虚拟现实技术在康复训练中的应用-虚拟现实技术在康复训练中

虚拟现实在康复中的应用enter什么是虚虚拟现实实(VirtualReality)？？1989年，美美国VPLResearch公司司创始人人JaronLanier提出了了“VirtualReality”（（虚拟现现实）的的概念。。在这里里，“Reality”的含含义是现现实的世世界，或或现实的的环境。。所以，，“VirtualReality”（（虚拟现现实）的的另一个个名称是是“VirtualEnvironment””（虚拟拟环境））。"Virtual"说说明，这这个世界界或环境境是虚拟拟的，不不是真实实的。这这个世界界或环境境是人工工构造的的，是存存在于计计算机内内部的。。用户应应该能够够"进入入"这个个虚拟的的环境中中。所谓谓"进入入"这个个虚拟的的环境中中，是指指用户以以自然的的方式与与这个环环境交互互（包括括感知环环境并干干预环境境），从从而产生生置身于于相应的的真实环环境中的的虚幻感感，身临临其境的的感觉。。什么是虚虚拟现实实(VirtualReality)？？特定的交交互工具具(如感感传手套套、视频频头盔、、立体眼眼镜等))通过计算算机的软软硬件仿真环境境使用者可可以通过过传感器器装置与与虚拟环环境相互互作用，，按照自自己的意意愿去改改变虚拟拟环境。。1990年在美美国达拉拉斯召开开的SIGGRAPH国际会会议上对对VR进进行了讨讨论,并并首次用用以下三三个构成成技术对对VR进进行了定定义:·三维计计算机图图形学技技术·采用多多功能传传感器的的交互式式接口技技术·高清晰晰度以及及高更新新速度的的显示技技术特征immersion沉沉浸浸性interaction交交互性性imagination构构想性组成虚拟世界界生成设设备感知设备备：跟踪设备备：人机交互互设备虚拟现实实（VR）的广广泛应用用●室室内样样板房演演示●城市规规划军事应用用●●文物保保护●游戏娱娱乐在康复工工程与康康复医学学中的应应用肢体治疗疗生理治疗疗作业治疗疗残疾人功功能辅助助认知和心心理治疗疗远程医疗疗辅助治疗疗肢体治疗疗与游戏结结合由屏幕提提供一种种人工景景物,使患者如如同置身身于游戏戏或旅游游的环境境中,使治疗过过程充满满乐趣,提高患者者的乐观观情绪。。肢体治疗疗手部功能能检测系系统手部功能能检测系系统康复车

先天性运运动和功功能障碍碍的恢复复美国加州州洛玛琳琳达大学学研制的的“神经经康复工工作站””是一个个采用压压力传感感器、生生物传感感器,具具有数据据手套和和视线跟跟踪系统统的可视视化工作作站,可可用于诊诊断因严严重事故故或先天天性引起起的身体体缺陷,,并针对对病人缺缺乏运行行的现象象,让其其沉浸在在与真实实世界的的物理规规律不尽尽相同的的虚拟现现实之中中,从而而有助于于恢复病病人感觉觉或运动动障碍。。作业治疗疗建立一个个和日常常生活环环境一致致的虚拟拟环境,,患者戴戴上头盔盔、手套套等,可可如身临临其境一一样进行行作业,,如使用用吸尘器器打扫房房间,用用洗衣机机洗衣服服等,吸吸尘器、、洗衣机机等房间间中的设设备都是是虚拟的的,在作作业中出出现失误误,也不不会对患患者的身身体造成成损坏,,这种环环境可用用于慢性性病治疗疗及生活活技能丧丧失者的的康复。。残疾人功功能辅助助特制的人人-机接接口让肢肢体残缺缺者顺利利地操纵纵计算机机或控制制相关器器具以实实现生活活自理等等,并且且在操作作过程中中完全有有一种身身临其境境的感受受。认知和心心理治疗疗1.用用于焦焦虑障碍碍的治疗疗恐高症1994年，Lamson和和Meisner将30个恐恐高症患患者置于于用VR技术建建构的虚虚拟高空空中，有有90%%的人治治疗效果果明显。。