基于AI技术的手部损伤康复仪设计

作品构思

手是人们身体非常重要的部分，灵巧的手能够完成各种精细的操作，方便工作和学习。同时，活动受限的手给我们带来很多困扰。最近几年，85%的学生因为户外活动、体育课以及极限运动而受伤，如手部骨折、扭伤等。还有许多频繁使用手来工作的人，如社团杨老师因为长时间使用电脑引发手腕肌肉劳损入院治疗并进行康复训练。

在研究文献中，我们注意到科技在康复训练中的应用正逐渐增多，康复公司和医院也开始推出相关产品，如康复书籍的数字化阅读。我的爸爸作为一名运动协会的工作者兼中医，经常为运动损伤患者提供康复治疗。与他交流发现，当前研究缺乏一种不需要额外穿戴设备的主动康复训练工具。为了弥补这一缺陷，我们设计了一款创新的产品，旨在提供一种新型的康复训练解决方案。

项目制作过程

首先，我们前往康复产品研发公司进行了实地调研。通过调研我们发现，本项目在市场上目前还没有形成有效的产品，可行性很高。

其次，我们确定产品的最终功能是既能协助患者在家练习，又能实时监测患者的手势和准确率，提高效率，还可以判断动作是否标准，并指出错误。这款手部康复仪费用较低，并且容易操作。

最后，我们设计手部动作评分。完成手部动作评分需要借助人工智能算法，通过检测实时图像中手指各个关节的空间位置，来判断手部各关节的活动角度，这一步的检测工作被称为手部关键点检测。

手势初级练习共6个动作，对于需要判断关节角度的动作，我们通过数学方法，根据三个关键点之间的位置关系来计算关节角度；对需要判断距离的算法，我们对手掌宽度进行归一化来实现标准化距离的测定。在得到角度信息和距离信息后，我们通过提供的评分标准设计相应的线性函数计算分数。

高级练习与初级练习部分不同，用户不仅需要完成相应的动作，还需要注意动作的节奏与示例视频中的动作相匹配，即在时间上保持动作的一致性，因此，除了设计关节角度的计算方法外，还需要设计动作时序匹配的算法。

经过4个月的设计与制作，终于迎来了最后的实际测试，我们邀请很多医生朋友以及家里长辈作为测试对象，最终完成了这个作品的测试。

创新点

（1）手部康复仪提供初级和高级练习，该训练器能够适应用户康复过程中的进步，同时保持挑战性。

（2）手部康复保健仪通过摄像头捕捉用户的画面并实时显示在系统界面当中，这与患者对着镜子进行康复训练的效果是类似的，并能及时给出评价，方便患者了解自己的训练效果并及时改进自己的动作。

功能展示

此项目主要解决手部损伤后的康复训练。功能展示如下。

（1）此系统主要通过摄像头采集手势视频信息，利用mediapipe算法识别出动作的准确性。

（2）采用压力传感器进行抗阻力的训练。