对于众多脑卒中患者,如果能够得到及时有效的康复训练治疗,可以恢复患者的肢体运动情况以实现生活自理能力。然而,传统的康复训练疗法需要配以辅助康复训练机构以及医护人员的引导等,并且针对不同的康复训练状况需要采取与其相匹配的辅助康复医疗械,而且对于医护人员的技能及临床经验要求非常之高,由于目前医护人员的紧缺与康复患者的众多,引起个体患者的康复训练时间有限,进而导致患者错过最佳的康复训练时间。
针对目前康复医师与患者之间供求失衡的情况下,新的康复治疗手段不断被引入康复医疗领域,伴随计算机技术发展而逐渐壮大的虚拟现实得到了迅速的发展,同时引起了医学界的专家、学者们的高度重视并逐步将虚拟现实技术应用于康复训练之中,因此虚拟现实康复技术应运而生。
虚拟现实技术由于具有交互性、沉浸感、构想性而被广泛的应用于教育、娱乐、医疗等领域。在医疗领域,虚拟现实能够提供给患者沉浸式的康复体验,并加以人机交互技术,可以大幅提升患者的康复疗效。作为纳斯达克上市企业“微美全息WIMI.US”旗下研究机构“微美全息科学院”的科学家们以脑卒中患者的肢体运动功能康复训练为例,对虚拟现实康复技术进行介绍。
虚拟现实技术不断地被应用于患者的康复训练中,一方面减少了传统主要基于康复医师辅助运动治疗方法,同时避免了上述治疗方法不规范性等诸多问题;另一方面一定程度上带动了康复患者的主动康复训练的意识,使其在心情舒畅的环境下进行康复训练。虚拟现实技术之所以不断应用于康复训练中,还主要体现在其能够提供其他基于辅助机械训练所不能提供的感知与享受,能够使患者在康复训练过程中显得更加自然、有成就感,虚拟现实技术不断融入康复治疗将是未来康复领域的重要方向。
传统的脑卒中恢复期治疗方法是以分级或反射运动控制为理论基础,主要是依靠康复医师手动辅助患者康复训练,康复训练无法得到有效保障,从而影响康复效果。
常见基于虚拟现实技术的康复运动功能训练,主要是在患者进行康复训练过程中附以相应的游戏场景,使患者在做康复训练过程时伴有一定乐趣在里面,却仍难以调动患者的主动参与意识和自信心。同时由于欠缺对患者生理状态的评价策略,患者康复过程中产生疲劳,易于出现意外导致二次受伤,进而限制了虚拟现实技术的临床推广应用。结合脑肌电信号能够反映患者运动模式和生理功能状态的特点,基于脑肌电信号与虚拟场景的脑卒中患者康复训练整体系统设计方案框图如1所示。
图1脑卒中患者虚拟现实康复方案
系统工作流程如下:
(1)脑卒中患者结合虚拟康复系统进行康复训练,同步采集脑卒中患者的脑肌电信号并无线发送至PC端;
(2)PC端获取脑肌电信号并进行前期的信号预处理,一方面提取基于sEMG运动模式特征向量,实现对脑卒中患者的运动模式进行有效刻画;另一方面提取sEMG疲劳指标和EEG疲劳指标作为运动疲劳评价的特征向量,实现对脑卒中患者的疲劳程度进行有效刻画;
(3)将运动模式特征向量送入智能分类器1,进行运动模式分类,并根据分类结果控制虚拟康复训练场景;
(4)将s EMG疲劳指标和EEG疲劳指标送入智能分类器2,进行疲劳等级分类,并根据分类结果自适应调节虚拟康复训练场景难易程度;系统克服了目前康复训练的不足,不仅实现基于虚拟场景的人机交互,以摆脱患者被动接受实体康复机器人康复训练的缺陷,而且能够根据患者目前生理状况自适应的调节康复训练场景,减缓或增强康复训练强度,避免不当训练所造成的二次损伤。
