基于虚拟现实技术的呼吸康复智能化系统及使用方法与流程

本发明涉及医疗康复，尤其涉及一种基于虚拟现实技术的呼吸康复智能化系统。

背景技术：

1、肺康复是指在全面评估患者肺部病情后，采取的个体化综合康复措施，包括但不限于呼吸肌训练、运动训练和行为干预，长期、有效的肺康复训练可以缓解慢性呼吸系统疾病患者的临床症状，改善其肺功能，促进疾病康复，目前已在临床广泛应用[1-2]。闭塞性细支气管炎(bronchiolitis obliterans,bo)是以终末细支气管、呼吸性细支气管周围炎症及肺纤维化导致的以气道管腔狭窄为主要特征的慢性气流阻塞综合征[3]。2023年儿童bo的诊断和治疗专家共识[4]指出，可指导年长儿进行肺康复训练。但目前关于儿童的肺康复训练方案多针对哮喘患儿，尚未形成bo患儿肺康复训练方案。另外，由于患儿的理解能力有限，难以完全理解肺康复训练的内容及实施方法。传统肺康复训练的互动性及趣味性较差，患儿肺康复依从性较低，这不仅影响肺康复效果，还可能导致肺康复相关不良事件的发生，甚至危及生命[5]。随着信息技术发展，借助情景模拟等各种信息技术指导患者开展康复训练，提高训练趣味性并保障患者安全已成为发展趋势。

2、bo儿童呼吸康复训练依从性差的主要原因在于：

3、(1)呼吸康复的内容较单一，形式缺乏多样性和趣味性。患儿在长期康复过程中对于呼吸康复训练的单一性、枯燥性易产生较大的抵触心理，故常出现呼吸康复训练量少，训练强度未达到标准，训练动作不标准等现象。

4、(2)患儿家长对于肺康复的认知程度较低，从而影响患儿呼吸康复训练的实施和开展。患儿年龄较小，自我管理能力和依从性较差，主要依靠患儿家长对其进行监督和照护。研究显示，目前患儿家长对于呼吸康复的态度相对积极，但在知识和具体行为方面，其缺乏相应的呼吸康复知识、技能认知，从而导致其在指导患儿在呼吸康复过程很难起到指导性作用。

5、(3)呼吸康复缺乏标准化流程和量化评价指标。目前，对于bo儿童呼吸康复过程中的管理主要依靠医护人员对患儿的反馈和观察，根据经验对其呼吸康复的内容和过程进行选择和判断，呼吸康复过程中缺乏标准化流程，在选择患儿呼吸康复内容时缺乏参考依据，在判断患儿情况时缺乏定量的判断依据，从而影响临床上医护人员对患儿实施呼吸康复的信心，降低了临床呼吸康复的实施率。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种基于虚拟现实技术的呼吸康复智能化系统。本研究构建了bo患儿肺康复训练方案，并研发了基于情景模拟的bo患儿肺康复训练系统，通过情景模拟的形式促进患儿训练，并实时采集相关数据，实现了肺康复训练方案的动态管理和质量控制。

2、实现本发明目的技术方案是：一种基于虚拟现实技术的呼吸康复智能化系统，包括vr端、视频端、医院智能服务平台、云端服务器、底层端和应用端，所述vr端用于将体征数据传输给医院智能服务平台，所述医院智能服务平台的体征数据传输给底层端，所述医院智能服务平台对vr端进行指导视频的通信，所述视频端将动作数据和表情数据传输给云端服务器，云端服务器再将视频数据传输给底层端，所述底层端将体征数据和视频数据分析处理后形成诊断报告发送至应用端。

3、作为优选，所述vr端设有趣味小游戏、氧流量传感器、电子血压计，所述趣味小游戏用于进行患儿呼吸训练，氧流量传感器可感应患儿呼吸训练强度是否达标，电子血压计用于感应患儿呼吸训练时血压是否正常。

