[发明专利]一种基于脑机接口与虚拟现实技术的上肢康复训练方法

说明书

一种基于脑机接口与虚拟现实技术的上肢康复训练方法，患者佩戴电极帽及VR眼镜，连接计算机、脑电放大器与智能手机；计算机判断患者是否是第一次训练，如果是，则首先采集脑电EEG信号，进行个体化分类器校准，然后开始一次训练；否则直接开始一次训练；训练过程中，VR眼镜与智能手机为患者构建第一人称视角的上肢训练动作场景，患者通过持续运动想象练习，实时控制虚拟场景中的上肢动作，计算机中的BCI模块依据患者当前训练效果，自动调整分类器；训练结束后，BCI模块的分类器进行自适应调整用于下次训练，本发明保证训练难度与患者功能恢复情况相适应，不需要在每次康复训练前进行数据采集用于校准，节省时间。

技术领域

本发明涉及脑损伤患者肢体康复技术领域，具体涉及一种基于脑机接口(brain-computer interface，BCI)与虚拟现实(virtual reality，VR)技术的上肢康复训练方法。

背景技术

研究表明脑损伤患者及早进行主动康复训练有益于其肢体运动功能的恢复，然而软瘫期患者无法通过主动肢体运动促进大脑相关区域活动。基于大脑镜像神经元原理的运动想象与运动观察训练为脑损伤患者提供了一种不依赖于外周肌肉收缩的主动康复训练方式。目前临床所使用的运动想象训练需要通过语音引导患者进行运动想象，缺乏对患者运动想象状态的有效监测及反馈手段，使得医生无法获知患者大脑活动状态并及时进行调整，训练效率低，训练效果差。基于运动想象的BCI技术可实现对运动想象状态的监测，但目前所采取的反馈机制均为“有或无”方式，即检测到一次有效的运动想象活动即触发一次完整的训练，例如启动康复机器人辅助患者完成肢体的运动训练。其不足之处在于，在康复训练启动后，患者不需要持续进行运动想象练习，因此后续的训练降低了对患者主动参与度的要求，实际变为患者被动的接受训练。目前虚拟现实技术多与康复机器人技术相结合，康复机器人在辅助患者完成某一肢体动作时，通过虚拟现实技术为患者提供一个逼真的现实场景，结合目标导向型训练使患者感觉如同在进行实际的日常肢体活动，如物体的抓握等。虚拟现实环境增加了沉浸感与趣味性，研究也表明其能够提高大脑活动水平。但是，对于无法进行自主肌肉收缩控制的软瘫期或痉挛期患者，机器人辅助下的肢体运动与虚拟现实场景结合依然属于被动的康复训练，患者的主动参与意愿难以被调动。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供了一种基于脑机接口与虚拟现实技术的上肢康复训练方法，保证训练难度与患者功能恢复情况相适应，不需要在每次康复训练前进行数据采集用于校准，节省时间。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种基于脑机接口与虚拟现实技术的上肢康复训练方法，包括以下步骤：

1)患者佩戴电极帽及VR眼镜，连接计算机、脑电放大器与智能手机；

2)判断患者是否是第一次训练，如果是，则首先采集脑电(electroencephalography，EEG)信号，进行个体化分类器校准，然后开始一次训练；否则直接开始一次训练；

3)训练过程中，VR眼镜与智能手机为患者构建第一人称视角的上肢训练动作场景，患者通过持续运动想象练习，实时控制虚拟场景中的上肢动作，计算机中的BCI模块依据患者当前训练效果，自动调整分类器；

4)训练结束后，BCI模块的分类器进行自适应调整，用于下次训练。

所述步骤2)中个体化分类器校准过程，包括以下步骤：

2.1)患者依据屏幕提示信息进行肢体运动想象练习，每次练习维持4秒，相邻两次练习间存在4秒间隔用于放松休息，即安静状态，采集整个过程患者的EEG信息；

2.2)分别将运动想象状态及安静状态下的EEG信号分割成250毫秒长的数据段，利用共空间模式(common spatial pattern，CSP)法进行两类样本的特征值提取，利用自回归(autoregression model，AR)模型估计EEG信号的功率谱密度；