[发明专利]基于P300信号脑机接口智能化上肢康复训练器及信号处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种上肢康复训练器。特别是涉及一种基于脑-机接口中P300脑电提取 技术，与功能性电刺激仪相结合，能够实现人机交互功能，能够准确稳定的提取脑电信 号进行对康复训练器的控制的基于P300信号脑机接口智能化上肢康复训练器及信号处理 方法。

背景技术

事件相关电位(Event Related Potential，ERP)是大脑对某种事件进行信息加工时诱 发产生的一系列电活动，P300是ERP的一种，最早由Sutton等人使用oddball实验的方 法记录到。P300大约出现在新奇事件刺激后的300毫秒内，相关事件发生的概率越小， 所引起的P300越显著。美国伊利若斯大学的Farwell和Donchin采用P300诱发电位作为 BCI信号输入设置了虚拟打字机并于2000年进行了改进。通过在计算机显示屏上显示一 个6×6字母矩阵，使用者要求选择一个特定字母，每行和每列都在闪烁，频率为10Hz，计算 对每行和每列闪烁的平均反应，测量P300幅值。对包含特定字母的行和列的反应幅度最大， 根据这个特性就可以从P300诱发电位中“找到”特定字母。

α波作为一种自发脑电，与视觉皮层的闲散节律相对应，频率为8～13Hz，波幅约为 20～100μV，它是有节律性脑电波中最明显的波。多在清醒闭目时出现；睁眼、思考问 题，或接受其它刺激时，α波消失，转而出现快波；如果被测者又安静闭目，则α波又 重新出现，这一现象称为α波的阻断现象。α波一般见于全部头皮区域，但以枕、顶区 域最为显著。非线性动力学的分析结果认为α波活动是具有特定意义的混沌信号。α波 的动态过程与记忆、运动以及感觉活动相关，且常常是平行过程，这种相关的、平行的 或可知的过程对理解整体大脑功能的动态学方法具有重要意义，它为发现建立普遍的中 枢神经系统功能模块提供了一种显著的模型。另外，10Hz的α节律在细胞水平的测量将 有利于减小不同分析水平间的差距，从而增加我们在整体神经学方面的知识。

功能性电刺激疗法(Functional Electrical Stimulation，FES)是一种常用于瘫痪 患者的康复疗法，经多年的临床验证表明，该疗法在降低偏瘫患者患侧肌张力、改善患 侧肩关节半脱位及肩关节疼痛、扩大关节活动范围、提高运动功能及日常生活动作能力 等方面有较好的疗效。临床应用时，可直接利用FES刺激上肢瘫痪患者的患侧肢体体表 或与之相对应的周围神经，通过刺激突触前膜对肌梭反射的抑制作用，达到抑制痉挛或 提高患侧肌力、防止关节挛缩、增加被动活动范围和诱发主动活动的目的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种使患者通过脑机接口即可自主控制康复仪 器，使患者可以达到随时随地训练的效果，而且仅需自己便可完成全部过程，方便简单， 高精确度和安全性，同时又节省了家属和医生很多时间的基于P300信号脑机接口智能化 上肢康复训练器及信号处理方法。

本发明所采用的技术方案是：一种基于P300信号脑机接口智能化上肢康复训练器及 信号处理方法，其中，基于P300信号脑机接口智能化上肢康复训练器，包括有：依次相 连的P300信号采集电极、前置放大器、A/D转换卡、信号处理装置、D/A转换卡、控制 器以及电刺激器，其中，所述的电刺激器的输出端与人的手臂相连，人的手臂还连接接 收反馈信号的传感器，所述的传感器的输出连接电刺激器向其传送人手臂的反馈信号， 人的头部带有采集P300信号的电极，控制器还通过显示部件给人以提示，人以闭眼产生 的α波信号对控制器进行控制选择。

所述的P300信号采集电极采集的P300信号为诱发脑电信号。

所述的信号处理装置采用计算机。

所述的传感器为角度传感器。

所述的控制器包括有三个输入信号通道：P300左手控制信号、P300右手控制信号以 及α波控制信号，所述的P300左手控制信号通过左手灯连接第一与门的一输入端，P300 右手控制信号通过右手灯连接第二与门的一输入端，所述的α波控制信号与第一与门和 第二与门的另一输入端相连，第一与门和第二与门的输出端分别构成左手刺激输出信号 和右手刺激输出信号。

所述的电刺激器包括有：依次相连的方波发生电路、555调制电路、功率、幅度放大 电路以及与人的手臂相连的刺激电极。