用于物理療法以及復(fù)健的影像游戲的個(gè)人數(shù)字訓(xùn)練器材的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于物理療法以及復(fù)健的影像游戲的個(gè)人數(shù)字訓(xùn)練器材。
【背景技術(shù)】
[0002] 生理功能的衰退常常與年齡有關(guān)的整體健康的傷害相關(guān)連，或是傷害或疾病的結(jié) 果。這樣的衰退也會(huì)導(dǎo)致自信、社交互動(dòng)及社區(qū)參與的衰退。肢體殘疾人士常常在控制馬 達(dá)、移動(dòng)強(qiáng)度及范圍中經(jīng)歷限制。這些缺陷會(huì)嚴(yán)重地限制他們執(zhí)行日常工作的能力，例如獨(dú) 立地穿衣、梳頭發(fā)、以及洗澡。此外，這些缺陷以及疼痛會(huì)降低社區(qū)及休閑活動(dòng)的參與，甚至 會(huì)負(fù)面地影響工作。
[0003] 參與并遵守通常包括重復(fù)訓(xùn)練的物理治療是復(fù)健過程中必要的部分，其目標(biāo)在于 協(xié)助肢體殘疾人士克服他們經(jīng)歷的限制。然而，一直在爭(zhēng)論的問題是大部分肢體殘疾人士 并未完成建議的訓(xùn)練。人們常常表示阻礙他們正常地訓(xùn)練是缺乏動(dòng)機(jī)。此外，在一個(gè)治療期 間，訓(xùn)練的數(shù)量常常是不夠的。在復(fù)健期間，治療師通常會(huì)親自提供身體協(xié)助并監(jiān)督每個(gè)學(xué) 生的動(dòng)作是否達(dá)到一特定標(biāo)準(zhǔn)。因此，治療師一次只能復(fù)健一位病人，或頂多一小群人。病 人常常缺少熱情去參與沉悶的復(fù)健過程，導(dǎo)致持續(xù)的肌肉萎縮及缺乏肌肉耐力。
[0004] 而且，眾所周知，成人且尤其是小孩對(duì)于重復(fù)相同的動(dòng)作會(huì)感到厭煩，這對(duì)于成人 或小孩在創(chuàng)傷后的復(fù)健期間必須訓(xùn)練特定肌肉是有問題的，舉例來說，當(dāng)某人折斷他或她 的手臂后，需要典型的特殊訓(xùn)練，讓這些重復(fù)工作變得有趣是很困難的。現(xiàn)有在復(fù)健期間協(xié) 助人們的方法包括利用游戲鼓勵(lì)人們，特別是小孩多做訓(xùn)練。
[0005] 因此，利用技巧使重復(fù)的身體訓(xùn)練更有趣對(duì)于病人在家執(zhí)行復(fù)健的物理治療是有 利的，使用影像游戲技術(shù)已經(jīng)開始被探索來作為商業(yè)上可用的工具，藉此傳送訓(xùn)練及復(fù)健 程序到病人本身家中。
[0006] Basson等人的美國(guó)專利號(hào)6，712,692揭露一種收集關(guān)于一人(其可以為成人或小 孩)活動(dòng)信息的方法，所述信息映像到一或多個(gè)游戲控制器指令，游戲控制器指令耦接至一 影像游戲，且該游戲在被正常操作時(shí)響應(yīng)所述游戲控制器指令。
[0007] Latta等人的美國(guó)專利號(hào)7,996,793揭露姿勢(shì)識(shí)別器系統(tǒng)架構(gòu)的系統(tǒng)、方法及計(jì)算 機(jī)可讀取媒體。提供識(shí)別器引擎，其接收用戶動(dòng)作數(shù)據(jù)并提供所述數(shù)據(jù)給若干個(gè)濾波器，一 個(gè)濾波器對(duì)應(yīng)至一個(gè)姿勢(shì)，其可以被接收來自于姿勢(shì)識(shí)別器的信息的應(yīng)用程序調(diào)整，使得 所述姿勢(shì)的特定參數(shù)，例如投擲姿勢(shì)的手臂加速度可以被設(shè)定在每一應(yīng)用程序級(jí)上，或在 單一應(yīng)用程序中的多次。每一個(gè)濾波器可將對(duì)應(yīng)姿勢(shì)發(fā)生的可信程度及更多關(guān)于用戶活動(dòng) 數(shù)據(jù)的細(xì)節(jié)輸出至一使用其之應(yīng)用程序。
