一种脑—机接口与下肢功能性电刺激联合系统的研究

发布时间：2020-06-07 05:33

【摘要】：脑卒中是致使老年人瘫痪的最主要诱因之一,目前随着脑卒中发病率的增加,各国都面临着瘫痪人数增多的问题,而通过功能性电刺激设备进行康复训练可以有效缓解患者的瘫痪程度。目前研究表明功能性电刺激对瘫痪患者的康复有着积极作用,已被广泛应用于康复训练中。但是基于功能性电刺激设备的康复训练是一种被动康复训练方式,瘫痪病人的患肢只能在电刺激下被动的进行康复训练,研究表明这种方式不能很好地挖掘患者的恢复能力,在康复效果上还有待改善。新兴的脑-机接口系统可以通过脑电信号控制具体的康复设备,这种方式是可以由受试者主动控制的。因此目前提出了基于脑-机接口的功能性电刺激系统以进行主动式康复训练,为瘫痪病人的康复提供了新的方法。本文设计了一种脑-机接口与下肢功能性电刺激的联合系统,通过该系统可以实现患者对下肢的主动康复训练。本文分别从脑电信号的处理算法设计、脑-机接口与下肢功能性电刺激联合系统软硬件设计两部分对联合系统进行了实现,并通过设计实验对系统进行了验证。首先,本系统中的脑电信号处理分为运动想象脑电信号处理和稳态视觉诱发电位脑电信号处理两部分。对于运动想象脑电信号处理本文提出了一种基于多重经验模态分解方式提取脑电特征,基于共空间模式优化特征维数,基于序列浮动前项选择选取合适特征的方法处理运动想象脑电信号的算法。同时本文选用典型相关分析方法分析稳态视觉诱发电位脑电信号。其次,联合系统硬件设计完成了对功能性电刺激设备的选型,并采用红外编码的方式实现电刺激设备与电脑的通讯。联合系统软件设计方面完成了对联合系统界面的设计,受试者在使用系统时可以通过注视界面完成后续的康复动作。最后,通过设计两类实验对脑-机接口与功能性电刺激的联合系统进行了验证。离线实验部分采用网上的共享数据库,同时也自行设计了离线实验的范式,并对本文提出的脑电信号处理算法进行了验证。在线实验部分设计了实验流程,并对脑-机接口与下肢功能性电刺激联合系统的有效性进行了验证。通过以上两个部分的设计,本文设计搭建了一个脑-机接口与下肢功能性电刺激的联合系统。通过该系统可以使受试者通过注视频闪随意控制电刺激设备的开关,并可以使得受试者根据系统界面显示的方向想象同侧运动以控制电刺激设备对踝关节功能进行康复训练。同时该系统还可以根据受试者的性别和年龄自动为其匹配最适合的电刺激参数。实验数据表明,本文提出的脑电信号处理算法在离线处理运动想象脑电信号数据时的分类正确率可以达到85.36%,相较于其他脑电处理算法分类正确率较高。同时经实验验证,本文设计的脑-机接口与下肢功能性电刺激联合系统对受试者的下肢功能可以起到恢复作用。
【图文】：

1.1 FES 对下肢瘫痪患者的电刺激康复训性电刺激发展现状者康复日益增长的需求，目前各国正。其中一种方法是在康复治疗中使用装置可以保证患者的运动方式和尝试-肢体-大脑形成一个闭环通路，促进大，在用户被检测到适当的脑电信号时-机接口的功能性电刺激（BCIFES）有效地使 FES 的促进肢体运动功能与的神经重塑与 BCI 系统的主动神经调综合疗法，其潜在的效率比单独使用

图 1.2 布朗大学 BCI 康复训练系统的控制是通过获取与运动过程相关的为假肢指令来完成的。迄今为止，这。美国布朗大学的 Donoghue 教授在 2，受试者可以通过脑中植入的芯片将脑这个实验验证了侵入式脑-机接口系统对furtscheller 的小组演示了一个因脊髓损EEG）的 BCI 通过 FES 控制手部抓取并将其移动到另一个位置[20]，如图 1
【学位授予单位】：山东建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：R318;TN911.7

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本文编号：2700924