虛擬現(xiàn)實(shí)在康復(fù)中的應(yīng)用.什么是虛擬現(xiàn)實(shí)(VirtualReality)？

特定的交互工具(如感傳手套、視頻頭盔、立體眼鏡等)通過計(jì)算機(jī)的軟硬件仿真環(huán)境使用者可以通過傳感器裝置與虛擬環(huán)境相互作用，按照自己的意愿去改變虛擬環(huán)境。1990年在美國達(dá)拉斯召開的SIGGRAPH國際會(huì)議上對(duì)VR進(jìn)行了討論,并首次用以下三個(gè)構(gòu)成技術(shù)對(duì)VR進(jìn)行了定義:·三維計(jì)算機(jī)圖形學(xué)技術(shù)·采用多功能傳感器的交互式接口技術(shù)·高清晰度以及高更新速度的顯示技術(shù)特征immersion沉浸性interaction交互性imagination構(gòu)想性組成虛擬世界生成設(shè)備感知設(shè)備：跟蹤設(shè)備：人機(jī)交互設(shè)備虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）的廣泛應(yīng)用●室內(nèi)樣板房演示

●城市規(guī)劃軍事應(yīng)用●

●文物保護(hù)●游戲娛樂

在康復(fù)工程與康復(fù)醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用

肢體治療生理治療作業(yè)治療

殘疾人功能輔助認(rèn)知和心理治療遠(yuǎn)程醫(yī)療輔助治療肢體治療與游戲結(jié)合由屏幕提供一種人工景物,使患者如同置身于游戲或旅游的環(huán)境中,使治療過程充滿樂趣,提高患者的樂觀情緒。肢體治療手部功能檢測系統(tǒng)手部功能檢測系統(tǒng)康復(fù)車

先天性運(yùn)動(dòng)和功能障礙的恢復(fù)美國加州洛瑪琳達(dá)大學(xué)研制的“神經(jīng)康復(fù)工作站”是一個(gè)采用壓力傳感器、生物傳感器,具有數(shù)據(jù)手套和視線跟蹤系統(tǒng)的可視化工作站,可用于診斷因嚴(yán)重事故或先天性引起的身體缺陷,并針對(duì)病人缺乏運(yùn)行的現(xiàn)象,讓其沉浸在與真實(shí)世界的物理規(guī)律不盡相同的虛擬現(xiàn)實(shí)之中,從而有助于恢復(fù)病人感覺或運(yùn)動(dòng)障礙。作業(yè)治療

