基于力反馈的儿童自闭症辅助治疗系统设计与数据分析

毕慧颖

关键词：力反馈；自闭症；辅助治疗系统；数据分析

[中图分类号]G76[文献标识码]A[文章编号]1439-3768-（2019）-5-ZYM

引言

自闭症是广泛性发育障碍的代表性疾病，以社会互动及交流障碍和行为、兴趣或活动模式局限、重复刻板为主要特征。近年来，自闭症的出现率持续增长，目前已位于儿童精神发育障碍的首位。

力反馈技术是一种新型的人机交互技术，它结合虚拟现实技术，使用户在交互过程中能够通过触觉通道感受模拟现实世界力觉交互的“触感”。研究显示，力反馈技术在当前医学训练、情境学习、仿真实验等领域已经有了较为广泛的应用。但目前为止，国内还未将这种技术运用于自闭症的治疗中。

本项目基于自闭症儿童的主要特征，绘制出逼真且有沉浸感的三维虚拟场景，将建立的虚拟世界与现实世界进行设备连接，使自闭症儿童在现实世界可以获得虚拟世界的真实感受，从而对自闭症的治疗起到辅助效果。

1系统结构与原理

本文设计的儿童自闭症辅助治疗系统主要由力触觉反馈设备和视频输出设备两部分组成。力反馈设备作为用户与虚拟环境进行交互的接口，将操作者自闭症儿童的行为（位置或动作）传送给虚拟环境的同时，也反馈作用力给儿童，使得儿童能够从力反馈设备上操纵感知虚拟环境。

2系统三维虚拟场景实例

系统共包括带纹理的正方体、白色瓷环、四种不同材质的小球、四种不同材质的平面、牙齿、有弹性的薄膜、水中漂浮的小鸭子、夹取小方块到指定位置8个场景，以其中2个场景为例进行描述。

2.1牙齿

场景中是一颗牙齿，小棒是手柄的体现，牙齿可以放大，用手柄碰触牙齿，可感受到其坚硬，沿牙齿表面移动手柄，有明显凹凸触觉反馈。

2.2夹取小方块到指定位置

一个蓝色的平面上放置了三个粉色的小正方体和一个灰色的边框。力反馈设备手柄在场景中以两个小夹子的形式体现，当靠近小正方体时，按住手柄上的按钮，小夹子将夹紧它，然后移动手柄将小正方体放于灰色边框处。该场景的操作对于自闭症儿童而言难度最高。

3实验测试与数据分析

3.1实验测试与结果

本实验以南京明心幼儿园的5位6-10岁中度自闭症儿童为测试者，从儿童进入实验教室开始计时，每人测试时间300秒，实验时组内一名成员打开程序场景，操作系统手柄，其他成员对儿童注意系统场景情况及触摸手柄情况进行记录，结果如表1所示。

姓名性别年龄/岁开始注意系统场景时间/秒注意间断次数注意间断体现注意系统场景总时长/秒开始触摸手柄时间/秒触摸手柄总时长/秒小A男6652环顾教室124\0小Q男7153环顾教室206\0小X男8101撕白纸22724206小Y男912环顾教室17251132小L男101010敲击键盘7813127

表15位中度自闭症男孩实验数据表

由上述数据可以看出，系统场景能够引起全部5位自闭症儿童的注意力，但会产生注意间断且注意时间差距较大。只有三位患儿尝试触摸手柄，时长同样差距很大。

3.2数据分析

根据5位自闭症男孩开始注意系统场景时间、注意系统场景总时长、触摸手柄总时长与测试总时长的比例计算出系统对患儿的吸引度、维持注意程度、维持触摸程度如表2所示。

表25位中度自闭症男孩实验数据分析表

由图表可知，系统场景对5位中度自闭症男孩的吸引度均高于70%，说明有较强吸引力；维持注意程度在20%-80%之间，差异悬殊；维持触摸程度两人为0，其他三人在5%-70%之间，差异也很大。由此可见系统场景对患儿普遍具有一定吸引力，但是患儿对于系统场景的注意程度及触摸程度个体差异大。

4结论

本文设计了一种基于力反馈技术的儿童自闭症辅助治疗系统，与目前针对自闭症的干预治疗手段不同，本系统创新性地将力触觉方法引入到治疗方案中，构建了具有真实感和沉浸感的儿童自闭症数字化混合现实治疗环境。

根据对实验数据的统计与分析，可以发现系统对中度自闭症男孩有较强吸引力，男孩能够对其产生一定的兴趣，因此本系统可应用于自闭症儿童的辅助治疗以及注意力集中程度评估。

但由于团队成员精力和时间有限，实验所用样本数量不足，长期跟踪记录不足，后续应增加样本数量并请幼儿园老师配合，在正常学校活动中加入每天一次实验并记录。另一方面，自闭症儿童交流困难，沉浸在自己的世界中，对显示器上程序场景兴趣维持度较低，因此未来仍需进一步了解自闭症儿童的生理和心理状态，对场景进行设计美化，以适应自闭症儿童需求，提高其注意力。

参考文献

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