临床研究表明,通过及时、积极的康复训练,大部分中风患者可以恢复简单肢体运动能力、甚至痊愈。针对恢复期脑卒中患者个体的差异性,脑电(EEG)与肌电(sEMG)信号能够实时反映不同个体的运动功能状态,通过分析脑肌电信号获取患者生理状态,并作为反馈自适应调节虚拟场景难易,不仅能够提高患者康复训练的主动性和自信心,同时避免因疲劳状态下训练所导致的二次受伤,保证康复训练的安全性,使康复训练更加智能化、人性化,进而推动虚拟现实技术的临床实用化进程,缓解康复医师短缺、康复机器人辅助训练不足的现状,具有重要的经济和社会价值。
微美全息科学院成立于2020年8月,致力于全息AI视觉探索科技未知,以人类愿景为驱动力,开展基础科学和创新性技术研究。全息科学创新中心致力于全息AI视觉探索科技未知, 吸引、集聚、整合全球相关资源和优势力量,推进以科技创新为核心的全面创新,开展基础科学和创新性技术研究。微美全息科学院计划在以下范畴拓展对未来世界的科学研究:
一、全息计算科学:脑机全息计算、量子全息计算、光电全息计算、中微子全息计算、生物全息计算、磁浮全息计算
二、全息通信科学:脑机全息通信、量子全息通信、暗物质全息通信、真空全息通信、光电全息通信、磁浮全息通信
三、微集成科学:脑机微集成、中微子微集成、生物微集成、光电微集成、量子微集成、磁浮微集成
四、全息云科学:脑机全息云、量子全息云、光电全息云
以下是微美全息科学院的部分科学家成员:
李徐周,山东大学计算机科学与技术学院博士,是模式识别与图像处理方向学术带头人。近年来一直从事模式识别与图像处理等领域的研究、开发与应用工作。曾参与国家自然科学基金重点项目和山东省自然科学基金重点项目等多项课题的研究工作。在模式识别、图像处理等方面打下良好的工作基础。近年来已在模式识别、图像处理等方向发表多篇学术论文。
郑玉洁,重庆大学博士学位,研究方向包括产品设计变更管理、VR/AR驱动商业模式创新,曾经主研的科研项目包括山东科技大学菁英计划的《基于VR/AR技术的复杂机械产品设计变更管理研究》、重庆大学汽车协同创新中心重点项目《VR/AR技术在汽车消费行为偏好挖掘中的应用及关键技术》及其他多项国家自然科学基金项目,也曾参与发表多篇期刊论文。
刘湘辉,国防科技大学计算机工程与科学专业博士,研究方向包括成像卫星任务规划、无线传感器网络以及公路工程管理软件应用等。曾参加多项国家自然科学基金,其中,其在无线传感器网络方面的相关研究论文曾被《计算机研究与发展》、《电子与信息学报》、《软件学报》以及若干国际会议录用和发表。
丁凯,华中科技大学电力电子与电力传动专业博士,香港理工大学研究员,研究方向包括电子电力学仿真技术,电动汽车、电池管理系统等,曾主导过多项相关的研究项目。
郭松睿,湖南大学计算机科学技术工学博士,曾在中科院科学计算国家重点实验室 合现实技术研修班 学习混合现实,增强现实技术,参与研发多个重点项目。
江涛,中国科学院沈阳自动化研究所博士,机器人学国家重点实验室,研究方向为微型仿生飞行器的气动/结构设计、控制与系统开发,在2018年获得 ICRCA-2018 机器人 EI 国际会议"最佳论文奖"。
杨军超,重庆邮电大学通信与信息工程学院信息与通信工程专业博士研究生,华盛顿大学电子工程学院联合培养博士,长期研究虚拟现实、5G多媒体传输优化、基于MEC的智能转码优化,以第一作者发表SCI/EI 论文 6 篇,中文核心 1 篇,申请专利 4 项。
李维娜 ,2017 年博士毕业于韩国忠北国立大学的信息和通信工程学院。2017 年 8 月去了新加坡的 Singapore-MIT Alliance for research and technology centre(SMART)从事压缩全息(compressive digital holography)的博士后工作,2018 年 11 月进入清华大学深圳国际研究生院的先进制造学部,在以前工作的基础上把数字全息(digital holography)拓展到机器学习(machinelearning)领域,特别是对 U 型网络(U-net)的改进和应用。在上述研究领域以第一作者发表高水平论文 5 篇,以第二作者发表的高水平论文2 篇。
