一种肌电-脑电信息采集反馈方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种肌电

【技术实现步骤摘要】
一种肌电
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脑电信息采集反馈方法及装置


[0001]本专利技术涉及脊髓损伤患者康复训练
，尤其涉及一种肌电
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脑电信息采集反馈方法及装置。

技术介绍

[0002]运动想象(MotorImagery，MI)是指大脑仅有动作意图但不执行实际肢体动作。由于其在进行运动想象过程中的脑电信号变化与实际运动过程中的脑电信号变化有着高度的相似性，现有技术将其用于完全性脊髓损伤患者的康复训练中。运动想象疗法已成为卒中患者运动康复治疗方法的重要新进展之一。但是对于早期康复训练的患者而言，仅依靠运动想象的脑电信号是否让患者肢体做出相应动作是不够的。由于完全性脊髓损伤患者损伤平面以下的运动感觉是丧失的，完全性脊髓损伤患者在进行运动想象时无法自行判断自己是否发生动作，也无法判断动作是否成功。即完全性脊髓损伤患者损伤平面以下的本体感觉丧失。本体感觉的丧失导致患者下肢极易发生长短腿、扁平足或骨盆内旋等姿势改变，失去对危险的基本判断，协调和平衡能力丧失，无法感知地面与空间就无法正确的支配肌肉收缩来维持身体的平衡和运动。这也是卧床患者在康复训练后需要长时间适应的原因。尤其是对于完全性脊髓损伤患者而言，失去本体感觉后无法判断自身下肢是否在运动想象过程中做出了正确的运动趋势。因此，如何帮助患者早期康复训练的本体感觉，如何使得患者确定自己运动想象和实际运动相匹配，如何防止患者大脑的脑电信号因长时间未反馈而陷入信号代偿的问题未得到解决，现如今急需一种肌电
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脑电信息采集反馈方法及装置。
[0003]中国专利CN110238863A公开了一种基于脑电
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肌电信号的下肢康复机器人控制方法及系统，其方法包括以下步骤：a、根据使用者的特定运动意图，同步采集对应的脑电信号和肌电信号；b、将采集到的信号进行预处理，去除噪声；c、对肌电信号进行特征提取，建立基于肌电信号的运动模型；d、将肌电信号和脑电信号进行相干性分析，建立脑电
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肌电分类器模板；e、康复训练时，实时采集使用者的脑电信号和肌电信号，并输入所述的脑电
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肌电分类器模板，输出运动意图的分类结果，同时，应用所述运动模型进行验证。该专利采用了脑电
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肌电相干性分析进行下肢动作的分类，同时将分类结果与力学运动模型的结果进行对比检验，增强了分类结果的准确性。该专利着重点在于脑电信号和肌电信号的相干性分析，但是在实际使用中，对肌电信号的特征提取和分类过程无法对患者的本体感觉带来帮助。即，通过康复机器人进行机械带动患肢进行移动的方式不适合患者早期康复训练的进行，无法保障患者的本体感觉，导致在早期康复训练时出现患者无法进行正常训练(患者的脑电信号和/或肌电信号代偿)的问题，甚至导致对患者的身体状态、神经连接出现误判的情况。
[0004]中国专利CN113975633B公开了一种基于多源信息耦合反馈的电刺激康复训练系统，包括虚拟现实模块、信息采集模块、信息处理分析模块、任务评估模块、电刺激开关模块、反馈模块、电刺激控制模块和电刺激模块。本专利技术结合了神经信息检测手段及其响应机制，强化了各反馈环节的耦合效应，提升了脑
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肌
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肢体多源信息反馈与电刺激辅助康复训
练的匹配效率，从而实现了最优运动康复反馈训练效果。该专利的反馈是基于患者康复训练人物完成评估情况进行电刺激。但是实际上患者更需要运动想象后，能够视觉观察到自身的肢体肌肉动作，而非对训练是否完成进行反馈，其重点应在于维持自身本体感觉和防止信号代偿，从而实现加快患者康复的目的。
[0005]此外，一方面由于对本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于申请人做出本专利技术时研究了大量文献和专利，但篇幅所限并未详细罗列所有的细节与内容，然而这绝非本专利技术不具备这些现有技术的特征，相反本专利技术已经具备现有技术的所有特征，而且申请人保留在
技术介绍
中增加相关现有技术之权利。

