、VR的应用科技研究 虚拟实训基地 虚拟仿真校园模拟飞行器模拟手术虚拟战场场景战场人员虚拟现实实在城市市规划中中，在医医学，娱娱乐、艺艺术与教教育方面面，军事事与航天天工业，室内设设计中，房产开开发，工工业仿真真，应急急推演，文物古古迹，游游戏，Web3d/产品/静物展示示，道路路桥梁，地理，虚拟演演播室，水中，维修等等方面均均有广泛泛应用五、VR在国内康康复领域域的发展展上肢康复训练练机器人人虚拟环环境建模模技术虚拟现实在踝踝关节康康复系统统中的应用基于语义虚拟拟环境的的虚拟人人动

4、画研研究与实现虚拟现实在手手臂外骨骨骼康复复系统中中的应用VR在康复训训练中的的应用第二节一、概述述可视化虚虚拟康复复疗法由由Wann和Turnbull于1993年首次提提出，通通过调查查，他们们指出生生物反馈馈的传统统方法受受到太多多的限制制，而且且不能良良好地转转换为功功能性任务可视化虚虚拟康复复的概念念即为患患者提供供一个虚虚拟环境境，利用用一个计计算机生生成的世世界可以以让患者者看见其其自身执执行功能能任务。也被称称为计算算机辅助助疗法概述VR系统根据据其沉浸浸程度和和系统组组成可分分为3种1. 桌面式2. 大屏幕式3. 头盔式3. 头盔式二、虚拟拟现实的治治疗作用用反馈-激励：可可视

5、化虚虚拟治疗疗计划可可向患者者提供持持续而迅迅速的反反馈，这这些反馈馈创造并并且增强强了患者者的治疗疗积极性注意力高度集中促进生活活技能转化可视化虚虚拟康复复形成的的良性循环环VR运用于康康复治疗疗涉及的的科学原原理重复 反馈 动机 主动运动运动想象探索学习 虚拟现实实在康复复训练中中的优越越性可以使患者能能以自然然方式与与具有多多种感官官刺激的的虚拟环环境中的的对象进进行交互比人类教练练更有耐耐心和一致性，患者可以根据据自己的的情况反反复观察察模仿练习减少在真实环环境中由由错误操操作导致致的危险可提供多种种形式的的反馈信息，使使枯燥单调调的运动动康复训训练变得得更轻松松、有趣趣和更容易虚拟现

6、实实在康复复训练中中的优越越性虚拟现实允许许用户进进行个性性化设置，将运动训练练、心理理治疗及及功能测测评有机机地结合合起来，针对患者个人人的实际际情况制制定恰当当的康复复训练计划由于虚拟环境境与真实实世界的的高度相似性，在虚拟环境境中习得得的运动动技能能能更好的的迁移到到现实环环境中虚拟现实实技术在在康复中中的应用用（一）平平衡和协协调康复复训练抛接球任务：要求患者横向向朝目的的地行走走的同时抛接虚拟拟篮球传送带任任务：要求一条患者者从虚拟拟传送带带上搬起起虚拟木箱，并并转身放到到另虚拟拟传送带带上滑雪任务务：要求患者学习习从小山山坡上滑滑雪而下，并练习躲避避两旁的的树木、岩石等等虚拟障碍物

7、鼹鼠、拼图等等游戏坐姿训练站姿平衡训练站立坐下训练虚拟现实实技术在在康复中中的应用用（二）上上下肢康复复训练（改善ROM、增强肌肌力、增增加速度度和促进进分离运运动等)用于上肢训练练的游戏戏，如拼图图、排球球、鸡蛋蛋、游乐乐场等上肢综合训练踝关节运运动控制制训练：在虚拟飞飞行任务务中,患者将脚脚放在与与设备(6个自由度度活动与与反馈)相连的踏踏板上,训练利用用脚驾驶驶虚拟机机的运动动控制能力虚拟健身车：以自行车骑骑行方式式训练和和恢复受受损的下下肢运动动功能移动、抓抓、放等等操作：利用时差差距离摄摄像头、数据手手套和罗罗格斯控控制手套套，患者者可以对对虚拟的的物体进进行移动动、抓、放等操作虚拟

