[發(fā)明專利]基于運動皮層相關電位腦機接口的下肢外骨骼康復訓練系統(tǒng)及方法

在審

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• 申請日: 2018-09-04
• 公開（公告）號: CN108888482A
• 公開（公告）日: 2018-11-27
• 發(fā)明（設計）人: 張韶岷;金成昊;陳臻毅;張建民
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: A61H1/02
• 分類號: A61H1/02;B25J9/00;B25J13/08
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 趙杭麗

1.一種基于運動皮層相關電位腦機接口的下肢外骨骼康復訓練系統(tǒng)，其特征在于，包括視覺提示反饋模塊、腦電信號采集模塊、足背屈信號采集模塊、運動皮層相關電位信號處理模塊、運動皮層相關電位模板匹配模塊、下肢康復外骨骼模塊；所述視覺提示反饋模塊顯示特定的軌跡，提示足背屈力的大小幅度；同時，所述腦電采集模塊和足背屈信號采集模塊分別對下肢運動時產生的腦電信號和足背屈力大小進行采集和存儲；信號存儲完畢后，所述運動皮層相關電位信號處理模塊進行信號的離線處理以及運動皮層相關電位模板的提取；所述運動皮層相關電位模板匹配模塊利用得到的模板對腦電信號進行實時模板匹配，生成下肢康復外骨骼模塊所需的控制信號；所述下肢康復外骨骼模塊在接收控制信號后按其指示驅動下肢完成特定的運動動作。

2.根據(jù)權利要求1所述的一種基于運動皮層相關電位腦機接口的下肢外骨骼康復訓練系統(tǒng)，其特征在于，所述視覺提示反饋模塊用于提示并實時顯示當前應當執(zhí)行的下肢動作任務強度以及時間；所述視覺提示反饋模塊呈現(xiàn)一個背屈力軌跡來提示背屈任務的強度要求，任務的強度要求可以通過勾選數(shù)值來進行調整；所述視覺提示反饋模塊用實時移動的箭頭來提示當前任務的時間進度；所述視覺提示反饋模塊用實時刷新的圖線反饋實際產生的背屈力大小。

3.根據(jù)權利要求1所述的一種基于運動皮層相關電位腦機接口的下肢外骨骼康復訓練系統(tǒng)，其特征在于，所述腦電信號采集模塊用于采集執(zhí)行足背屈任務時產生的腦電信號，同時，所述腦電信號采集模塊對采集到的腦電信號進行實時存儲。

4.根據(jù)權利要求1所述的一種基于運動皮層相關電位腦機接口的下肢外骨骼康復訓練系統(tǒng)，其特征在于，所述足背屈信號采集模塊用于采集執(zhí)行足背屈動作任務產生力的大小，同時，所述足背屈信號采集模塊對采集到的足背屈力信號進行實時存儲。

5.根據(jù)權利要求1所述的一種基于運動皮層相關電位腦機接口的下肢外骨骼康復訓練系統(tǒng)，其特征在于，所述運動皮層相關電位信號處理模塊用于利用采集到的腦電信號及足背屈信號，進行預處理并提取運動皮層相關電位腦電信號模板；其步驟如下：(1)預處理，對每個任務中采集到的腦電原始信號進行0.5Hz-40Hz帶通濾波、獨立成分分析、加權平均，得到預處理后信號；(2)確定動作起始點，對所述的預處理后信號前1s的平緩部分進行平均得到基線值，若連續(xù)200ms的預處理后信號完全超過所述基線值，那么這200ms信號的起始點就當做動作起始點；(3)運動相關皮層電位模板提取，所述模板通過平均所有任務的動作起始點前2s信號來提取。

6.根據(jù)權利要求1所述的一種基于運動皮層相關電位腦機接口的下肢外骨骼康復訓練系統(tǒng)，其特征在于，所述運動相關皮層電位模板匹配模塊用于通過腦電信號與模板的似然度判斷表征下肢運動意圖的運動皮層相關電位是否產生，判斷結果用于控制下肢外骨骼。

7.根據(jù)權利要求1所述的一種基于運動皮層相關電位腦機接口的下肢外骨骼康復訓練系統(tǒng)，其特征在于，所述下肢康復外骨骼模塊用于驅動運動功能受損部位，輔助下肢康復，所述下肢康復外骨骼模塊采用電機驅動模式，所述下肢外骨骼的活動角度由所述運動相關皮層電位模板匹配似然程度決定，匹配程度越高則活動角度越大。

8.根據(jù)權利要求1所述的一種基于運動皮層相關電位腦機接口的下肢外骨骼康復訓練系統(tǒng)的方法，包括以下步驟：

S1：穿戴腦電采集設備，固定足背屈力傳感器和下肢康復外骨骼，顯示屏放置在正前方的合適位置；

S2：S1中所述顯示屏顯示力軌跡圖線，引導進行足背屈動作強度和時間的適應并獲取足背屈力參數(shù)，包括靜息狀態(tài)下足背屈力的大小和最大足背屈力的大?。?/p>

S3：下肢外骨骼康復系統(tǒng)進入訓練階段，顯示屏顯示視覺提示力軌跡圖線和箭頭以及足背屈力大小的實時反饋圖線，控制足背屈力的幅度符合顯示屏呈現(xiàn)的力的軌跡；腦電信號采集模塊和足背屈信號采集模塊同時分別對腦電信號和足背屈信號進行存儲；

S4：下肢外骨骼康復系統(tǒng)的運動皮層相關電位信號處理模塊對S3中存儲的腦電信號和足背屈信號進行離線處理，通過帶通濾波、獨立成分分析、加權平均等方法得到運動相關皮層電位模板；

S5：下肢外骨骼康復系統(tǒng)進入康復階段，顯示屏顯示力軌跡圖線和箭頭，運動皮層相關電位模板匹配模塊通過實時計算腦電信號與S4中所述運動相關皮層電位模板的似然比對的運動意圖進行實時檢測，得到實時匹配結果用于S6；

S6：將S5中所述實時匹配結果用于控制下肢康復外骨骼模塊，匹配程度越高則下肢康復外骨骼活動角度越大。