腕关节结构复杂、活动频率高,长时间上肢支撑等运动或脑卒中等疾病可能引起运动功能障碍而严重影响日常生活。腕关节康复训练在恢复和促进功能障碍中起着重要作用。AR(Augmented Reality,增强现实)技术能将虚拟场景和现实世界进行融合,对现实世界进行增强和补充。针对缓解中医院临床康复治疗资源紧张的急需,论文工作将AR引入到掌屈背屈康复训练中,结合外接传感器完成APP的设计和开发。因此,论文工作具有重要的工程实践应用价值和社会效益。AR应用于康复训练已成为当前研究热点。近几年国外工作取得了一定的成效、国内的发展也在不断追赶前进,但通过深度调研和分析发现,现有的AR腕关节康复训练系统组成设备多为PC机、投影仪和传感器等,成本高;康复训练过程需要他人协助,不支持自主医疗康复且大部分康复训练过程通过上肢训练带动腕关节,缺乏针对性强的腕关节训练;设计缺少用户体验指导和可用性评估;康复训练数据缺乏针对性分析。论文工作将着重对前三点问题进行解决。论文工作主要目标是设计并开发一款基于AR技术的、面向临床可用的、能有效支持医院和居家场景下进行腕关节掌屈背屈康复训练的APP,以缓解临床康复治疗资源紧张的状况。主要开展了以下工作:首先在熟悉上肢(特别是腕关节)生理解剖结构及作业疗法和ROM评定等相关康复医学知识的基础上,深入调研康复科就诊业务流程及医师、康复治疗师和病患的用户体验,总结并获得用户需求。以此进一步分析得到APP的功能性需求和非功能性需求。其次,基于AR技术并在面向对象系统设计理论和方法的指导下结合用户体验给出系统设计原则后,进行了AR康复训练设计、系统架构和系统元素设计、数据库设计,以及用户界面设计。其中,AR康复训练设计主要针对跟踪注册、虚实融合和人机交互进行;基于Android技术栈设计了APP系统的分层架构,内部实现采用MVP模式,使用通信图、时序图和类图完成了各功能模块的动态和静态结构设计,数据库设计则是在静态结构基础上采用Hibernate对象映射框架完成。此外,使用Axure RP原型设计工具完成了用户界面线框图的设计。最后是实现、测试和可用性评估。在Android平台Java编程实现了该APP,数据库采用本地SQLite,测试依据GB/T25000.51-2016针对功能性、易用性、可靠性和可移植性进行。可用性评估采用用户测试法和问卷调查法,医师、康复治疗师和病患共计10人参与了用户测试。试验结束后进行了AR跟踪注册及康复训练有效性分析,采集用户满意度评价并运用“The UX Radar”工具对评价结果进行量化评估,结果显示有效性、效率性、安全可靠性、易用性和满意度五个评估指标都达到要求,证明APP具有较高可用性。论文工作达到既定目标,其工作创新主要体现在以下四方面:(1)康复训练通过自然的人机交互过程完成。通过AR技术将医师处方和ROM评定结果渲染成三维虚拟场景叠加到现实中病患的康复训练过程形成了一个虚实融合场景,病患在这个场景中以自然的掌屈背屈行为进行交互,既有乐趣也有助于病患根据处方指导有效地进行训练;(2)用户体验和可用性评估贯穿整个开发过程。在APP开发中,关注用户需求、理解用户、重视用户反馈,支持并鼓励用户参与设计。可用性评估则促进了开发过程的迭代;(3)开发面向临床可用,工程实践应用价值高,具有较好的社会效益。病患除自有智能手机外,只需要增加一个传感器设备,该设备小巧、易携带、成本低。该APP在医院和居家应用场景下的临床实验反馈有效性、安全可靠性和满意度指标较高,支持自我康复,这有助于缓解当前医疗资源紧张状况,有较好的应用前景;(4)多学科交叉。除计算机和AR技术外,还结合应用了传感器技术、康复医学学科的相关理论和方法,如作业疗法和ROM评定等。然而在实际临床康复训练中发现应该对传感器进行工业造型设计以促进易用。未来将学习工业设计,以能设计更合理佩戴、稳固贴合于手背、符合人体工学原理的传感器,更好地促进用户的使用体验。