8、现实实技术在在康复中中的应用用（三）日常生活活行能力力训练虚拟厨房房等家庭庭环境：练习倒倒茶、烹烹饪、打打扫、购购物等日日常活动虚拟超市市：训练智智力障碍碍患者在在虚拟超超市中购购物的程序虚拟现实实技术在在康复中中的应用用（四）认知障碍碍的治疗疗记忆障碍碍：让受试者置置身于与与真实世世界功能能接近的的虚拟环环境中进进行记忆忆能力及及学习能能力训练练注意力障碍：注意缺失失患者在在虚拟环环境中接接受长时时间训练练时，容易易保持注意意力集中中虚拟现实实技术在在康复中中的应用用（四）认知障碍碍的治疗疗空间认知障碍碍：利用计算算机构造造三维虚虚拟建筑筑物等空空间物体，传传递与实际环环境同样样的刺激，从从

9、而促进空间间能力提提高心理治疗疗：用于恐高高症、飞飞行恐怖怖和广场场恐怖症症、男性性性功能能障碍等等虚拟现实实技术在在康复中中的应用用（五）有有氧训练练1.狐狸游戏：训练快速速横向(横着)行走2.鼹鼠游戏戏：通过一种种动态平平衡运动动健身3.菜园游戏：这是一项项密集型型训练，患者必必须反复复走动和和蹲坐虚拟现实实技术在在康复中中的应用用（六）轮轮椅训练练1.花园游戏：训练坐在在轮椅上上准确地地操纵。患者根根据视觉觉线索操操作轮椅椅在不同同方向上上拾取对对象（采采花），训练轮轮椅的移移动性。随着练练习难度度的增加加，要采采集的障障碍物（花朵）数量和和要躲避避的对象象（乌龟龟等）数数量随之之增加2

10、. 阻止狼游戏通过一种动态平衡运动健身VR仪器设备备介绍第三节一、跑步步机（如如SilverfitMile）随着跑步步机的问问世，将将跑步作作为散步步一样愉愉快的运运动已成成为可能能 。程程序员在在跑步机机前设计计了一个个大屏幕幕，投影影仪模拟拟虚构了了一个虚虚拟环境境。跑步步机可以以安装在在壮丽的的自然奇奇观中，或著名名的城市市中，也也可以安安置在当当地的居居委会。患者会会感到自自己好像像在户外外行走一样一、跑步步机（如如SilverfitMile）特点1.视觉影响：对于正正在使用用跑步机机进行锻锻炼的患患者来说说，屏幕幕变成了了他的世世界，吸吸引其注注意力，且安全全一、跑步步机（如如Sil

11、verfitMile）特点2.许多不同的路径3.当地漫游4.适应体能4.操作简便便二、SilverFitNewtonSilverFit Newton是一种用用于体能能训练的的虚拟治治疗系统统。适用用于抗阻阻练习的的设备，如腿部部推蹬机机或肩部部推举机机。力量量训练具具有重复复性，因因此通常常会导致致治疗依依从性低低等问题题的出现二、SilverFit Newton1.以游戏为基基础的练练习项目目2.生物反馈馈模式锻炼炼（1）训练形形式（2）测试（3）视频分析三、SilverFit简介1.SilverFit是一个虚虚拟的治治疗系统统。该系系统为身身体康复复提供训训练，如如脑卒中中、膝盖盖或髋节节

12、手术或或意外事事故后，包括所所有相关关肢体运运动技能能。患者者可以使使用该系系统作为为物理治治疗方案案的一部部分按选择当前选定的项目按返回到主菜单按下选择项目到左边按返回到前一个界面或退出游戏按下选择项目到右边按下相机视图（见游戏说明）三、SilverFit简介2.菜单结构（1）选择运动动：主菜单单显示6种运动，选择任任意一种三、SilverFit简介2.菜单结构（2）选择训练练：下一个个菜单显显示1-5个游戏选选项。选选择一个个游戏三、SilverFit简介2.菜单结构（3）选择难度：下一个个菜单显显示4种难度设设置，左左侧为最最简单的的设置。选择一一个难度度开始游戏（4）其他选项：患者登录

