復健姿勢及姿勢識別的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種復健姿勢及姿勢識別。
【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。這樣的衰退也會導致自信、社交互動及社區(qū)參與的衰退。肢體殘疾人士常常在控制馬 達、移動強度及范圍中經(jīng)歷限制。這些缺陷會嚴重地限制他們執(zhí)行日常工作的能力，例如獨 立地穿衣、梳頭發(fā)、以及洗澡。此外，這些缺陷以及疼痛會降低社區(qū)及休閑活動的參與，甚至 會負面地影響工作。
[0003] 參與并遵守通常包括重復訓練的物理治療是復健過程中必要的部分，其目標在于 協(xié)助肢體殘疾人士克服他們經(jīng)歷的限制。然而，一直在爭論的問題是大部分肢體殘疾人士 并未完成建議的訓練。人們常常表示阻礙他們正常地訓練是缺乏動機。此外，在一個治療期 間，訓練的數(shù)量常常是不夠的。在復健期間，治療師通常會親自提供身體協(xié)助并監(jiān)督每個學 生的動作是否達到一特定標準。因此，治療師一次只能復健一位病人，或頂多一小群人。病 人常常缺少熱情去參與沉悶的復健過程，導致持續(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于重復相同的動作會感到厭煩，這對于成人 或小孩在創(chuàng)傷后的復健期間必須訓練特定肌肉是有問題的，舉例來說，當某人折斷他或她 的手臂后，需要典型的特殊訓練，讓這些重復工作變得有趣是很困難的?，F(xiàn)有在復健期間協(xié) 助人們的方法包括利用游戲鼓勵人們，特別是小孩多做訓練。
[0005] 因此，利用技巧使重復的身體訓練更有趣對于病人在家執(zhí)行復健的物理治療是有 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，藉此傳送訓練及復健 程序到病人本身家中。
[0006] Basson等人的美國專利號6，712,692揭露一種收集關(guān)于一人(其可以為成人或小 孩)活動信息的方法，所述信息映像到一或多個游戲控制器指令，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響應所述游戲控制器指令。
[0007] Latta等人的美國專利號7,996,793揭露姿勢識別器系統(tǒng)架構(gòu)的系統(tǒng)、方法及計算 機可讀取媒體。提供識別器引擎，其接收用戶動作數(shù)據(jù)并提供所述數(shù)據(jù)給若干個濾波器，一 個濾波器對應至一個姿勢，其可以被接收來自于姿勢識別器的信息的應用程序調(diào)整，使得 所述姿勢的特定參數(shù)，例如投擲姿勢的手臂加速度可以被設定在每一應用程序級上，或在 單一應用程序中的多次。每一個濾波器可將對應姿勢發(fā)生的可信程度及更多關(guān)于用戶活動 數(shù)據(jù)的細節(jié)輸出至一使用其之應用程序。
[0008] Shavit等人的美國專利公開號2012/0190505A1揭露一種監(jiān)控日常身體訓練表現(xiàn) 的系統(tǒng)，其包括一讓用戶執(zhí)行日常身體訓練的普拉提訓練裝置;若干個用于產(chǎn)生至少包括 用戶執(zhí)行日常身體訓練的位置及活動的感測信息的活動及位置傳感器;一包含代表至少一 日常身體訓練最佳執(zhí)行的數(shù)據(jù)庫;一訓練模塊配置為從感測信息分離的至少所述普拉提訓 練裝置的外觀、比對所述分離的感測信息及日常信息以偵測所述分離的感測信息及所述日 常信息的差異，其中所述差異表示所述日常身體訓練的錯誤執(zhí)行，所述訓練模塊進一步配 置為將用戶日常身體訓練的正確執(zhí)行回饋給所述用戶；以及一顯示器用于顯示所述回饋。
[0009] Smi th等人(2012)揭露主影像游戲平臺系統(tǒng)（任天堂Wi i?，索尼Playstation?及 微軟Xbox?)的概況，并討論某些已經(jīng)用于年長者的功能能力的復健、評估及訓練的情況。 具體來說，嚴重影響年長者功能獨立性的兩個問題是源自于中風及跌倒的受傷和殘疾。請 參見S.T.Smith、D. Schoene，年長者身體功能的訓練及復健的以影像為基礎(chǔ)的影像游戲的 使用，Aging Health，2012;8(3):243-252〇
[0010] Ganesean等人(2012)揭露一計劃，其目的在于找出在激勵年長者維持日常身體訓 練與醫(yī)師建議卻難以維持的習慣中，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者訓練及技術(shù)主題的專門小組的訪問?；谶@些資料，早期用于 協(xié)助鼓勵年長者訓練的微軟Kinect原型游戲已經(jīng)實現(xiàn)，所述Kinect應用程序已經(jīng)過基本可 用性的測試且被證實是大有可為的，下一步包括年長者的游戲測試、對游戲進行迭代發(fā)展 以增加動機特征、以及游戲成功鼓勵年長者維持訓練養(yǎng)生之道的評估。請參見S.Ganesan， L.Anthony，使用Kinect 鼓勵年長者進行：原型，Extended Abstracts of the ACM Conference on Human Factors in Computing Systems(CHI'2012),Austin,TX,5May 2012，p.2297-2302。
