本发明专利技术公开了一种纯意念神经肌肉电刺激控制与神经功能评价系统，纯意念神经肌肉电刺激控制与神经功能评价系统包括：信号采集模块、信号处理模块和指令控制模块，信号采集模块，用于对输入脑电和其他生理信号进行实时采集；信号处理模块，用于读取脑电信号，通过共空间模型算法进行特征提取，并通过支持向量机对特征数据进行模式识别获取决策值；根据决策值和决策值阈值范围，判断出意念想象模式并发送到指令控制模块；指令控制模块，用于将意念想象模式转换为触发神经肌肉电刺激器开关，对用户肢体部位进行神经肌肉电刺激。本发明专利技术稳定性较高、适应性较强的优势为意念控制系统进入大范围的应用阶段奠定了基础。有望获得可观的社会效益和经济效益。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术设及人机交互领域，尤其设及一种纯意念神经肌肉电刺激控制与神经功能 评价系统。
技术介绍
[000引脑-机接口炬CI)是一种不依赖于大脑外围神经与肌肉正常输出通道的通讯控制 系统。目前的研究成果中，它主要是通过采集和分析不同状态下人的脑电信号，然后使用一 定的工程技术手段在人脑与计算机或其它电子设备之间建立起直接的交流和控制通道，从 而实现一种全新的信息交换与控制技术即可W不需语言或肢体动作，直接通过控制脑电来 表达意愿或操纵外界设备。现有的脑-机接口中，运动想象是一种基于纯意念的范式。 在不做实际动作，而只进行运动想象时，其脑电信号在对应的大脑皮层感觉运动 区出现与实际运动相似的邸D(事件相关去同步电位）/ERS(事件相关同步电位）现象。 P^dscheller等人研究表明，单边的肢体运动或想象运动时，大脑对侧a和P频谱 产生ERD，大脑同侧则产生邸S。该不但证实了动作想象与实际动作是通过相同脑结构实现 的，同时更为BCI研究提供了一种新的途径。基于运动想象的脑-机接口不仅能够提供控 制外部设备的指令和与外界环境沟通的途径，而且能够从一些方面上反映人脑的神经运动 感觉功能。 脑皮层的不同生理状态能使脑电图的波形发生不同的变化。当大脑皮层某区域开 始激活，该区域的代谢和血流增加，同时进行的信息加工可W导致脑电波某些频段信号幅 度减低或者阻滞，即频带能量降低，该一电生理现象称作ERD ;与之相反，EEG某些频段在大 脑静息或惰性状态下表现出明显波幅增高的电活动，即频带能量升高，将其称为ERS。 事件相关去同步与同步是实际运动或想象运动下引起的大脑皮层运动中枢中大 量神经元活动的改变，是一种内源性诱发响应，是真正通过使用者主观运动意识诱发的脑 电信号，能够直接反映使用者的主观运动意识。运动神经康复的研究表明，基于想象动作的 BCI能够建立接近于原有损伤信道路的人工神经通路，是肢体运动功能重建的有力条件。不 同肢体部位的想象运动所激活的大脑运动皮层功能区互不相同，通过记录、分析不同想象 动作诱发的脑电信号特征，则可预测出正在进行想象作业的肢体部位（如手部或足部）。 功能性电刺激（F^mctional Electrical Stimulation,阳巧是通过某种特定的电 流、电压等电信号脉冲序列来刺激肢体运动肌群及其外周神经，W达到有效地恢复肌肉活 性并重建部分运动功能。而神经肌肉电刺激（Neuromus州lar Electrical Stimulation， NME巧是通过完整的周围神经系统传导电流，W引起肌肉收缩的一种电刺激方法，通常在较 高的频率范围（20-50化）能够产生明显的肌肉强直和收缩，从而起到恢复肌肉活性和功能 的目的。 现实生活中的一些操作和活动复杂，完成一项具体的动作任务需要较多的步骤和 不同的操作流程。例如：辅助抓握水杯喝水，在不考虑移动速度和抓握程度的情况下需要完 成移动和抓握两种基本功能，因此，简单肢体动作想象不足W匹配用户完成日常生活中某 一特定的任务中的动作。而且日常的活动和任务一般可w分解为固定的步骤来完成。因此， 复合肢体想象动作和连续动作序列想象动作较为符合真实的日常操作活动，基于此模式的 想象动作控制的神经肌肉电刺激在某种程度上能够更好地恢复肌肉活性和功能。因此基于 复合肢体想象动作W及连续动作序列想象的纯意念控制是未来新概念控制发展的趋势。
技术实现思路