技术实现思路

[0006]完全性脊髓损伤患者呈现损伤平面以下没有运动功能和本体感觉。在训练中，现有技术对于患者脑电信号发生代偿的现象没有一种良好的解决办法。即，当患者内心里想抬起左腿时，由于脑电信号代偿(下行运动信息通路受损)，其大脑发出的脑电信号可能判断错误，导致患者脑电信号代偿的作用愈发严重。对此，本专利技术提出通过脑电信号进行预处理、特征提取和分类判决三个步骤，将信号传递功能由装置完成，代替患者的神经通路反馈，以一一对应进行相应反馈的方式，保障患者的本体感觉，使得患者的早期康复训练过程效果更好。
[0007]针对现有技术之不足，本专利技术提供了一种肌电
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脑电信息采集反馈装置，至少包括脑电采集单元、上位机和反馈单元，所述脑电采集单元被配置为：采集患者训练过程中的同步脑电信号，并且通过有线或无线的方式传输给所述上位机。所述上位机在接收到脑电信号后通过特征提取和分类判决生成相应的反馈信号并且输送至所述反馈单元。所述上位机利用关于运动想象的脑功能信号分析方法对脊髓损伤患者的生理电信号进行分析，从而依次完成特征提取和分类判决过程，并且得到用于控制反馈单元的反馈信号。
[0008]根据一种优选的实施方式，所述上位机被配置为通过设置于患者左耳后方的脑电采集单元获取降噪信号，同时设置于患者中央区、中央左区和中央右区的脑电采集单元获取脑电信号，通过所述降噪信号去消除脑电信号中的干扰噪声，以消除共模信号的方式去除肌电；所述上位机被配置为接收到中央区脑电信号、中央左区脑电信号和中央右区脑电信号后，将中央区脑电信号作为标准信号分别与中央左区脑电信号和中央右区脑电信号进行差分处理以得到符合患者实际的左脑的脑电信号和右脑的脑电信号，从而消除患者头部表面的无效信号干扰。
[0009]根据一种优选的实施方式，所述上位机还被配置为：在其执行特征提取过程和分类判决过程之前优先对获取的患者运动想象的脑电信号进行降噪预处理，并将预处理后得到的脑电信号作为特征提取的数据来源。
[0010]根据一种优选的实施方式，所述脑电采集单元用于采集患者在接收到指令后的瞬时电位和运动想象信息，所述脑电采集单元设置于患者的中央区CZ、中央区左侧C3和中央区右侧C4以对患者脑电信号进行采集。
[0011]根据一种优选的实施方式，所述上位机对预处理后的患者脑电信号通过执行特征提取获取患者脑电信号电位的特征值以及运动想象信息的频谱特征，获取事件相关去同步和/或事件相关同步特征，所述上位机采用分类器进行分类处理，以产生对应的反馈信号并
且输出至反馈单元，所述反馈单元在接收到反馈信号后，按照对应的反馈信号的肌肉部位进行电刺激。
[0012]根据一种优选的实施方式，所述上位机基于二分类下的空域滤波特征提取算法对预处理后的患者脑电信号进行特征提取。其中，所述上位机基于共空间模式算法将当前数据转换到另一个新的空间，使得类间数据的方差最大化，类内的方差最小化，包含运动想象相关的信息的宽频段范围为4～40Hz。
[0013]根据一种优选的实本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种肌电
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脑电信息采集反馈装置，至少包括脑电采集单元(1)、上位机(2)和反馈单元(3)，所述脑电采集单元(1)被配置为：采集患者训练过程中的同步脑电信号，并且通过有线或无线的方式传输至所述上位机(2)，其特征在于，所述上位机(2)在接收到脑电信号后通过特征提取和分类判决生成相应的反馈信号并且输送至所述反馈单元(3)，所述上位机(2)利用关于运动想象的脑功能信号分析方法对脊髓损伤患者的生理电信号进行分析，从而依次完成特征提取和分类判决过程，并且得到用于控制反馈单元(3)的反馈信号。2.根据权利要求1所述的肌电
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脑电信息采集反馈装置，其特征在于，所述上位机(2)被配置为通过设置于患者左耳后方的脑电采集单元(1)获取降噪信号，同时设置于患者中央区、中央左区和中央右区的脑电采集单元(1)获取脑电信号，通过所述降噪信号去消除脑电信号中的干扰噪声，以消除共模信号的方式去除肌电；所述上位机(2)被配置为接收到中央区脑电信号、中央左区脑电信号和中央右区脑电信号后，将中央区脑电信号作为标准信号分别与中央左区脑电信号和中央右区脑电信号进行差分处理以得到符合患者实际的左脑的脑电信号和右脑的脑电信号，从而消除患者头部表面的无效信号干扰。3.根据权利要求1或2所述的肌电
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脑电信息采集反馈装置，其特征在于，所述上位机(2)还被配置为：在其执行特征提取过程和分类判决过程之前优先对获取的患者运动想象的脑电信号进行降噪预处理，并将预处理后得到的脑电信号作为特征提取的数据来源。4.根据权利要求1～3任一项所述的肌电
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脑电信息采集反馈装置，其特征在于，所述脑电采集单元(1)用于采集患者在接收到指令后的瞬时电位和运动想象信息，所述脑电采集单元(1)设置于患者的中央区CZ、中央区左侧C3和中央区右侧C4以对患者脑电信号进行采集。5.根据权利要求1～4任一项所述的肌电
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脑电信息采集反馈装置，其特征在于，所述上位机(2)对预处理后的患者脑电信号通过执行特征提取获取患者脑电信号电位的特征值以及运动想象信息的频谱特征，获取事件相关去同步特征和/或事件相关同步特征，所述上位机(2)采用分类器进行分类处理，以产生对应的反馈信号并且输出至反馈单元(3)，所述反馈单元(3)在接收到反馈信号后，按照对应的反馈信号的肌肉部位...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙晨曦，刘霖，朱琳，王逸凡，谢文凯，赵国光，
申请(专利权)人：首都医科大学宣武医院，
类型：发明
国别省市：