4、作为优选，所述基于虚拟现实技术的呼吸康复智能化系统通过平台架构实现，所述平台架构包括相互通信的应用层、智能化平台、大数据层和基础系统，所述应用层用于对患儿进行情景模拟呼吸训练，并将患儿的训练情况传输至智能化平台，所述智能化平台用于显示情景模拟的画面、识别动作变化并评分，大数据层用于对情景模拟的呼吸训练动作进行数据分析及反馈，反馈结果通过基础系统进行保存。

5、作为优选，所述应用层包括互联网医院平台、微信公众号、支付宝小程序、视频端口；

6、所述互联网医院平台应用于医护端，医护端通过互联网医院平台发布医嘱、护理办法、呼吸康复处方，实现与患儿之间的实时医疗指导；

7、所述微信公众号、支付宝小程序应用于家属守护端，用于通过微信公众号、支付宝小程序实现与医护端的实时查询、病例问询、呼吸康复处方查询功能；

8、所述视频端口包括vr眼镜、手机、家庭监控，所述视频端口为bo儿童呼吸康复动作输入端口，通过vr眼镜模拟呼吸康复画面带动患儿进行呼吸康复训练，视频及手机端摄像头通过视频录入的方式将患儿的训练情况传输至智能化平台。

9、作为优选，所述智能化平台包括动作储存库、医院信息库、动作识别层、动作判断层、动作评价层，所述应用层传输的视频文件会第一时间传输至动作储存层、医院信息库；动作识别层通过数据库查询方式调出视频文件，通过搭建人体动作模型，对视频中患儿的、动作进行标注；而动作判断层则基于已搭建的呼吸康复标准的深度学习模型对视频中患儿的动作进行实时判断，分析动作是否符合技术要求；动作评价层则是通过对患儿动作与已有标准模型进行判断，从而形成对患儿呼吸康复训练的最终评价。

10、作为优选，所述大数据层用于将已有的儿童呼吸康复标准转化为技术评价指标，主要的模块有神经网络模块、数据分析模块、数据反馈模块、数据更新模块、输出层；

11、神经网络模块主要是将输入的动作转化为呼吸康复模型的指标，例如呼吸的频率、吸气的幅度、肢体抬升的距离，量化动作指标的视频特征转化过程；

12、数据分析模块则是根据现有的呼吸康复标准中的患儿判断数据，建立相应的强化学习模型，建立数据可视化的动作指导标准，对输入的视频文件进行实时判断；

13、数据更新模块则是根据测试的呼吸频率、呼吸幅度、动作幅度等生理性指标与bo儿童呼吸康复程度建立相应的规律曲线对患儿进行智能化判断，并根据实时判断的结果数据对呼吸康复动作标准进行实时更新；

14、数据反馈模块、输出层主要是将分析的结果形成呼吸康复诊断报告并反馈至患儿端、家属守护端和医护端。

15、作为优选，所述基础系统用于储存患儿端和医护端的信息及电子病历，主要包括医院基础的his、lis、历史电子病历库。

16、作为优选，所述儿童呼吸康复智能化系统通过2个端口进行登录操作，包括医护端口和训练端口，所述医护端口包含儿童信息管理模块、项目处方模块、康复处方模块、处方查看模块、训练记录模块，所述训练端口包括学习模式、练习模式和康复模式。

17、作为优选，所述学习模式用于帮助患儿了解和学习肺康复训练的相关知识和技能、通过卡通动画人物语音介绍和控制面板的文字引导，帮助患儿进入肺康复训练的各个步骤，并详细介绍相关操作的知识要点，以达到自主学习的目的；

18、所述练习模式用于帮助患儿学习和巩固单项训练内容，所述练习模式包括呼吸训练模块、运动训练模块、康复模块，所述练习模式将学习模式中的肺康复训练以单项训练的形式呈现，患儿可根据自身的需要选择训练内容，进行重点加强训练，在此模式下，系统会根据患儿的选择，提供相应的训练指导，以帮助患儿更好地进行针对性训练。