[0008] Shavit等人的美國(guó)專利公開號(hào)2012/0190505A1揭露一種監(jiān)控日常身體訓(xùn)練表現(xiàn) 的系統(tǒng)，其包括一讓用戶執(zhí)行日常身體訓(xùn)練的普拉提訓(xùn)練裝置;若干個(gè)用于產(chǎn)生至少包括 用戶執(zhí)行日常身體訓(xùn)練的位置及活動(dòng)的感測(cè)信息的活動(dòng)及位置傳感器;一包含代表至少一 日常身體訓(xùn)練最佳執(zhí)行的數(shù)據(jù)庫;一訓(xùn)練模塊配置為從感測(cè)信息分離的至少所述普拉提訓(xùn) 練裝置的外觀、比對(duì)所述分離的感測(cè)信息及日常信息以偵測(cè)所述分離的感測(cè)信息及所述日 常信息的差異，其中所述差異表示所述日常身體訓(xùn)練的錯(cuò)誤執(zhí)行，所述訓(xùn)練模塊進(jìn)一步配 置為將用戶日常身體訓(xùn)練的正確執(zhí)行回饋給所述用戶；以及一顯示器用于顯示所述回饋。
[0009] Smith等人（2012)揭露主影像游戲平臺(tái)系統(tǒng)（任天堂Wii?，索尼Playstation?及 微軟Xbox?)的概況，并討論某些已經(jīng)用于年長(zhǎng)者的功能能力的復(fù)健、評(píng)估及訓(xùn)練的情況。 具體來說，嚴(yán)重影響年長(zhǎng)者功能獨(dú)立性的兩個(gè)問題是源自于中風(fēng)及跌倒的受傷和殘疾。請(qǐng) 參見S.T.Smith、D. Schoene，年長(zhǎng)者身體功能的訓(xùn)練及復(fù)健的以影像為基礎(chǔ)的影像游戲的 使用，Aging Health，2012;8(3):243-252〇
[0010] Ganesean等人(2012)揭露一計(jì)劃，其目的在于找出在激勵(lì)年長(zhǎng)者維持日常身體訓(xùn) 練與醫(yī)師建議卻難以維持的習(xí)慣中，扮演重要角色的因素。初始數(shù)據(jù)收集包括與老化及物 理治療專家以及具有年長(zhǎng)者訓(xùn)練及技術(shù)主題的專門小組的訪問。基于這些資料，早期用于 協(xié)助鼓勵(lì)年長(zhǎng)者訓(xùn)練的微軟Kinect原型游戲已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，所述Kinect應(yīng)用程序已經(jīng)過基本可 用性的測(cè)試且被證實(shí)是大有可為的，下一步包括年長(zhǎng)者的游戲測(cè)試、對(duì)游戲進(jìn)行迭代發(fā)展 以增加動(dòng)機(jī)特征、以及游戲成功鼓勵(lì)年長(zhǎng)者維持訓(xùn)練養(yǎng)生之道的評(píng)估。請(qǐng)參見S.Ganesan， L.Anthony，使用Kinect 鼓勵(lì)年長(zhǎng)者進(jìn)行：原型，Extended Abstracts of the ACM Conference on Human Factors in Computing Systems(CHI'2012),Austin，TX，5 May 2012，p.2297-2302。
