基于虛擬現(xiàn)實的網絡化上肢康復訓練系統(tǒng)

2.2配合主動訓練模式的虛擬現(xiàn)實輔助訓練軟件設計
2.2.1 主動訓練模式介紹 該訓練模式適用于病情比較輕的患者，這些的患者的患肢雖然有些運動障礙，但是沒有完全喪失運動能力，因此可以通過設計一些具有良好交互性的虛擬場景游戲，使患者完全自主地利用康復機器人進行鍛煉。
2.2.2程序設計

整個軟件采用VC＋＋6.0創(chuàng)建的 win32 application應用程序，調用 OpenGL的庫函數(shù)開發(fā)。軟件所涉及的帶有貼圖的 3D模型和其他圖形素材，采用了現(xiàn)成的資源，這樣既保證了圖形圖像的質量又提高了開發(fā)效率。該輔助訓練軟件結合主動訓練模式，給病人提供了寬廣的 3D虛擬場景，通過訓練臂，并輔助一個羅技游戲搖桿進行漫游，患者通過機械臂控制場景人物平面方位角的改變，輔助游戲搖桿負責場景人物的前進，后退，俯仰角度以及射擊擊發(fā)?；颊咝枰瓿傻慕换ビ柧毴蝿帐潜M快在該場景中找出移動的目標靶并射擊命中。如圖 4所示：

該程序首先由 Win32應用程序框架中的WinMain()函數(shù)提供程序的入口。當窗口成功建立時，MsgProc()窗口回調函數(shù)調出OpenGL框架中Init()函數(shù)對OpenGL視圖進行變換調整。Windows窗口生成后就進入 GameLoop()主循環(huán)中，在此一直循環(huán)調用 OpenGL框架中的Render()函數(shù)進行我們需要的圖形場景處理和顯示，程序退出時，調用 CleanUp（）清除OpenGL連接。在交互方面，程序初始化時采用 Winsock 2.0建立了套接字，通過局域網接收下位機傳送的機械臂位置數(shù)據(jù)，通過計算轉化為場景人物的平面旋轉角度。從而達到實時交互的目的。前進后退，俯仰角度的改變以及子彈的發(fā)射，采用鍵盤按鍵消息事件的方式實現(xiàn)，再通過游戲搖桿驅動程序關聯(lián)響應的按鍵，達到搖桿輔助控制的目的。程序分別使用mciSendString函數(shù)和 sndPlaySound函數(shù)來實現(xiàn)游戲過程中的各種音效。

3、實驗結果
進行康復訓練時，病人的手固定在康復訓練牽引機械臂的托盤上，醫(yī)生通過上位機界面（醫(yī)生端）分別設置運動模式為主動訓練和抗阻訓練，并調用相應的虛擬現(xiàn)實輔助訓練程序進行交互式康復訓練，結果明顯提高了病人參與康復訓練的積極性，訓練時間明顯增加，同時病人也能保持興奮愉快的狀態(tài)。病人訓練的同時，上位機界面實時曲線繪制正常，在阻抗訓練模式下實時訓練參數(shù)曲線繪制如圖 5所示，能較為準確的反映病人的訓練狀態(tài)。訓練結束后打開病案數(shù)據(jù)庫的歷史數(shù)據(jù)記錄表，可以看到位置數(shù)據(jù)和力度數(shù)據(jù)記錄正確。

5、總結
綜上所述，本康復訓練機器人系統(tǒng)采用的上下位機聯(lián)合的方式，通過設計兩種基于虛擬現(xiàn)實技術的互動訓練程序，為患者的康復訓練提供了一個生動的平臺，將患者從枯燥乏味的康復訓練中解放出來。實驗結果證明，所設計的輔助訓練程序能夠較好的配合患者進行主動訓練和抗阻訓練模式的要求。在以后的研究中，還需要針對網絡時延對病人與虛擬環(huán)境交互實時性的影響進行進一步的克服和改進。
本文作者的創(chuàng)新點是：本文針對中風病人和上肢受傷病人在傳統(tǒng)的基于康復器械的訓練中，人機之間缺乏良好的互動性以及訓練模式內容枯燥乏味的缺點，開發(fā)了一種新穎的基于虛擬現(xiàn)實和計算機網絡的上肢輔助康復訓練系統(tǒng)。該系統(tǒng)配合康復訓練的主動模式和阻抗模式，可以對病人進行具有趣味性和良好交互性的康復訓練過程。