社交焦虑虑症用VR技技术建立立各种虚虚拟社交交场景，，如演讲讲比赛、、虚拟会会议室、、咖啡店店等，帮帮助患者者克服心心理障碍碍。另外在痛痛感较强强的牙科科手术和和其他治治疗过程程中虚拟拟疗法能能够吸引引病人的的注意力力。“雪世界界”是第第一种专专门用来来治疗烧烧伤后遗遗症的虚虚拟环境境。在美美国西雅雅图烧伤伤治疗中中心，患患者在接接受痛苦苦的治疗疗过程中中可以在在虚拟环环境中飞飞越冰封封的峡谷谷，俯视视冰冷的的河流和和飞溅的的瀑布，，还可以以将雪球球抛向雪雪人，观观看河中中的企鹅鹅和爱斯斯基摩人人的圆顶顶雪屋。。“雪世世界”的的研发者者认为，，虚拟现现实疗法法之所以以能够获获得成功功，主要要是它能能够把病病人的注注意力从从创伤或或病痛上上转移到到虚拟的的世界中中来。2.创创伤后后应激障障碍美国9..11以以后出现现大量的的创伤后后应激障障碍的患患者。Eifede和和Hoffman运用用VR重重现了世世贸中心心的爆炸炸场面，，并运用用此技术术对一个个传统疗疗法失败败的患者者进行治治疗，该该患者被被成功治治愈。3注注意力力缺陷障障碍诊断断和治疗疗运用VR技术辅辅以EEG对注注意力缺缺陷障碍碍的儿童童进行治治疗监控控，不但但对多动动、注意意力不集集中等有有明显效效果，而而且可以以提高受受试者的的成绩及及IQ值值。4其其他精精神病和和神经病病的治疗疗美国神经经系统疾疾病与脑脑溢血研研究所等等机构的的研究人人员最近近利用电电子游戏戏对中风风病人进进行了VR疗法法。游戏戏设计着着眼于人人体保持持平衡、、移动、、迈步和和走路的的技巧。。经治疗疗后，病病人的脑脑功能开开始重组组，行走走、站立立、上台台阶能力力都有所所改善。。远程医疗疗患者在网网络终端端和医生生进行连连接后可可以通过过各种传传感器将将脉搏、、血压、、心电图图、CT图像等等传递给给医生。。医生可通通过VR在本地地的一个个虚拟患患者模型型上进行行操作,,其动作作通过高高速通信信网络或或卫星传传递给机机器人对对远地患患者进行行手术..机器人上上立体照照相机所所获得的的图像信信息反馈馈给医生生,显示示在医生生的HMD显示示屏上,,并加载载到虚拟拟人体上上。日本研制制出远程程控制的的血管缝缝合机器器人,实实现了直直径1mm血管管的远程程操作缝缝合手术术,并已已成功实实现了由由在纽约约的医生生为在巴巴黎的患患者实施施外科手手术。辅助治疗疗1.VR用于于解剖和和病理分分析虚拟人体体解剖图图：数字化3D解剖剖图谱无外界干干扰自由地观观察、移移动和生生成解剖剖结构快捷地学学习和了了解解剖剖信息..在VisualC+++开发平平台下,,结合CT技术术利用OpenGL图图形库编编程实现现的思路路:不断断判断操操作者手手的状态态，通过过VR系系统实现现对每块块骨骼模模型进行行抓取、、移动和和旋转的的人体骨骨骼虚拟拟现实系系统。虚拟手术术模拟模拟病人人(theHumanPatientSimulator),,适用于护护理、外外科和麻麻醉的预预期可以对模模拟病人人进行体体检、呼呼吸道管管理、进进行心肺肺复苏、、电除颤颤、静脉脉给药和和观察创创伤发展展过程。。