[000引本专利技术提供了一种纯意念神经肌肉电刺激控制与神经功能评价系统，本专利技术与传 统的控制系统相比，更适用于现实的生活场景，更能够发挥大脑各运动功能区相互整合和 协同关系的主观运动意识和脑-肌控制机能，详见下文描述： 一种纯意念神经肌肉电刺激控制与神经功能评价系统，所述纯意念神经肌肉电刺 激控制与神经功能评价系统包括；信号采集模块、信号处理模块和指令控制模块， 所述信号采集模块，用于对输入脑电和其他生理信号进行实时采集； 所述信号处理模块，用于读取脑电信号，通过共空间模型算法进行特征提取，并通 过支持向量机对特征数据进行模式识别获取决策值；根据决策值和决策值阔值范围，判断 出意念想象模式并发送到指令控制模块； 所述指令控制模块，用于将意念想象模式转换为触发神经肌肉电刺激器开关，对 用户肢体部位进行神经肌肉电刺激。 所述纯意念神经肌肉电刺激控制与神经功能评价系统还包括： 所述信息反馈模块，通过源定位分析的方法对脑电数据进行分析处理，并结合分 析结果及信号的时频特征对用户的感觉运动功能和肢体神经机能做出评价，并将评价结果 实时地反馈给用户。 所述通过共空间模型算法进行特征提取，并通过支持向量机对特征数据进行模式 识别获取决策值的操作具体为： 读取实时的数据，从第二秒开始正式进入到数据处理阶段，新来的数据包达到Is 长度时，进行一次数据处理分析，即每秒都会进行一次数据处理分析； 处理数据时，截取当前时刻前2s的脑电数据，利用共空间模型算法得到相应的特 征数据，将特征数据送到训练好的分类器中进行模式识别，得到决策值。 本专利技术提供的技术方案的有益效果是；本专利技术引入了复合肢体想象动作和连续动 作序列想象动作的意念控制范式，在某种程度上拓展了意念控制系统的适用环境和神经机 能。其稳定性较高、适应性较强的优势为意念控制系统进入大范围的应用阶段奠定了基础。 有望获得可观的社会效益和经济效益。【附图说明】 图1为一种纯意念神经肌肉电刺激控制与神经功能评价系统的结构示意图； 图2为信号采集模块的示意图； 图3为数据的提取和处理流程示意图； 图4为指令控制模块界面示意图； 图5为信息反馈模块的显示界面示意图； 图6为纯意念神经肌肉电刺激控制与神经功能评价系统的操作流程图； 图7为运动想象离线训练流程示意图； 图8为基于运动想象脑机接口的模型优化策略示意图。【具体实施方式】 为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本专利技术实施方式作进一步 地详细描述。[002引在此基础上，本专利技术还提出了基于复合肢体想象动作W及连续动作序列想象的纯 意念控制系统。设及大脑皮层运动区两种或W上肢体部位的协同动作想象则定义为复合肢 体想象动作，而多种简单或复杂肢体动作的顺序想象则称为连续动作序列想象动作。从近 几年的发展可知，基于想象动作的脑-机接口已逐渐向着更为复杂的各肢体部位协同运动 想象的方向发展。相对于简单肢体想象动作，复合肢体想象动作和连续动作序列想象动作 更贴近于使用者的日常生活习惯，W及人脑复杂的思维模式。其直接反映了在复杂的惯常 运动思维状态下，大脑各运动功能区相互整合和协同关系的主观运动意识。 图1为本专利技术的结构示意图，本专利技术设计了基于复合肢体想象动作W及连续动作 序列想象动作的纯意念控制系统。设定两种不同的意念模式（想象某一肢体部位产生的 动作和不想象放松两种模式），当系统识别出用户执行想象动作模式时，则对神经肌肉电刺 激模块发送控制指令从而当前第1页1 2 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种纯意念神经肌肉电刺激控制与神经功能评价系统，所述纯意念神经肌肉电刺激控制与神经功能评价系统包括：信号采集模块、信号处理模块和指令控制模块，其特征在于，所述信号采集模块，用于对输入脑电和其他生理信号进行实时采集；所述信号处理模块，用于读取脑电信号，通过共空间模型算法进行特征提取，并通过支持向量机对特征数据进行模式识别获取决策值；根据决策值和决策值阈值范围，判断出意念想象模式并发送到指令控制模块；所述指令控制模块，用于将意念想象模式转换为触发神经肌肉电刺激器开关，对用户肢体部位进行神经肌肉电刺激。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：明东，陈龙，綦宏志，何峰，蒋晟龙，綦程，王仲朋，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12
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