用于脑卒中康复训练的MI-BCI系统误触发问题研究

发布时间：2020-08-07 17:37

【摘要】：脑卒中(Stroke)患者发病后往往会产生肢体运动功能障碍后遗症,及时科学的康复训练对恢复患者肢体运动功能具有关键性作用,目前基于运动想象的脑-机接口(Motor Imagery-Brain Computer Interface,MI-BCI)技术已开始作为一项改善新型康复疗法被投入到卒中康复的临床实验中。与传统康复手段不同,MI-BCI技术可以直接解码患者大脑的运动意识并进行实时反馈,有利于强化康复训练过程中患者的主动参与程度,获得更好的神经可塑性诱导效应。在临床实验过程中,部分医师和患者反映在使用MI-BCI系统过程中会出现所谓“误触发”现象,即当使用者执行非目标任务,系统触发了反馈指令输出。鉴于误触发问题有可能引起一系列治疗过程中的负面影响,本文对这一问题开展了两阶段的实验研究。本文工作中首先设计了干扰因素误触发测试实验,在完成构建静息/右手想象MI-BCI系统及脑电判别模型后,采用了5种干扰因素对11名被试进行了实验。实验结果显示,5种干扰任务均可以造成系统的误触发,最强的干扰任务误触发率最高可达到63%,最弱的干扰任务误触发率为48%,研究表明MI-BCI的误触发问题切实存在且有着严重的影响。论文工作中进一步开展了强干扰因素的实验研究,设计了多种同源任务模式,采集了15名被试的实验数据。论文构建了双层分类策略,并在判别分类器训练过程中引入了干扰任务数据,研究结果显示,在采用上述改进策略后,系统的误触发率有了明显降低,受试者工作特征曲线下面积(AUC)则有了明显上升。其中,各建模情况下双层分类模型AUC值增长11%-15%,误触发率下降可达到40%~70%。论文中还进一步开展了关于跨时间效应个体通用判别模型以及新型的ClusterCSP算法的研究,探索了误触发抑制问题的技术发展路径。有关MI-BCI系统误触发的干扰因素确认及针对其展开的解决方法尚未见诸文献报道,本文的探索性研究有助于提高MI-BCI系统的性能和临床应用效果,同时也为运动想象范式脑-机接口技术的完善和发展开拓了方向。
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：R743.3;TH77
【图文】：

示意图,误触发,现象,临床康复

图 1-1 双指令运动想象脑-机接口误触发现象示意图若误触发问题真实存在于 MI-BCI 系统中，将是该技术在临床康复过程中所面临的较严峻的阻碍之一，频繁的出现误触发问题对 M

章节,论文,思路,绪论

论文整体研究思路本文的章节安排如下：

位置分布,手部,位置分布,下肢

图 2-1 左右侧手部运动时的 ERD 位置分布同的肢体动作往往会激活不同的感觉运动功能区。例如，下肢皮层区域局限于沟回以里，而手部运动则具有对策占优特点。

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