[发明专利]基于运动皮层相关电位脑机接口的下肢外骨骼康复训练系统及方法

权利要求书

1.一种基于运动皮层相关电位脑机接口的下肢外骨骼康复训练系统，其特征在于，包括视觉提示反馈模块、脑电信号采集模块、足背屈信号采集模块、运动皮层相关电位信号处理模块、运动皮层相关电位模板匹配模块、下肢康复外骨骼模块；所述视觉提示反馈模块显示特定的轨迹，提示足背屈力的大小幅度；同时，所述脑电采集模块和足背屈信号采集模块分别对下肢运动时产生的脑电信号和足背屈力大小进行采集和存储；信号存储完毕后，所述运动皮层相关电位信号处理模块进行信号的离线处理以及运动皮层相关电位模板的提取；所述运动皮层相关电位模板匹配模块利用得到的模板对脑电信号进行实时模板匹配，生成下肢康复外骨骼模块所需的控制信号；所述下肢康复外骨骼模块在接收控制信号后按其指示驱动下肢完成特定的运动动作。

2.根据权利要求1所述的一种基于运动皮层相关电位脑机接口的下肢外骨骼康复训练系统，其特征在于，所述视觉提示反馈模块用于提示并实时显示当前应当执行的下肢动作任务强度以及时间；所述视觉提示反馈模块呈现一个背屈力轨迹来提示背屈任务的强度要求，任务的强度要求可以通过勾选数值来进行调整；所述视觉提示反馈模块用实时移动的箭头来提示当前任务的时间进度；所述视觉提示反馈模块用实时刷新的图线反馈实际产生的背屈力大小。

3.根据权利要求1所述的一种基于运动皮层相关电位脑机接口的下肢外骨骼康复训练系统，其特征在于，所述脑电信号采集模块用于采集执行足背屈任务时产生的脑电信号，同时，所述脑电信号采集模块对采集到的脑电信号进行实时存储。

4.根据权利要求1所述的一种基于运动皮层相关电位脑机接口的下肢外骨骼康复训练系统，其特征在于，所述足背屈信号采集模块用于采集执行足背屈动作任务产生力的大小，同时，所述足背屈信号采集模块对采集到的足背屈力信号进行实时存储。

5.根据权利要求1所述的一种基于运动皮层相关电位脑机接口的下肢外骨骼康复训练系统，其特征在于，所述运动皮层相关电位信号处理模块用于利用采集到的脑电信号及足背屈信号，进行预处理并提取运动皮层相关电位脑电信号模板；其步骤如下：(1)预处理，对每个任务中采集到的脑电原始信号进行0.5Hz-40Hz带通滤波、独立成分分析、加权平均，得到预处理后信号；(2)确定动作起始点，对所述的预处理后信号前1s的平缓部分进行平均得到基线值，若连续200ms的预处理后信号完全超过所述基线值，那么这200ms信号的起始点就当做动作起始点；(3)运动相关皮层电位模板提取，所述模板通过平均所有任务的动作起始点前2s信号来提取。

6.根据权利要求1所述的一种基于运动皮层相关电位脑机接口的下肢外骨骼康复训练系统，其特征在于，所述运动相关皮层电位模板匹配模块用于通过脑电信号与模板的似然度判断表征下肢运动意图的运动皮层相关电位是否产生，判断结果用于控制下肢外骨骼。

7.根据权利要求1所述的一种基于运动皮层相关电位脑机接口的下肢外骨骼康复训练系统，其特征在于，所述下肢康复外骨骼模块用于驱动运动功能受损部位，辅助下肢康复，所述下肢康复外骨骼模块采用电机驱动模式，所述下肢外骨骼的活动角度由所述运动相关皮层电位模板匹配似然程度决定，匹配程度越高则活动角度越大。

8.根据权利要求1所述的一种基于运动皮层相关电位脑机接口的下肢外骨骼康复训练系统的方法，包括以下步骤：

S1：穿戴脑电采集设备，固定足背屈力传感器和下肢康复外骨骼，显示屏放置在正前方的合适位置；

S2：S1中所述显示屏显示力轨迹图线，引导进行足背屈动作强度和时间的适应并获取足背屈力参数，包括静息状态下足背屈力的大小和最大足背屈力的大小；

S3：下肢外骨骼康复系统进入训练阶段，显示屏显示视觉提示力轨迹图线和箭头以及足背屈力大小的实时反馈图线，控制足背屈力的幅度符合显示屏呈现的力的轨迹；脑电信号采集模块和足背屈信号采集模块同时分别对脑电信号和足背屈信号进行存储；

S4：下肢外骨骼康复系统的运动皮层相关电位信号处理模块对S3中存储的脑电信号和足背屈信号进行离线处理，通过带通滤波、独立成分分析、加权平均等方法得到运动相关皮层电位模板；

S5：下肢外骨骼康复系统进入康复阶段，显示屏显示力轨迹图线和箭头，运动皮层相关电位模板匹配模块通过实时计算脑电信号与S4中所述运动相关皮层电位模板的似然比对的运动意图进行实时检测，得到实时匹配结果用于S6；

S6：将S5中所述实时匹配结果用于控制下肢康复外骨骼模块，匹配程度越高则下肢康复外骨骼活动角度越大。