曲晓峰,香港理工大学博士,现任清华大学深圳研究生院博士后,主要研究生物特征识别、机器视觉、模式识别,与绿米联创合作进行嵌入式产品算法、深度学习应用、图像与视频相关算法以及生物特征识别相关产品的开发。
危昔均,香港理工大学康复治疗科学系博士,南方医科大学深圳医院虚拟现实康复实验室负责人,主要研究基于虚拟现实技术的康复系统搭建及相关临床和基础研究。
单羽,昆士兰科技大学数字媒体研究中心(澳大利亚)博士,研究方向为虚拟现实娱乐产业与亚洲创意经济,曾参加多场虚拟现实产业的国际学术会议并发表主题演讲,发表多篇以“虚拟现实艺术”相关的学术论文,并参与国内多个虚拟现实娱乐产业领域的项目研究。
刘超,新加坡南洋理工大学博士,是深圳市南山区领航人才,深圳市海外高层次人才孔雀计划C类, Molecular Physics 2011年度最佳年轻作者提名,主要研究方向为人工智能预测过渡金属氢化物金属氢键键长与解离能和环式加成反应中量子力学/分子力学反应机理研究,曾参与过流程模拟软件的开发与研究。
张婷,美国西北大学博士后,香港大学博士,海外高层次人才孔雀计划C类,主要从事VR/MR关键技术研发应用和复杂服务系统优化等研究,发表全息专利5项。获全国"挑战杯"创业计划大赛 湖北省一等奖,华中科技大学一等奖。
姚卫,湖南大学计算机科学与技术工学博士,主要研究方向:忆阻神经网络及其动力学行为,应用于:图像处理、安全通信。基于VDCCTA具有长时记忆特性的忆阻器电路及其构成的神经网络。参与设计基于忆阻器的神经网络系统模型。基于忆阻器的仿生物神经元和突触连接的微电子电路设计,参与基于忆阻器的神经网络系统模型的设计与动力学行为的分析。
彭华军,博士,毕业于香港科技大学显示技术研究中心(CDR),从事硅基液晶器件、AMOLED材料与器件、TFT器件、显示光学等研发工作。彭博士一直从事信息显示领域前沿工作,涵盖电视图像色彩管理、AMOLED生产制造、微显示芯片设计与制造、投影与近眼显示光学等。彭博士在国际刊物上发表20篇文章。已申请近50项中国发明和美国发明专利,其中10项美国专利和20项中国发明专利获得授权。
陈能军,中国人民大学经济学博士、上海交通大学应用经济学博士后,广东省金融创新研究会副秘书长、广东省国际服务贸易学会理事。主要从事文化科技和产业经济的研究,近年来在版权产业领域研究方面有较好的建树。近年来先后主持、主研“5G时代的数字创意产业:全球价值链重构和中国路径”“深圳加快人工智能产业发展研究”“贸易强国视角下中国版权贸易发展战略研究”,“文化科技融合研究:基于版权交易与金融支持的双重视角”等省部级课题多项,并在《商业研究》《中国流通经济》《中国文化产业评论》等核心期刊发表论文多篇。
潘剑飞,香港理工大学博士学位,现为广东省高校“千百十工程”人才,深圳市海外高层次人才,深圳市高层次人才、深圳大学优秀学者。研究领域主要为自动化+VR 应用、先进数字化制造、 数字制造全息孪生工厂、机器人等。主持多项国家自然科学基金项目、广东省科技计划项目和广东省自然科学基金项目。
杜玙璠,北京交通大学光学工程博士,取得与显示产品相关专利20余项,发表期刊文章3篇,曾打造全球最高分辨率的8K*4K 的VR产品,并提出了采用光场显示技术,解决VR辐辏冲突问题;推出首款国产化率100%的单目AR眼镜,第一次联合提出基于未来空间信息的非接触式交互的操作系统概念(System On Display),在运营商体系进行虚拟现实数字产业合作。