建立一個(gè)和日常生活環(huán)境一致的虛擬環(huán)境,患者戴上頭盔、手套等,可如身臨其境一樣進(jìn)行作業(yè),如使用吸塵器打掃房間,用洗衣機(jī)洗衣服等,吸塵器、洗衣機(jī)等房間中的設(shè)備都是虛擬的,在作業(yè)中出現(xiàn)失誤,也不會(huì)對(duì)患者的身體造成損壞,這種環(huán)境可用于慢性病治療及生活技能喪失者的康復(fù)。殘疾人功能輔助特制的人-機(jī)接口讓肢體殘缺者順利地操縱計(jì)算機(jī)或控制相關(guān)器具以實(shí)現(xiàn)生活自理等,并且在操作過程中完全有一種身臨其境的感受。認(rèn)知和心理治療1.用于焦慮障礙的治療恐高癥1994年，Lamson和Meisner將30個(gè)恐高癥患者置于用VR技術(shù)建構(gòu)的虛擬高空中，有90%的人治療效果明顯。社交焦慮癥用VR技術(shù)建立各種虛擬社交場景，如演講比賽、虛擬會(huì)議室、咖啡店等，幫助患者克服心理障礙。另外在痛感較強(qiáng)的牙科手術(shù)和其他治療過程中虛擬療法能夠吸引病人的注意力?！把┦澜纭笔堑谝环N專門用來治療燒傷后遺癥的虛擬環(huán)境。在美國西雅圖燒傷治療中心，患者在接受痛苦的治療過程中可以在虛擬環(huán)境中飛越冰封的峽谷，俯視冰冷的河流和飛濺的瀑布，還可以將雪球拋向雪人，觀看河中的企鵝和愛斯基摩人的圓頂雪屋?！把┦澜纭钡难邪l(fā)者認(rèn)為，虛擬現(xiàn)實(shí)療法之所以能夠獲得成功，主要是它能夠把病人的注意力從創(chuàng)傷或病痛上轉(zhuǎn)移到虛擬的世界中來。2.創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙美國9.11以后出現(xiàn)大量的創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙的患者。Eifede和Hoffman運(yùn)用VR重現(xiàn)了世貿(mào)中心的爆炸場面，并運(yùn)用此技術(shù)對(duì)一個(gè)傳統(tǒng)療法失敗的患者進(jìn)行治療，該患者被成功治愈。3注意力缺陷障礙診斷和治療運(yùn)用VR技術(shù)輔以EEG對(duì)注意力缺陷障礙的兒童進(jìn)行治療監(jiān)控，不但對(duì)多動(dòng)、注意力不集中等有明顯效果，而且可以提高受試者的成績及IQ值。4其他精神病和神經(jīng)病的治療美國神經(jīng)系統(tǒng)疾病與腦溢血研究所等機(jī)構(gòu)的研究人員最近利用電子游戲?qū)χ酗L(fēng)病人進(jìn)行了VR療法。游戲設(shè)計(jì)著眼于人體保持平衡、移動(dòng)、邁步和走路的技巧。經(jīng)治療后，病人的腦功能開始重組，行走、站立、上臺(tái)階能力都有所改善。遠(yuǎn)程醫(yī)療患者在網(wǎng)絡(luò)終端和醫(yī)生進(jìn)行連接后可以通過各種傳感器將脈搏、血壓、心電圖、CT圖像等傳遞給醫(yī)生。醫(yī)生可通過VR在本地的一個(gè)虛擬患者模型上進(jìn)行操作,其動(dòng)作通過高速通信網(wǎng)絡(luò)或衛(wèi)星傳遞給機(jī)器人對(duì)遠(yuǎn)地患者進(jìn)行手術(shù).機(jī)器人上立體照相機(jī)所獲得的圖像信息反饋給醫(yī)生,顯示在醫(yī)生的HMD顯示屏上,并加載到虛擬人體上。日本研制出遠(yuǎn)程控制的血管縫合機(jī)器人,實(shí)現(xiàn)了直徑1mm血管的遠(yuǎn)程操作縫合手術(shù),并已成功實(shí)現(xiàn)了由在紐約的醫(yī)生為在巴黎的患者實(shí)施外科手術(shù)。輔助治療1.VR用于解剖和病理分析虛擬人體解剖圖：數(shù)字化3D解剖圖譜無外界干擾自由地觀察、移動(dòng)和生成解剖結(jié)構(gòu)快捷地學(xué)習(xí)和了解解剖信息.在VisualC++開發(fā)平臺(tái)下,結(jié)合CT技術(shù)利用OpenGL圖形庫編程實(shí)現(xiàn)的思路:不斷判斷操作者手的狀態(tài)，通過VR系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)每塊骨骼模型進(jìn)行抓取、移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)的人體骨骼虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。虛擬手術(shù)模擬模擬病人(theHumanPatientSimulator),適用于護(hù)理、外科和麻醉的預(yù)期可以對(duì)模擬病人進(jìn)行體檢、呼吸道管理、進(jìn)行心肺復(fù)蘇、電除顫、靜脈給藥和觀察創(chuàng)傷發(fā)展過程。VR以及在康復(fù)領(lǐng)域的新進(jìn)展哈工大的最新成果多功能手臂康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人國外最新研究成果Patientsstandinfrontofa"greenscreen"thatisdigitallyremoved,leavingonlythepatientsactualbodyimagesplacedwithinthevideoenvironment;Noheadgearorwires,onlyalightweightgloveononehandandnosystemcalibrationisrequired.IREXtracksthemovementofthepatient'sbodyandextremitieswithintheclinician-prescribedrange-of-motioncriteria.Thisdataisrecordedasanoutputreport,whichallowsthecliniciantoseeifthepatientisperforminginlinewiththeprescribedexercisetargets.軟件方面相對(duì)于硬件，應(yīng)用到康復(fù)工程的軟件在市面上難得一見，而最新最尖端的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，無一例外的都用在了目前最熱門的行業(yè)————游戲產(chǎn)業(yè)以ATI圖形顯示設(shè)備公司推出的HDR（High-DynamicRange）技術(shù)來說，就達(dá)到了前所未有的高度。這個(gè)算法可以實(shí)現(xiàn)與人眼相近的灰階分辨能力，也就是可以呈現(xiàn)過亮或過暗區(qū)域的更多細(xì)節(jié)，同時(shí)，更令人驚嘆的是，它可以做到對(duì)人眼瞳孔應(yīng)激的模擬，即從黑暗的房間進(jìn)入明亮的花園，你會(huì)感覺到很明顯的玄光，然后場景才逐漸恢復(fù)正常。EAX是我們熟悉的環(huán)境效果程序集，它的4.0版本更是對(duì)音效做出了驚人的仿真！眾所周知，站在大廳的中央和角落聽到的同一音源的效果也是不同的，并且，隨著音源位置的變化，直接聲波與一次反射聲波乃至多次反射聲波由于室內(nèi)建筑的遮擋，也會(huì)產(chǎn)生不同的音效；同時(shí)，不同的材質(zhì)，不同形狀的墻面都會(huì)對(duì)音效產(chǎn)生影響……這一切，EAX4.0全部做到了，不單如此，常玩游戲的同學(xué)都知道，每當(dāng)?shù)孛婊驁鼍坝凶兓?，那么產(chǎn)生的如腳步聲等音效也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化，目前的游戲都做到了這一點(diǎn)，而4.0可以模擬出你從客廳中央的木地板向臥室的門口走的時(shí)候，臥室內(nèi)的毛地毯和壁櫥對(duì)你的皮鞋的腳步聲的影響！在未來的5年中，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)將實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的無線傳輸，患者與計(jì)算機(jī)之間無須再連接亂麻般的電線，這就使患者可以在家中接受治療。研究人員說：“可以想象，未來的患者只需利用家中的工作站就可以與治療師實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程連接和治療。在一個(gè)窗口中，治療師在鼓勵(lì)患者進(jìn)行各種類型的訓(xùn)練，或者幫助患者控制計(jì)算機(jī)，而在另一個(gè)窗口中顯示出的便是正在接受幫助的患者?！盫R相對(duì)傳統(tǒng)的干預(yù)訓(xùn)練方法的優(yōu)勢:

