[发明专利]基于视觉运动诱发的脑控下肢主被动协同康复训练系统

说明书

技术领域

本发明涉及脑-机接口与康复训练技术领域，具体涉及基于视觉运动诱发的脑控下肢主被动协同康复训练系统。

背景技术

随着老龄化社会的来临，脑卒中等脑功能障碍疾病将给社会带来难以承受的沉重负担。传统的康复训练是由治疗师辅助患者进行，治疗师的任务繁重无法专心的针对每位患者的病情来制定更加符合患者需要的训练方案。基于这种情况，国际上开发了智能康复训练机器人，主要辅助有肢体功能障碍的患者完成临床上要求的康复训练内容，帮助患者在同一个作业空间内完成患肢各种运动功能的康复训练,使患者的运动功能得到恢复和增强。然而，这种康复训练以被动训练为主，过程乏味，无法有效实现患者的主动康复训练。另外，从神经刺激来讲，这只是一种单向刺激模式，仅刺激运动感知神经，无法满足中枢神经康复训练的理想要求。

脑-机接口(Brain Computer Interface,BCI)作为一种不依赖人的神经肌肉通道，能够实现大脑和外部设备直接信息交流的技术，近十几年得到了突飞猛进的发展。该技术将通过头皮电极或颅内电极采集的脑电信号，经过特征提取，翻译成控制命令从而控制相应的外部设备，如脑控假肢、脑控轮椅和脑控虚拟人物或物体等。在此基础上，人们开始尝试将脑-机接口应用到康复领域。近几年来，国内外出现了很多基于脑-机接口技术的康复疗法，如针对运动想象与功能电刺激相结合的研究、在传统康复治疗中增加运动想象任务对康复效果影响的研究，为脑中风患者的康复进行了意义重大的科研探索。然而，目前的运动想象的训练周期长，刺激有限，难以控制，无法有效的将脑-机接口技术与康复训练结合起来。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供基于视觉运动诱发的脑控下肢主被动协同康复训练系统，实现对运动控制神经的主动刺激和对运动感知神经的被动刺激，建立一条闭环的神经旁路，促进神经重组与重建；同时，充分发挥患者的主观意愿来进行康复训练，增强康复训练的趣味性来调动患者的积极性。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案如下：

基于视觉运动诱发的脑控下肢主被动协同康复训练系统，包括视觉刺激模块，视觉刺激模块的输出和脑电信号采集模块的第一输入连接，脑电信号采集模块的第二输入和下肢康复训练模块的输出连接，脑电信号采集模块的输出和具有主被动协同控制模块的计算机的输入连接，具有主被动协同控制模块的计算机的第一输出和视觉刺激模块的输入连接，具有主被动协同控制模块的计算机的第二输出和下肢康复训练模块的输入连接；

所述的视觉刺激模块包括基于稳态视觉运动诱发电位(SSMVEP)的脑-机接口刺激范式、虚拟人物和虚拟训练场景，其中，基于SSMVEP脑-机接口刺激范式采用收缩-扩张的运动方式，基于SSMVEP脑-机接口刺激范式与虚拟人物相结合实现对人运动控制神经的主动刺激，并诱发大脑特定的脑电信号；虚拟训练场景具有升级策略、竞争机制和惩罚机制；

所述的脑电信号采集模块实现对人大脑视觉区的脑电信号采集；

所述的下肢康复训练模块带动人下肢进行往复式运动，实现对运动感知神经的被动刺激；

所述的具有主被动协同控制模块的计算机包括脑电信号处理模块、下肢康复训练设备控制模块和虚拟人物控制模块，脑电信号处理模块将处理结果以TCP/IP通信方式传输给下肢康复训练设备控制模块，以键值的方式传输给虚拟人物控制模块，从而保证下肢康复训练设备模块给予人的被动刺激和视觉刺激模块给予人的主动刺激的一致性，实现脑控主被动协同康复训练。

所述的虚拟人物控制模块实现对虚拟人物控制，使虚拟人物实现与真实人相同的行走、左转、右转和站立动作。

所述的脑电信号处理模块采用基于特征频率相关显著度的异步控制算法实现对脑电信号处理，该算法包括脑电信号预处理、计算典型相关系数和计算特征频率相关显著度评判指标。

本发明的优点如下：

(1)选用的基于稳态视觉运动诱发电位(SSMVEP)的脑-机接口刺激范式具有不易引起被试者视觉疲劳，刺激强度低，诱发脑电信号强的优点。

(2)基于镜像神经元理论，将基于稳态视觉运动诱发电位(SSMVEP)的脑-机接口刺激范式与虚拟人物行走相结合，既可以实现对人大脑视觉中枢刺激，又可以实现对人运动中枢刺激，有助于患者肢体运动功能恢复。