[0011] Lange等人(2011)揭露商業(yè)影像游戲作為復健工具的使用，例如任天堂WiiFit近 來已經(jīng)在物理治療領(lǐng)域引起興趣?；顒幼粉櫩刂破?，例如任天堂Wiimote并不能足以精確地 感測所有平衡組件的表現(xiàn)。此外，用戶可以想出如何透過執(zhí)行最小活動來"欺騙"不精確的 追蹤器(例如用手腕轉(zhuǎn)動Wiimote而不是用完整手臂揮動）。身體復健需要對表現(xiàn)有精確且 合適的追蹤及回饋。為此目的，利用最近進步的商業(yè)影像游戲技術(shù)來提供動畫虛擬角色的 全身控制的應用程序已被發(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攝像機 技術(shù)，其在個人計算機上提供無標記的全身追蹤，研究的目標在于發(fā)展及評定迭代的以影 像為基礎(chǔ)的復健工具來平衡神經(jīng)損傷的成人的訓練。請參見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)的平衡復健 工具的發(fā)展與評估，33rd Annual International Conference of the IEEE EMBS,2011〇 [0012]不同于"一般"游戲，手勢與姿勢的精確性對于為了物理治療與復健目的而使用影 像游戲的病人，且對于執(zhí)行訓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 分子動力學"，其介紹人機互動、圖像處理、模式識別及計算器視覺的相關(guān)背景。原始算法是 針對計算手形的手指數(shù)而設計，其取決于深度影像的二值化及形態(tài)學二值化處理。貝葉斯 分類器是針對手勢識別任務所設計及實施。請參閱Chen Shen，使用微軟Kinect控制的視覺 分子動力學，愛丁堡大學，2012。
[0014] Lopez(2012)討論使用人類行為分析技術(shù)的人類手勢識別的問題。具體而言，他將 提出的方法應用于醫(yī)療保健和社會應用中。在這些環(huán)境中，手勢通常是以自然的方式進行 的，在屬于他們的人類姿勢之間產(chǎn)生高度變異性。此事實使得人類手勢識別成為一個非常 具有挑戰(zhàn)性的任務，以及人類行為分析的發(fā)展的一般化。為了解決人類手勢識別的完整框 架，他將過程分裂在三個主要目標:計算多模式特征空間、手勢的概率模型、以及子手勢表 示的人類姿勢的聚集。每一個目標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 個方法:視覺和深度、以概率為基礎(chǔ)的動態(tài)時間規(guī)整、以及子手勢表示。每一個方法已進行 了詳細說明。他已經(jīng)在不同的公共和設計的數(shù)據(jù)集驗證了所呈現(xiàn)的方法，表現(xiàn)出高性能和 使用我們方法用于真實人類行為分析系統(tǒng)和應用的可行性。最后，他總結(jié)了目前在發(fā)展中 不同的相關(guān)應用，以及研究的結(jié)論和未來趨勢。請參閱Victor Ponce Lopez，結(jié)合動態(tài)程序 及概率方法的多模式人類手勢識別，Master of Science Thesis,Barcelona,2012。
[0015] 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明白相關(guān)技術(shù)的其他限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0016] 下列實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。
[0017] 根據(jù)一實施例，提供一種運動復健系統(tǒng)，包括:一運動傳感器，包括一動作感應攝 像機；以及一計算機裝置，包括：（a)-非瞬時內(nèi)存，包括一組復健姿勢存儲值，各存儲值定 義若干個理論身體關(guān)節(jié)之間隨時間序列的空間關(guān)系，其中每一時間序列包括:初始空間關(guān) 系、中間姿勢空間關(guān)系及最終空間關(guān)系；以及(b)-硬件處理器配置以連續(xù)接收來自于所述 動作感應攝像機所記錄的隨時間序列的圖框，其中每一圖框包括病人若干個身體關(guān)節(jié)的每 一個的三維位置，其中所述硬件處理器進一步配置以實時將所記錄的隨時間序列的圖框與 隨時間序列的空間關(guān)系比較，以偵測病人執(zhí)行的復健姿勢。
[0018] 根據(jù)一實施例，進一步提供一種運動復健系統(tǒng)中姿勢偵測的方法，所述方法包括： 提供一組復健姿勢存儲值，各存儲值定義若干個理論身體關(guān)節(jié)之間隨時間序列的空間關(guān) 系，其中每一時間序列包括:初始空間關(guān)系、中間姿勢空間關(guān)系及最終空間關(guān)系；以及使用 至少一硬件處理器以：（ a)連續(xù)接收來自于所述動作感應攝像機所記錄的隨時間序列的圖 框，其中每一圖框包括病人若干個身