[发明专利]基于脑机接口的触感手指运动康复系统及方法

说明书

技术领域

本发明属于运动康复技术领域，涉及一种运动康复系统，尤其涉及一种基于脑机接口的触感手指运动康复系统；同时，本发明还涉及一种基于脑机接口的触感手指运动康复方法。

背景技术

辅助设备涉及到脑-机接口(Brain Computer Interface)技术。该技术于1970年代由Jacques Vidal的研究拉开序幕，在1999年的第一届脑-机接口国际会议上做出了如下定义：“脑-计算机接口是一种不依赖于正常的由外围神经和肌肉组成的输出通路的通讯系统”(译文)，简单的说，用意念来控制外围设备。现今的脑-机接口通常有如下组件，视觉诱发设备(可选)，大脑活动信号提取设备，信号处理设备，外围被控制设备。

本发明运用到基于P300电位的脑-机接口。P300电位是事件相关电位(Event related Potential,ERP)的一种。人受到外界刺激后的大致300ms，在大脑相关区域产生的正向电位波动。该电位可以由视觉，听觉，触觉等多种感官刺激诱发。该刺激需是小概率事件，如果刺激过于频繁会影响P300的质量。采用视觉P300为基础的脑-机接口打字机系统于1988年被第一次提出。在该类脑-机接口中，视觉刺激的图案，刺激的闪烁序列，以及界面布局都对系统的表现有影响。

运动想象也是脑-机接口中常用的范式，当人想象自己操作某个肢体运动，(该肢体却没有真正地产生动作)，会在大脑的相关区域检测到匹配的电活动，通过检测脑电波来，判断使用者所想象的是哪个肢体。

通常使用的大脑活动信号为EEG(Electroencephalography)，通过电极于大脑头皮外侧采集，是一种非入侵的方式。该采集方式在信号分辨率，成本和实用性方面具有优势。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种基于脑机接口的触感手指运动康复系统，使用脑-机接口技术，让使用者通过想象，就能直接控制手指抬起；这种直观地的设计，利于使用者更好地参与其中；有助于大脑形成控制回路，帮助其更快康复。

此外，本发明还提供一种基于脑机接口的触感手指运动康复方法，使用脑-机接口技术，让使用者通过想象，就能直接控制手指抬起；这种直观地的设计，利于使用者更好地参与其中；有助于大脑形成控制回路，帮助其更快康复。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种基于脑机接口的触感手指运动康复系统，所述运动康复系统包括：振动触发设备，信号采集设备，信号处理模块，手指抬起装置；

所述振动诱发设备为P300诱发设备，采用微动马达产生振动，诱发和触觉有关的P300信号；该设备分为2套各5个振动单元；使用中，10个单元被按照次序，分别固定在使用者的10根手指上；

所述信号采集设备采集头皮处的脑电活动，将采集到的模拟信号转化成数字信号，通过USB端口传输到信号处理模块；

所述信号处理模块用以实时分析采集到的数据；脑电波数据从信号采集设备输入到信号处理模块，信号处理模块对数据进行巴特沃兹带通滤波，特征提取，最后利用贝叶斯线性分类器进行分类；

所述信号处理模块同时用以控制实验流程；信号处理模块同时作为上位机，控制整个实验流程，采集运动想象信号，输出控制振动的命令，输出控制手指抬起装置的命令；

所述手指抬起装置包括两套，分别固定在使用者的两个手背上，每一套装置有5个抬起支架，分别通过各自的拉伸装置连接5根手指；抬起支架用来将使用者的手指向上抬起；手指抬起装置会按照上位机发出的命令，来控制某一根手指做出抬起动作；

所述运动康复系统的运动康复方法包括：

步骤S1、振动刺激控制步骤；

在系统开始工作前，数据处理模块将按如下规则计算振动刺激出现的次序；(1)同一个位置不能连续出现振动刺激2次；(2)所有5个手指上刺激必须出现，而且仅出现一次，完成一个组；之后下一个组开始；

需要振动刺激时，数据处理模块按照固定时间间隔，逐个发送序列中的指令，振动刺激诱发模块接收命令后，启动相应手指上的振动装置；

步骤A、运动想象离线数据采集步骤，包括：

-步骤A1、使用者接收指令，想象左手还是右手；

-步骤A2、使用者想象左手或者右手抬起，持续若干秒；

-步骤A3、想象结束，如果采集没有结束，转到步骤A 1，直到采集到足够多的数据；

步骤B、P300振动数据采集步骤，包括：

-步骤B1、使用者接收指令，数哪一根手指上的振动；