伍朝志,深圳大学光机电工程与应用专业博士,研究方向主要为精密/微细电解加工,发表过多篇期刊论文和会议论文,获得三项相关专利,曾参与国家重点研发计划 、国家自然科学基金重大研究计划重点项目等。
丁茹,中国社会科学院,数量经济研究所的技术经济及管理博士,从事大数据与数字经济、创新发展研究、科研项目管理等领域,主要研究领域为科技服务、产业经济研究、技术创新与创业。任山东省技术市场协会副秘书长,擅长整合创新资源、拓展创新业务和创新产业规划和产业经济,参与虚拟现实技术应用方面的相关创新研究和产业资源对接。
翟振明,美国肯塔基大学博士毕业,为广州大学R立方研究所所长、中山大学博导、人机互联实验室主任,曾撰写英文专著《Get Real: A Philosophical Adventure in Virtual Reality》,该书对虚拟现实和扩展现实发展趋势进行技术迭代预言并得到相关印证,此著作被美国评论者认为“有可能在虚拟现实技术和哲学两个领域都成为里程碑性的著作”。其设计创建中山大学人机互联实验室,其中的“虚拟与现实之间无缝穿越体验系统”已在国内外产生广泛影响。其首创了虚拟现实作为逆向艺术的概念,为虚拟世界的艺术与人文理性做出了突出贡献。
谭昕,副教授,主要研究全息虚拟现实应用设计等战略新兴产业相关课程,是数字媒体艺术设计专业主任,担任国泰安教育技术有限公司名誉顾问;受聘深圳市文化广电旅游体育局文化产业专家库专家;受聘深圳市龙岗区文化创意产业专家库专家;担任重庆青年职院项目化课程重构指导指导专家。曾主编《虚拟现实应用设计》。
陆建勋,深圳大学工学博士,其主要产学研方向为虚拟现实技术应用、智能制造技术及相关设备开发等,在相关领域有着广泛而深刻的研究,并发表过多篇期刊论文,曾参与了国家自然科学基金项目、广东省自然科学基金项目和深圳市知识创新基础研究等项目。
袁志辉 ,中国科学院大学(中国科学院电子学研究所),通过硕博连读获得通信与信息系统专业博士学位,主要研究方向:(1)InSAR信号处理;(2)信号分析与处理。现主持国家自然科学基金项目1项,湖南省自然科学基金项目1项,主持湖南省教育厅科学研究项目2项;先后参与国家自然科学基金、湖南省自然科学基金和省教育厅重点科研项目等5项;目前获专利授权2项;在国内外重要学术期刊上发表论文十余篇,其中SCI收录9篇,并担任过IEEE GRSM、TGRS、JSTARS、Access、Letters、SPL和JARS等国际遥感类和信号处理类权威期刊的审稿人。
彭福来 ,北京理工大学电子科学与技术专业的工学博士。长期从事电子信息、人工智能、大数据处理、医学信号处理等领域的研究工作。作为负责人或骨干人员先后参与国家重点研发计划、国家自然科学基金、装备发展部、省自然科学基金、济南市高校团队人才等重大科研项目。在电子信息、人工智能、大数据处理、医学信号处理分析、生理信号检测等方面具备丰富的研究开发经验。发表论文10余篇,申请专利20余项。
林炯康,香港理工大学电力电子与电力传动专业博士,主要研究方向为工业VR引擎等。曾在诺丁汉大学电子与电机工程系负责控制算法的研究和测试,软件的开发与维护等。发表SCI论文多篇。
张铸 ,香港理工大学电气工程系博士,研究项目包括VR工业培训系统设计,电机控制器设计与优化等,且参与了多项国家自然科学基金的项目,取得多项相关科技成果,包含一项发明专利、三项实用新型专利和两项软件著作权。