VR以及及在康复复领域的的新进展展哈工大的的最新成成果多功能手手臂康复复训练机机器人国外最新新研究成成果Patientsstandinfrontofa"greenscreen""thatisdigitallyremoved,,leavingonlythepatientsactualbodyimagesplacedwithinthevideoenvironment;Noheadgearorwires,onlyalightweightgloveononehandandnosystemcalibrationisrequired..IREXtracksthemovementofthepatient''sbodyandextremitieswithintheclinician-prescribedrange-of-motioncriteria.Thisdataisrecordedasanoutputreport,,whichallowsthecliniciantoseeifthepatientisperforminginlinewiththeprescribedexercisetargets.软件方面面相对于硬硬件，应应用到康康复工程程的软件件在市面面上难得得一见，，而最新新最尖端端的虚拟拟现实技技术，无无一例外外的都用用在了目目前最热热门的行行业—————游游戏产业业以ATI图形显显示设备备公司推推出的HDR（（High-DynamicRange）技术术来说，，就达到到了前所所未有的的高度。。这个算算法可以以实现与与人眼相相近的灰灰阶分辨辨能力，，也就是是可以呈呈现过亮亮或过暗暗区域的的更多细细节，同同时，更更令人惊惊叹的是是，它可可以做到到对人眼眼瞳孔应应激的模模拟，即即从黑暗暗的房间间进入明明亮的花花园，你你会感觉觉到很明明显的玄玄光，然然后场景景才逐渐恢复复正常。。EAX是是我们熟熟悉的环环境效果果程序集集，它的的4.0版本更更是对音音效做出出了惊人人的仿真真！众所周知知，站在在大厅的的中央和和角落听听到的同同一音源源的效果果也是不不同的，，并且，，随着音音源位置置的变化化，直接接声波与与一次反反射声波波乃至多多次反射射声波由由于室内内建筑的的遮挡，，也会产产生不同同的音效效；同时时，不同同的材质质，不同同形状的的墙面都都会对音音效产生生影响………这一一切，EAX4.0全部做做到了，，不单如此此，常玩玩游戏的的同学都都知道，，每当地地面或场场景有变变化，那那么产生生的如脚脚步声等等音效也也会发生生相应的的变化，，目前的的游戏都都做到了了这一点点，而4.0可可以模拟拟出你从从客厅中中央的木木地板向向卧室的的门口走走的时候候，卧室室内的毛毛地毯和和壁橱对对你的皮皮鞋的脚脚步声的的影响！！在未来的的5年中中，虚拟拟现实技技术将实实现数据据的无线线传输，，患者与与计算机机之间无无须再连连接乱麻麻般的电电线，这这就使患患者可以以在家中中接受治治疗。研研究人员员说：““可以想想象，未未来的患患者只需需利用家家中的工工作站就就可以与与治疗师师实现远远程连接接和治疗疗。在一一个窗口口中，治治疗师在在鼓励患患者进行行各种类类型的训训练，或或者帮助助患者控控制计算算机，而而在另一一个窗口口中显示示出的便便是正在在接受帮帮助的患患者。””VR相对对传统的的干预训训练方法法的优势势:提供多种种治疗场场景和刺刺激,患患者在安安全的环环境中进进行康复复治疗可根据患患者的实实际情况况进行治治疗过程程设计,,而且同同样的场场景和任任务可以以重复进进行可以迅速速得到治治疗效果果的反馈馈信息,,并对对数据进进行存储储,对医医生掌握握患者的的病情有有一定作作用有利于开开展远程程治疗,,大大方方便了患患者,增增加了受受益的范范围减少患者者的治疗疗费用。。不足之处处技术方面面。头盔盔式显示示器、图图形眼镜镜、数据据服、数数据手套套、立体体声耳机机、跟踪踪系统、、三维空空间传感感器等的的视场，，分辨率率，造成成眩晕等等问题还还有待解解决。听觉接口口和力觉觉接口等等设备还还在研究究，应用用还不多多。味觉觉，嗅觉觉，运动动觉等技技术，还还缺乏研研究。缺乏相关关治疗和和评估标标准系统的交交互性现现实还不不是很好