提供多種治療場景和刺激,患者在安全的環(huán)境中進(jìn)行康復(fù)治療可根據(jù)患者的實(shí)際情況進(jìn)行治療過程設(shè)計(jì),而且同樣的場景和任務(wù)可以重復(fù)進(jìn)行可以迅速得到治療效果的反饋信息,并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ),對(duì)醫(yī)生掌握患者的病情有一定作用有利于開展遠(yuǎn)程治療,大大方便了患者,增加了受益的范圍減少患者的治療費(fèi)用。不足之處技術(shù)方面。頭盔式顯示器、圖形眼鏡、數(shù)據(jù)服、數(shù)據(jù)手套、立體聲耳機(jī)、跟蹤系統(tǒng)、三維空間傳感器等的視場，分辨率，造成眩暈等問題還有待解決。聽覺接口和力覺接口等設(shè)備還在研究，應(yīng)用還不多。味覺，嗅覺，運(yùn)動(dòng)覺等技術(shù)，還缺乏研究。缺乏相關(guān)治療和評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)的交互性現(xiàn)實(shí)還不是很好較好的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)外圍設(shè)備還較貴,致使大規(guī)模使用還不行。須滿足眾多矛盾的要求.例如,高質(zhì)量的圖形繪制和實(shí)時(shí)刷新的矛盾、計(jì)算精度和速度的矛盾、大容量和高速的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的矛盾、全彩色高分辨率顯示和繪制速度的矛盾等.技術(shù)問題更逼真的仿真。圖像不真實(shí)接觸和力反饋幾乎沒有，用戶不能實(shí)時(shí)看到視場變化。器官和人體結(jié)構(gòu)的逼真模型。（例如，器官不隨重力變型，不隨操作變型。血管沒有血液，膽管沒有分泌，心臟不跳動(dòng)。）對(duì)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)更好的圖像校準(zhǔn)技術(shù)。適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)表示體系。減小廣域網(wǎng)延遲。延遲應(yīng)該大大減小，提供遠(yuǎn)距合作。

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