[发明专利]基于脑血氧和肌电信号的康复训练方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于脑血氧和肌电信号的康复训练系统，包括：同步信息采集模块，处理分析模块和反馈模块，其中：同步信息采集模块用于采集受训者的近红外脑血氧以及肌电信号；处理分析模块用于处理和分析从同步信息采集模块同步采集到的脑血氧信号和肌电信号；反馈模块用于根据处理分析模块处理和分析后的脑血氧信号和肌电信号判断受训者的训练是否超出了正常标准，如果是，则调整训练设备的参数。

技术领域

本发明涉及肢体运动康复训练领域，特别涉及基于脑血氧和肌电信号的康复训练方法及系统。

背景技术

脑卒中是我国居民致死、致残的首位原因，呈现出高发病率、高致残率、高死亡率、高复发率的特点。据统计，我国脑卒中每年新发250万例(约每12秒1例)，且呈逐年上涨趋势，尽管接受康复治疗，但仍然有约60％-80％脑卒中患者遗留明显运动功能障碍，为家庭和社会带来沉重的照护成本，高质高效的康复训练是解决当前问题的最重要手段，也是帮助患者恢复生活独立、回归社会的必然选择。传统的康复训练方法主要是由人工或者借助简单器械带动患肢进行，主要依赖医护人员的主观经验或者通过让患者对各个康复训练模式进行逐一尝试，来确定进行哪种训练模式和训练强度。这种康复训练的效果并不太好。

对于脑卒中患者，造成肢体运动障碍的根源是神经环路受损，其康复训练也应基于患者的脑功能状态。现有的脑功能状态反馈大多基于脑电信号和功能磁共振信号，而脑电方法空间分辨率较低，神经活动功能区域靶向性差；功能磁共振方法时间分辨率较低，不适合实时在线反馈，而且价格昂贵，舒适性差。有研究表明，脑功能反馈下自动康复训练模式对于患者神经系统重建和运动功能恢复更加有效。

另外，患者在康复训练中的肌肉主动参与、疲劳程度等也会对训练效果产生重要的影响，在主动参与程度低以及疲劳状态下的训练效率往往是低效的。不合适的康复训练模式和强度不仅无法保证训练效果，更有可能导致发生神经功能不良重塑，阻碍运动和神经功能康复。

为此，本发明提供了一种基于脑血氧和肌电信号的康复训练方法及系统。

发明内容

为实现本发明之目的，采用以下技术方案予以实现：

一种基于脑血氧和肌电信号的康复训练系统，包括：同步信息采集模块，处理分析模块和反馈模块，其中：同步信息采集模块用于采集受训者的近红外脑血氧以及肌电信号；处理分析模块用于处理和分析从同步信息采集模块同步采集到的脑血氧信号和肌电信号；反馈模块用于根据处理分析模块处理和分析后的脑血氧信号和肌电信号判断受训者的训练是否超出了正常标准，如果是，则调整训练设备的参数。

所述的康复训练系统，其中：同步信息采集模块包括：近红外光谱仪，用于采集受训者的靶向脑区及其它有关功能连接的脑血氧信号；以及表面肌电仪，用于采集受训者的肌电信号。

所述的康复训练系统，其中：处理分析模块对脑血氧信号处理分析包括：对接收到的脑血氧信号利用滑动平均窗口平均化异常数据，去除脑血氧信号中的脉冲型干扰噪声；基于移动标准差和样条插值的方法检测和去除运动伪影；利用巴特沃斯滤波去除长距离的基线漂移且最大程度地保留信号的幅值和相位信息。然后使用复数域的Morlet小波对每个通道的血氧浓度信号进行小波分析，计算血氧信号的小波幅值，以确定脑区激活度。

所述的康复训练系统，其中：处理分析模块对肌电信号处理分析包括：利用自适应滤波器去除接收到的肌电信号的工频噪声，对去除工频干扰之后的肌电信号进行时域特征与频域特征提取分析，以确定肌肉激活度和肌肉疲劳度。

所述的康复训练系统，其中：反馈模块用于判断康复训练过程中脑皮层特定区域脑激活度、肌肉激活度以及肌肉疲劳度是否超出正常激活范围，若低于或高于该正常范围则反馈至康复训练设备对关键参数进行调整，调整包括：