[0011] Lange等人(2011)揭露商業(yè)影像游戲作為復(fù)健工具的使用，例如任天堂WiiFit近 來已經(jīng)在物理治療領(lǐng)域引起興趣。活動(dòng)追蹤控制器，例如任天堂Wiimote并不能足以精確地 感測(cè)所有平衡組件的表現(xiàn)。此外，用戶可以想出如何透過執(zhí)行最小活動(dòng)來"欺騙"不精確的 追蹤器(例如用手腕轉(zhuǎn)動(dòng)Wiimote而不是用完整手臂揮動(dòng)）。身體復(fù)健需要對(duì)表現(xiàn)有精確且 合適的追蹤及回饋。為此目的，利用最近進(jìn)步的商業(yè)影像游戲技術(shù)來提供動(dòng)畫虛擬角色的 全身控制的應(yīng)用程序已被發(fā)展，所述方法的關(guān)鍵因素是最新可用的低成本深度感測(cè)攝像機(jī) 技術(shù)，其在個(gè)人計(jì)算機(jī)上提供無標(biāo)記的全身追蹤，研究的目標(biāo)在于發(fā)展及評(píng)定迭代的以影 像為基礎(chǔ)的復(fù)健工具來平衡神經(jīng)損傷的成人的訓(xùn)練。請(qǐng)參見B. Lange，C. Y. Chang，E. Suma， B.Newman，A. S.Rizzo，M.Bolas，使用微軟Kinect傳感器的低成本以影像為基礎(chǔ)的平衡復(fù)健 工具的發(fā)展與評(píng)估，33rd Annual International Conference of the IEEE EMBS,2011〇 [0012]不同于"一般"游戲，手勢(shì)與姿勢(shì)的精確性對(duì)于為了物理治療與復(fù)健目的而使用影 像游戲的病人，且對(duì)于執(zhí)行訓(xùn)練的正確方式是很重要的。
[0013] Shen(2012)揭露一種自然用戶接口來控制可視化工具-使用微軟Kinect的"視覺 分子動(dòng)力學(xué)"，其介紹人機(jī)互動(dòng)、圖像處理、模式識(shí)別及計(jì)算器視覺的相關(guān)背景。原始算法是 針對(duì)計(jì)算手形的手指數(shù)而設(shè)計(jì)，其取決于深度影像的二值化及形態(tài)學(xué)二值化處理。貝葉斯 分類器是針對(duì)手勢(shì)識(shí)別任務(wù)所設(shè)計(jì)及實(shí)施。請(qǐng)參閱Chen Shen，使用微軟Kinect控制的視覺 分子動(dòng)力學(xué)，愛丁堡大學(xué)，2012。
[0014] LopeZ(2012)討論使用人類行為分析技術(shù)的人類手勢(shì)識(shí)別的問題。具體而言，他將 提出的方法應(yīng)用于醫(yī)療保健和社會(huì)應(yīng)用中。在這些環(huán)境中，手勢(shì)通常是以自然的方式進(jìn)行 的，在屬于他們的人類姿勢(shì)之間產(chǎn)生高度變異性。此事實(shí)使得人類手勢(shì)識(shí)別成為一個(gè)非常 具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)，以及人類行為分析的發(fā)展的一般化。為了解決人類手勢(shì)識(shí)別的完整框 架，他將過程分裂在三個(gè)主要目標(biāo):計(jì)算多模式特征空間、手勢(shì)的概率模型、以及子手勢(shì)表 示的人類姿勢(shì)的聚集。每一個(gè)目標(biāo)中隱含地包括不同的挑戰(zhàn)問題，其相互關(guān)聯(lián)且面臨的三 個(gè)方法:視覺和深度、以概率為基礎(chǔ)的動(dòng)態(tài)時(shí)間規(guī)整、以及子手勢(shì)表示。每一個(gè)方法已進(jìn)行 了詳細(xì)說明。他已經(jīng)在不同的公共和設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)集驗(yàn)證了所呈現(xiàn)的方法，表現(xiàn)出高性能和 使用我們方法用于真實(shí)人類行為分析系統(tǒng)和應(yīng)用的可行性。最后，他總結(jié)了目前在發(fā)展中 不同的相關(guān)應(yīng)用，以及研究的結(jié)論和未來趨勢(shì)。請(qǐng)參閱Victor Ponce Lopez，結(jié)合動(dòng)態(tài)程序 及概率方法的多模式人類手勢(shì)識(shí)別，Master of Science Thesis,Barcelona,2012。
