[发明专利]一种面向手功能康复的脑肌互偿康复训练系统

权利要求书

1.一种面向手功能康复的脑肌互偿康复训练系统，其特征在于：包括可穿戴的脑电-肌电同步采集设备、可穿戴的人体双向反馈设备以及分别与脑电-肌电同步采集设备、人体双向反馈设备相连的数据处理控制系统；

所述人体双向反馈设备包括气动康复手套，气动康复手套上安有用于刺激人体手部的功能电刺激模块及用于获取人体手部动作信息的动作传感器模组，所述功能电刺激模块以及动作传感器模组分别与数据处理控制系统信号连接；

所述数据处理控制系统运行如下程序：

(1)通过脑电-肌电同步采集设备实时采集使用者的脑电和肌电数据；

(2)对脑电和肌电数据进行脑肌耦合；

(3)在时间上做滑动窗口，将脑电与肌电的多个数据导联两两计算相关性，获取每个时间窗内的图结构生理信号数据的邻接矩阵；

(4)将步骤(3)得到的邻接矩阵输入图神经网络模型，获取功能电刺激强度指数；

(5)按照功能电刺激强度指数控制功能电刺激模块，并通过动作传感器模组实时采集人体手部动作数据；

(6)判断功能电刺激模块是否帮助用户补全动作，如是则结束，反之则将功能电刺激强度指数及步骤(5)获取的人体手部动作数据输入强化训练模型，强化训练模型输出调整后的功能电刺激强度指数，返回步骤(5)。

2.根据权利要求1所述的一种面向手功能康复的脑肌互偿康复训练系统，其特征在于，所述图神经网络模型的训练过程为：以训练数据集中的生理信号的邻接矩阵组成的时间序列作为输入，以训练数据集中的根据动作传感器模组获取的人体手部动作数据算得的代偿指数为理论输出，以均方误差损失作为损伤函数，不断调整图神经网络的参数的过程，所述根据动作传感器模组获取的人体手部动作数据算得的代偿指数与功能电刺激强度指数相同，所述训练数据集中的训练数据是采集健康测试者进行手部动作时的脑电和肌电数据以及人体手部动作数据后处理得到的。

3.根据权利要求1所述的一种面向手功能康复的脑肌互偿康复训练系统，其特征在于，所述动作传感器模组为惯性测量单元。

4.根据权利要求1所述的一种面向手功能康复的脑肌互偿康复训练系统，其特征在于，所述脑电-肌电同步采集设备、功能电刺激模块及动作传感器模组分别与数据处理控制系统通过缆线连接。

5.根据权利要求1所述的一种面向手功能康复的脑肌互偿康复训练系统，其特征在于，所述脑电-肌电同步采集设备的参数可通过数据处理控制系统进行调节。

6.根据权利要求1所述的一种面向手功能康复的脑肌互偿康复训练系统，其特征在于，脑电数据和肌电数据分别为脑电信号和肌电信号的多导联时间序列数据。

7.根据权利要求6所述的一种面向手功能康复的脑肌互偿康复训练系统，其特征在于，在对脑电和肌电数据进行脑肌耦合前，使用Firwin滤波器对脑电和肌电数据进行4～40HZ的带通滤波。

8.根据权利要求1所述的一种面向手功能康复的脑肌互偿康复训练系统，其特征在于，所述脑机耦合按照以下公式进行处理：

其中，为脑电信号，为肌电信号，为脑电数据的功率谱密度，为肌电数据的功率谱密度，n表示时间点的个数，f表示频率，P_S1,S2表示信号S1和S2的跨功率谱密度。

9.根据权利要求1所述的一种面向手功能康复的脑肌互偿康复训练系统，其特征在于，所述强化训练模型为actor-critic算法模型，其中对策略进行优化的目标函数为：

其中，s为输入状态，a为执行的动作，γ为折扣因子，r(s,a)为奖赏，μ(s∣θ^μ)为以θ^μ为参数的策略函数，T代表时间点个数。

10.根据权利要求1所述的一种面向手功能康复的脑肌互偿康复训练系统，其特征在于，所述数据处理控制系统包括计算机和显示器，通过计算机即可完成数据处理分析控制，通过显示器即可获取脑肌互偿康复训练系统的相关信息。