徐翠东,香港理工大学博士,研究方向包括电气工程、电力电子的智能应用等,曾为香港理工大学电机工程系电力电子研究中心研究员,IET电力电子评论家,曾主导多项相关的研究项目,参与发表多篇期刊论文和会议论文。
李社,哈尔滨工业大学博士,主要研究方向为手性光子晶体、手性光子晶体光纤及传感。参与国家自然基金、黑龙江省基金等多项项目,发表论文多篇,其中SCI检索3篇,EI一篇。获黑龙江省科技进步奖二等奖一项。
乔牧,哈尔滨工程大学博士,研究方向包括VR设计原理等,发表过多篇科技论文,参与了多项科研项目,包括国家自然基金项目、黑龙江省教育厅科研项目等,曾取得三项科技奖励,获得两项实用新型专利和一项发明专利。
滕达,中国铁道科学研究院博士,研究方向包括计算机科学与技术自然语言处理、信息工程及控制等,曾主持多项相关课题的研究,参与发表多篇学术论文,已申请发明专利3项。
田雪松,哈尔滨工业大学博士,研究方向包括图形图像光电信息处理及传感技术、量子通讯电子物理研究、激光防护用氧化钒薄膜性能研究等,曾发表多篇相关学术论文,曾参与多个国防科技预研跨行业综合技术项目。
朱学群 ,北京林业大学博士,具备交叉学科背景,擅长数理统计、量化分析、科学管理,主导多个重点全息AR项目实施,在材料、显示理论与研究很深的行业经验,是新华网中国双创导师、北京市海归科协双创导师。
李迁,北京科技大学博士,研究方向包括材料加工分析、镀膜、工业VR等,在激光共聚焦显微镜、扫描电镜、透射电镜等进行深入研究,对于分子材料、材料连接技术方向曾参与发表多篇相关论文。
赫万佳,香港理工大学博士,主要研究基于虚拟现实技术的康复系统及相关临床和基础研究,曾参与发表多篇相关论文及多个相关项目的研究。
周福礼,重庆大学博士,为国际学术协会会员。主要研究方向包括VR/AR驱动商业模式创新、大数据商务分析等,发表相关论文30余篇,其中SCI/SSCI检索10余篇,EI期刊12篇,CSSCI 1篇,曾经主持多个省部级项目。
刘伟星,中国科学院大连化学物理研究所博士,研究方向包括AR 衍射光波导的光栅设计,包括效率、显示均匀性、成像质量优化、AR 技术技术路线的探索和调研等。曾发表多篇相关论文及主导多个相关项目,且获已授权专利 8 项。
李庆普,上海理工大学博士,在虚拟现实领域有丰富的研究经验及项目实践经验,曾参与基于计算机触觉技术的虚拟医疗仿真技术研究、汽车模拟驾驶仿真研究、多体感VR硬件研发及VR实训安全教育等多个项目。其已发表多篇相关论文并取得多项专利。
微美全息科学院旨在促进计算机科学和全息、量子计算等相关领域面向实际行业场景和未来世界的前沿研究。建立产研合作平台,促进重大科技创新应用,打造产业、研究中心深度融合的生态圈。微美全息科学院秉承“让有人的地方就有科技”为使命,专注未来世界的全息科学研究,为全球人类科技进步添砖加瓦。
微美全息成立于2015年,纳斯达克股票代码:WiMi。$微美全息(WIMI)$ $纳斯达克(.IXIC)$
微美全息专注于全息云服务,主要聚集在车载AR全息HUD、3D全息脉冲LiDAR、头戴光场全息设备、全息半导体、全息云软件、全息汽车导航、元宇宙全息AR/VR设备、元宇宙全息云软件等专业领域,覆盖从全息车载AR技术、3D全息脉冲LiDAR技术、全息视觉半导体技术、全息软件开发、全息AR虚拟广告技术、全息AR虚拟娱乐技术、全息ARSDK支付、互动全息虚拟通讯、元宇宙全息AR技术,元宇宙虚拟云服务等全息AR技术的多个环节,是一家全息云综合技术方案提供商。
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