13、录：打开开患者管管理界面患者登录录：打开开患者管管理界面关闭：关闭SilverFit系统显示帮助：提供上下文相关帮助使用详细的设置：用详细的设置菜单，调整游戏选项（一）训练流程1.训练启动步骤正确定位位患者：每项训练都都要求患患者站立立在一个个特定的的位置。移动患患者，直直到屏幕幕上的人人物位于于彩色矩矩形内。然后左左击患者说明界面通过一个屏幕，开始每项训练，患者可以尝试所需的运动。使用此屏幕来解释患者的训练。然后左击倒计时倒计时开始这项训练。在倒计时后，患者可以开始锻炼鼠标左键暂停如要暂停训练，按鼠标左键然后按鼠标左键，再次重新启动鼠标右键结束训练若要中途结束训练，按鼠标右键按播放按钮来解决

14、问题.在游戏过程中，按“播放”按钮，打开一个小相机屏幕。此界面显示当前相机视图，可以帮助消除故障得分界面训练结束，评分概述。如果安装了打印机，则可以从这个界面打印患者的表现（一）训练流程2.使用详细细菜单访问详细菜单每项游戏菜单上有一个“看镜子”按钮，点击此按钮，打开含有该项游戏详细设置的菜单在此处调整游戏设置点击选择一项预设的游戏设置在此处调整游戏设置点击选择一项预设的游戏设置您可以在此处看到当前的类别和游戏按“保存设置”按钮:当你对某项特定的设置感到满意时，按“保存设置”按钮输入名称和描述在此处输入名称在此处输入描述删除自定义设置在详细菜单中，按下红叉，删除设置。不能编辑自定义设置。（二）

15、训练参考考指南1.坐姿训练练（1）狐狸训训练方式1）练习描述述：患者以以坐姿向向左右倾倾斜，以以响应任任务选择择与躲避避障碍的的视觉线线索。当当选择对对象（葡葡萄等）出现时时，患者者向左右右倾斜以以躲开或或得到它它们；当当要躲开开的障碍碍（树枝枝）出现现时，患患者要倾倾向一侧侧躲开它它。随着着难度的的增加，选择的的任务和和要躲开开的障碍随之增加2）目的：这个练练习关注注静态和和动态坐坐姿平衡衡、功能能性伸展展和认知知再教育（2）适应症症偏瘫，进行性性神经退退化状况况，如多多发性硬硬化，平平衡障碍碍、躯干干虚弱，不良坐坐姿，如如长期轮轮椅使用用者，以以保持其其上身灵灵活性（3）注意事项要充分参与

16、与，患者者应具有有躯干力力量的3/5。如果患患者明显显虚弱，需要治治疗师的的协助。患者应应能左/右倾斜，而不会会摔倒1.训练概述目标：此游戏训训练上体体控制：靠左边边和右边用于：脑卒中后后、多发发性硬化化症、平平衡障碍碍、保持持长期轮轮椅使用用者的上上身灵活性禁忌：患者应能能左/右倾斜，而不会会摔倒训练描述述：患者坐坐在椅子子或轮椅椅上，距距离屏幕幕约2-3m。当出现现葡萄时时，患者者向左或或向右倾倾斜，将将狐狸移移向葡萄萄，并摘摘葡萄。应通过过倾斜，躲避树树枝。可可以在空空中举起起双臂抓抓小鸡规则：通通过向左左和向右右倾斜移移动狐狸狸，尽可可能多地地摘葡萄抬起双臂臂，使狐狐狸跳跃跃，抓小鸡（

