基于脑机接口的手指康复系统研究

发布时间：2020-12-14 17:34

　　脑机接口（brain-computer interface,BCI）是一种基于脑电信号的全新人机接口方式,它不依赖于人体的外周神经和肌肉组织等的正常输出通道,直接建立了大脑与外部通信设备的控制通路。BCI系统的一个重要用途就是为偏瘫患者提供了一种新的康复治疗途径,这种康复治疗方式有助于偏瘫患者增加中枢神经细胞的可塑潜力,重建受损的大脑皮质,修复外部肢体与大脑中枢神经系统之间的联系,因此BCI系统对于偏瘫康复领域具有重要的意义和广泛的应用前景。本文首先介绍了基于脑机接口的手指康复系统的课题背景和研究意义,分析了脑电信号（electroencephalography,EEG）的产生、特点以及采集方式,并结合了BCI系统的国内外研究现状以及研究方法,确立了基于运动想象（motor imagery,MI）的BCI系统研究思路。然后根据偏瘫康复治疗理论以及康复系统设计的原则,提出了系统的整体设计框架,同时针对现今EEG的特征提取和特征分类方法进行了详细分析。其次,对于手指康复系统的设计,根据人体手指的生物学特性以及手指康复的需求,设计了辅助偏瘫患者进行康复训练的手指康复机构。然后,对下位机硬件电... 

【文章来源】：东南大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：84 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 引言
        1.1.1 课题背景
        1.1.2 研究意义
    1.2 脑机接口的理论基础
        1.2.1 脑机接口系统组成和原理
        1.2.2 脑电信号简介
        1.2.3 脑电信号的采集方式
    1.3 国内外研究现状及研究思路
    1.4 本文研究内容
第二章 基于脑机接口的手指康复系统总体设计
    2.1 偏瘫患者手指康复治疗理论
    2.2 脑电信号的特征提取方法
        2.2.1 时域分析技术
        2.2.2 频域分析技术
        2.2.3 时频分析技术
    2.3 脑电信号的特征分类方法
        2.3.1 基于Fisher准则的线性判别分析
        2.3.2 支持向量机
        2.3.3 梯度提升决策树
    2.4 康复系统的设计要求
        2.4.1 康复系统的设计原则
        2.4.2 康复系统的训练模式设计
    2.5 康复系统的总体设计框架
    2.6 本章小结
第三章 手指康复系统的机构设计与分析
    3.1 人手生物学结构特性分析
    3.2 磁流变液力反馈驱动装置的设计与分析
        3.2.1 康复系统的驱动力设计
        3.2.2 磁流变液技术
        3.2.3 被动力反馈执行器的设计
        3.2.4 主动型驱动执行器的设计
    3.3 手指康复训练系统传感装置设计
        3.3.1 力矩传感器选型
        3.3.2 位置传感器选型
    3.4 手指康复训练系统机构设计
        3.4.1 拇指康复训练机构设计
        3.4.2 食指康复训练机构设计
    3.5 本章小结
第四章 手指康复系统控制系统设计与分析
    4.1 下位机硬件电路系统设计
        4.1.1 硬件电路总体结构
        4.1.2 主控制器模块
        4.1.3 传感器数据采集模块
        4.1.4 驱动控制电路模块
        4.1.5 通信及调试接口模块
        4.1.6 电源管理模块
    4.2 下位机控制系统软件流程和USB通信设计
        4.2.1 下位机控制系统软件流程
        4.2.2 USB通信简介
        4.2.3 USB通信设计
        4.2.4 上位机与下位机通信协议设计
    4.3 上位机控制系统软件设计
        4.3.1 上位机软件开发语言和框架选择
        4.3.2 上位机软件系统设计
    4.4 手指康复训练系统实验分析
    4.5 本章小结
第五章 基于脑机接口的手指康复系统离线实验
    5.1 引言
    5.2 运动想象脑机接口的原理
    5.3 运动想象手指康复系统实验设计
        5.3.1 手指运动想象脑电信号采集
        5.3.2 手指运动想象实验设计
    5.4 运动想象脑电信号的特征提取与分类
        5.4.1 脑电信号预处理
        5.4.2 脑电导联选择
        5.4.3 特征提取与分类
        5.4.4 实验结果分析
    5.5 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 课题总结
    6.2 存在的问题及建议
致谢
参考文献
作者在攻读硕士期间发表的论文及申请的专利


【参考文献】：
期刊论文
[1]BCI控制技术及其在军事领域的应用前景[J]. 丁玲,刘祯,卢志刚,方子穆,郭琼.  电子制作. 2017(16)
[2]从全球视角看中国脑卒中疾病负担的严峻性[J]. 宇传华,罗丽莎,李梅,尉景辉,孟润堂,原瑞霞.  公共卫生与预防医学. 2016(01)
[3]手外骨骼康复技术研究进展[J]. 陈学斌,高海鹏,刘文勇,高敏,安峥.  中国医疗设备. 2016(02)
[4]双树复小波特征在运动想象脑电识别中的应用[J]. 罗志增,周镇定,周瑛,何海洋.  传感技术学报. 2014(05)
[5]我国的人口老龄化与健康老龄化策略[J]. 何耀.  中国慢性病预防与控制. 2012(05)
[6]中国脑卒中康复治疗指南(2011完全版)[J]. 张通.  中国康复理论与实践. 2012(04)
[7]基于有/无源混合执行器的力觉交互装置[J]. 戴金桥,王爱民,宋爱国,张小瑞.  沈阳工业大学学报. 2011(06)
[8]应变式扭矩传感器的设计技术[J]. 胡德福.  船舶工程. 2011(04)
[9]基于小波包能量的脑电信号特征提取方法[J]. 徐宝国,宋爱国,王爱民.  东南大学学报(自然科学版). 2010(06)
[10]想象左右手运动的脑电特征提取[J]. 王攀,沈继忠,施锦河.  传感技术学报. 2010(09)



本文编号：2916741