[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

说明书

本发明公开了一种基于运动相关皮层电位脑机接口的下肢外骨骼康复训练系统，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、运动相关皮层电位信号处理模块、运动相关皮层电位模板匹配模块和下肢康复外骨骼模块。本发明视觉提示反馈模块用于显示力轨迹图线，引导进行足背屈任务，运动相关皮层电位信号处理模块对存储的脑电信号和足背屈信号进行处理，提取运动相关皮层电位模板，运动相关皮层电位模板匹配模块根据运动相关皮层电位模板对使用者的运动意图进行实时匹配并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，相比于对运动想象脑电事件相关同步/去同步能量的分析，效果更好，机制也较为自然。

技术领域

本发明涉及康复医疗与工程器械领域，特别是涉及一种基于运动皮层相关电位脑机接口的下肢外骨骼康复系统及方法。

背景技术

下肢康复在脑卒中患者单侧肢体运动功能受损后的康复过程中起到了至关重要的作用。下肢康复方法包括传统康复方法、运用康复机器人方法、基于脑机接口的方法等。传统的康复方法包括运动疗法、康复师按摩等；近年来出现了运用康复机器人的方法包括下肢外骨骼、下肢康复机器人等。但是传统的康复方法效率较低，给康复师和患者均造成了较大的负担。另一方面，传统康复方法和运用康复机器人的方法均为患者被动参与的康复过程，本质上只是在肌肉层面上的复健，并没有增强神经-肌肉之间的联系。另外，部分康复机器人存在设备体积大、成本过高和不宜推广等问题。

基于脑机接口的康复技术是近年来逐渐发展起来的一种新型主动康复技术。该技术通过分析提取患者脑电信号中的运动意图信息，控制康复设备，作用于患者本身，从而建立起闭环系统。目前基于脑机接口的康复技术应用原理多基于对运动想象脑电事件相关同步/去同步(ERD/ERS)能量的分析，但是目前本技术具有一定的缺点：1)对康复设备进行控制时的分类准确率不高：离运动起始点时间较近的时间范围内，利用ERD/ERS特征的系统分类准确率远不如利用运动皮层相关电位(MRCP)特征的分类准确率；2)对康复设备进行控制时机制自然性不够好：由于利用ERD/ERS特征的系统进行有效的判断需要离运动起始点更远，导致运动意图产生和运动实际执行的时间间隔较长；3)现有基于运动想象的脑机接口技术控制的自然性不足主要是该控制方法属于间接映射，往往不能反映真实的运动意图，特别是对于下肢运动特异性不强。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供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，是一种运用脑机接口主动康复技术的、采用运动皮层相关电位特征的脑机接口的下肢外骨骼康复训练系统。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

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，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。

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使用者实际产生的背屈力大小。

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。