17、1）这是一一个非常常简单的的基本设设置。一一次只出出现一串串葡萄，且没有有树枝或或小鸡。（2）使用此此设置，基于患患者的表表现，葡葡萄的数数量及其其下落的的速度会会随着时时间的推推移而增增加。2.标准设置置（1）标准难难度设置置（1）这是一个非常简单的基本设置。一次只出现一串葡萄，且没有树枝或小鸡 （2）使用此设置，基于患者的表现，葡萄的数量及其下落的速度会随着时间的推移而增加（3）此设置可以增加小鸡和树枝。患者能够达到更复杂的视觉输入和运动，才可以使用此设置（4）但起始水平更高，这样从一开始就有更多的葡萄以更快的速度下降（5）其他应用：患者可以坐在平衡垫或摆动板，使训练更具挑战性3.详细设置

18、置患者可以通过抓小鸡来赢取额外的时间该难度固定所选定的水平当碰到一个树枝时，患者将失分分。(1)无法达到到屏幕两两侧：可以在在详细菜菜单中调调整运动动的幅度度。用较较低的运运动所需需量，尝尝试练习(2)狐狸反应不大大：某些椅椅子具有有非常高高的靠背背支持和和/或非常大大的手臂臂支持会会使相机机无法看看见患者者的动作作；因此此最好使使用椅子子或轮椅椅，且减减少患者者周围干扰4.故障排除除(3)狐狸偏离中心心：当患者者按下“确定”时，该该系统将将假定该该患者位位于屏幕幕中央。如果患患者向后后移动，如果移移动他的的椅子或或走向他他的椅子子，将偏偏离该中中心。如如患者坐坐下，游游戏将重重新开始始。因此

19、此，应确确保治疗疗师位于于患者背背后及下方(4)狐狸突然稍向向左和向向右移动动：当患者接接近一个个物体、墙或治治疗师时时最可能能发生这这种情况况。因此此，治疗疗时确保保患者有有足够的的空间进进行训练练可以避避免此类类状况(5)游戏区域非常常大，狐狐狸几乎乎是不动动的：可能选择择的是狐狐狸游戏戏的步态态版本。返回菜菜单重新新选择座座椅版本本(6)狐狸不跳：该游戏戏对向前前和向上上伸展双双手有反反应。如如手伸向向身体两两侧不会会触发跳跳跃(7)狐狸跃过太多多：该游戏戏可对向向上运动动双手有有反应，即使没没有不完完全抬起起。当患患者不希希望狐狸狸跳跃时时，可以以让患者者将双手手放在膝膝盖休息息VR技

20、术的定定义VR系统的组组成及关关键技术术VR的三大特特征VR在科技、教育、军事等等方面的的应用VR在康复领领域方面面的发展展VR技术的作作用机制制及优越越性VR技术在康康复领域域中的应应用及疗疗效仪器介绍绍总 结虚拟现实实还是一一门年轻轻的科学学技术，尚存在在不少有有待解决决的问题题。但不不管怎样样，虚拟拟现实技技术毕竟竟开辟了了富有发发展潜力力的新领领域，它它会随着着时间的的推移日日臻完善善，在我我们康复复领域的的应用将将会越来来越广泛泛，发挥挥的作用用也将会会越来越越大展望！物理治疗疗学目录录第一章概概论燕铁斌中中山山大学孙孙逸仙纪纪念医院院第二章关关节活动动技术王俊广广东省工工伤康复复医院第三章体体位转移移技术汪琴第第三军医医大学附附属西南南医院第四章肌肌肉牵伸伸技术陈和木安安徽徽医科大大学第一一附属医医院第五章关关节松动动技术燕铁斌中中山山大学孙孙逸仙纪纪念医院院第六章肌肌力训练练技术白跃宏上上海海交通大大学附属属第六人人民医院院第七章牵牵引疗法法尚翠侠西西安安交通大大学医学学院第一一附属医医院第八章平平衡与协协调训练练金冬梅中中山山大学孙孙逸仙纪纪念医院院第九章步步行功能能训练王翔南南京医科科大学第第一附属属医院第十章神神经发育育疗法黄杰华华中科技技大学同同济医