[0015] 如上所述，因?yàn)槲锢碇委熂皬?fù)健影像游戲具有增進(jìn)病人的特定目的，所以通過提 供反饋給訓(xùn)練執(zhí)行錯(cuò)誤的病人、提供正確動(dòng)作的建議等來監(jiān)控過程中的功能障礙也有很大 的影響。
[0016] 上述相關(guān)技術(shù)和與其相關(guān)的限制的目的是示例性的而不是唯一的，本領(lǐng)域的技術(shù) 人員在閱讀說明書及研究圖示后將會(huì)明白相關(guān)技術(shù)的其他限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0017] 下列實(shí)施例及其各方面是結(jié)合系統(tǒng)、工具和方法來描述和說明，其意為示范性和 說明性的而非限制范圍。
[0018] 根據(jù)一實(shí)施例，提供一種運(yùn)動(dòng)復(fù)健系統(tǒng)，包括:一運(yùn)動(dòng)傳感器，包括一動(dòng)作感應(yīng)攝 像機(jī)；以及一計(jì)算機(jī)裝置，包括：（a)-非瞬時(shí)內(nèi)存，包括一組復(fù)健姿勢(shì)存儲(chǔ)值，各存儲(chǔ)值定 義若干個(gè)理論身體關(guān)節(jié)之間隨時(shí)間序列的空間關(guān)系，其中每一時(shí)間序列包括:初始空間關(guān) 系、中間姿勢(shì)空間關(guān)系及最終空間關(guān)系；以及(b)-硬件處理器配置以：（i)連續(xù)接收來自于 所述動(dòng)作感應(yīng)攝像機(jī)所記錄的隨時(shí)間序列的圖框，其中每一圖框包括病人若干個(gè)身體關(guān)節(jié) 的每一個(gè)的三維位置，（ii)實(shí)時(shí)將所記錄的隨時(shí)間序列的圖框與隨時(shí)間序列的空間關(guān)系比 較，以偵測(cè)病人執(zhí)行的復(fù)健姿勢(shì)，（iii)偵測(cè)所述病人執(zhí)行的復(fù)健姿勢(shì)與該組復(fù)健姿勢(shì)存儲(chǔ) 值中相對(duì)應(yīng)的一個(gè)的差異，并提供一指示給所述病人。
[0019] 根據(jù)一實(shí)施例，進(jìn)一步提供一種運(yùn)動(dòng)復(fù)健系統(tǒng)中提供反饋的方法，所述方法包括： 提供一運(yùn)動(dòng)傳感器，其包括一動(dòng)作感應(yīng)攝像機(jī);提供一計(jì)算機(jī)裝置，其包括：（a)-非瞬時(shí)內(nèi) 存，包括一組復(fù)健姿勢(shì)存儲(chǔ)值，各存儲(chǔ)值定義若干個(gè)理論身體關(guān)節(jié)之間隨時(shí)間序列的空間 關(guān)系，其中每一時(shí)間序列包括:初始空間關(guān)系、中間姿勢(shì)空間關(guān)系及最終空間關(guān)系；以及(b) 一硬件處理器；以及使用所述硬件處理器以：（i)連續(xù)接收來自于所述動(dòng)作感應(yīng)攝像機(jī)所記 錄的隨時(shí)間序列的圖框，其中每一圖框包括病人若干個(gè)身體關(guān)節(jié)的每一個(gè)的三維位置， (ii)實(shí)時(shí)將所記錄的隨時(shí)間序列的圖框與隨時(shí)間序列的空間關(guān)系比較，以偵測(cè)病人執(zhí)行的 復(fù)健姿勢(shì)，（iii)偵測(cè)所述病人執(zhí)行的復(fù)健姿勢(shì)與該組復(fù)健姿勢(shì)存儲(chǔ)值中相