19、本技术还提供一种基于虚拟现实技术的呼吸康复智能化系统的使用方法，包括如下步骤：

20、a)登录互联网医院端；

21、b)患儿佩戴vr眼镜，通过vr眼镜模拟呼吸康复画面带动患儿进行呼吸康复训练，并实时监控；

22、c)监护人通过现场或在线的方式查看患儿呼吸康复过程，

23、d)患儿在监控下进行呼吸康复训练，通过在线系统将训练过程传输至智能化平台，

24、e)通过视频观察训练过程、判断患儿是否出现呼吸不畅、动作迟滞的问题，如果是，则进入步骤f)，如果否，则进入f’),

25、f)通知医护端及家属守护端，监护人通过现场、手机或者家庭监控查看患儿康复过程，医护端通过互联网平台发布及时的医疗/护理干预建议、进行实时护理干预，

26、f’)通过智能化平台判断患儿是否按照要求完成康复训练，如果是，形成当次的康复训练报告，如果否，发送至互联网平台端，提醒监护人进行干预，

27、g)更新患儿健康报告并发送至医护端进行保存，并发送至负责医生进行下一步康复训练规划。

28、采用了上述技术方案，本发明具有以下的有益效果：(1)本系统以vr眼镜为输出，通过制定趣味性的呼吸康复环境，提升bo儿童呼吸康复训练的个体依从性；搭建bo儿童呼吸康复智能化平台，通过连接手机摄像头、家庭监控，将患儿在日常呼吸康复训练中录制成视频，实时传送至医院互联网服务器平台，通过深度学习技术对患儿日常呼吸康复训练内容进行在线判断，并将患儿训练结果、训练过程中存在的问题自动形成报告，通过互联网端发送至家属守护端端和医护端，形成封闭式在线呼吸康复训练智能化系统。

29、(2)本技术bo儿童智能化呼吸康复模式通过将智能化技术运用于儿童呼吸康复训练、判断和评价的过程，实现bo患儿呼吸康复过程智能化、自主化、规范化的呼吸康复模式。其对创新的儿童呼吸康复模式的需求是显而易见的，本技术结合vr技术、视频识别技术、大数据等技术，通过搭建bo儿童智能化呼吸康复互联网平台，将儿童呼吸康复的项目和要求以视频形式植入到互联网平台，以vr技术为输出，产生3d视频指导患儿呼吸训练；以拍摄bo儿童现场呼吸训练的视频为输入，通过智能化技术和运动感应器自动识别bo儿童的呼吸康复训练的动作、强度、频率等是否达标，对于不达标的指标以视频和声音的方式输出提醒，并予以纠正，实现bo儿童呼吸康复的智能化指导。智能化技术能充分利用儿童的视觉、听觉、触觉，让儿童身临其境，更利于全面、深刻地掌握呼吸康复相关知识和技能，提高了呼吸康复内容的趣味性和呼吸康复方式的多样性，同时通过运动感应设备检测患儿呼吸康复内容是否正确，动作是否达标，以促进患儿自主进行呼吸康复，提高其呼吸康复的依从性，将居家呼吸康复简单化，降低了患儿家长对患儿实施呼吸康复的难度，更好地保障患儿呼吸康复的流程的准确性，同时更好地提高了呼吸康复的实施率，有助于将呼吸康复的效益最大化。因此，通过智能化技术使儿童呼吸康复智能化，能有效指导bo儿童进行有效呼吸康复训练，提升了bo儿童对呼吸康复训练的兴趣以提高依从性，可以实现bo儿童自主完成呼吸康复训练；再结合自动化识别与判断，互联网自动生动反馈报告推送给医务人员，使其及时知晓并调整bo儿童的呼吸康复项目，形成闭环管理，实现跨地域跨时间管理，提升bo儿童临床疗效，改善患儿及其家庭生活质量。

30、(3)本研究拟组建多学科合作团队，基于循证法构建bo儿童呼吸康复模式，通过互联网平台和智能化技术实现bo儿童呼吸康复智能化，并通过临床类实验研究，检验该模式的可行性、有效性和安全性，为临床提供一个可行性高、有效、安全的应用于bo儿童的呼吸康复模式，为临床bo儿童的康复护理提高参考，以提高患儿呼吸康复依从性，改善bo儿童的临床疗效，降低死亡。