[發明專利]一種基于多源信息耦合反饋的電刺激康復訓練系統

有效

• 申請號: 202111486771.2
• 申請日: 2021-12-08
• 公開（公告）號: CN113975633B
• 公開（公告）日: 2022-09-30
• 發明（設計）人: 張靜莎;李增勇;張騰宇;李文昊
• 申請（專利權）人: 國家康復輔具研究中心
• 主分類號: A61N1/36
• 分類號: A61N1/36;A61B5/389;A61B5/318;A61B5/024;A61B5/11;A61B5/00;A61B5/1455
• 代理公司: 北京迎碩知識產權代理事務所(普通合伙) 11512
• 代理人: 錢揚保;張群峰

本發明公開了一種基于多源信息耦合反饋的電刺激康復訓練系統，包括虛擬現實模塊、信息采集模塊、信息處理分析模塊、任務評估模塊、電刺激開關模塊、反饋模塊、電刺激控制模塊和電刺激模塊。本發明結合了神經信息檢測手段及其響應機制，強化了各反饋環節的耦合效應，提升了腦?肌?肢體多源信息反饋與電刺激輔助康復訓練的匹配效率，從而實現了最優運動康復反饋訓練效果。

技術領域

本發明涉及肢體運動康復訓練領域，尤其涉及一種基于多源信息耦合反饋的電刺激康復訓練系統。

背景技術

功能性電刺激屬于神經肌肉電刺激類物理技術，是通過預先設計的低頻序列脈沖電流以特定的波形、強度和重復頻率，按照既定程序刺激特定肌群，誘發肌肉模擬正常自主運動或依據治療方案完成特定動作，能夠加速腦卒中患者神經可塑性轉變進程，并逐漸恢復肢體運動功能。目前，功能性電刺激在臨床康復中大多以被動訓練為主，以固定的頻率、時間等進行刺激，缺乏腦-肌-體等多源信息的反饋和實時調整，難以充分發揮功能電刺激的最大行為增益。而腦卒中后運動功能障礙是由腦部血管病變引起神經肌肉通路損傷及肌群協調功能異常導致，往往伴隨有大腦不同腦區間的振蕩、大腦與肢體肌肉間的信息傳遞、肢體肌肉間的協同作用、神經血管間的功能耦合等多層次的信息交互特性變化，其康復過程需大腦、肌肉、肢體、生理信息等多級單元共同參與及協調作用，不同運動下交互作用關系也體現一定的時變、雙向、非線性耦合特征。盡管現在多模態運動神經反饋訓練研究在一定程度上有效克服了上述局限性，但各反饋模式間的同步性與協同性方面仍有待加強。

為此，本發明提出了一種基于多源信息耦合反饋的電刺激康復訓練系統。結合了神經信息檢測手段及其響應機制，強化了各反饋環節的耦合效應，提升了腦-肌-肢體多源信息反饋與電刺激輔助康復訓練的匹配效率，從而實現了最優運動康復反饋訓練效果。

發明內容

為實現本發明之目的，采用以下技術方案予以實現：

一種基于多源信息耦合反饋的電刺激康復訓練系統，包括虛擬現實模塊、信息采集模塊、信息處理分析模塊、任務評估模塊、電刺激開關模塊、反饋模塊、電刺激控制模塊和電刺激模塊，其中：虛擬現實模塊用于根據患者的臨床評估結果提供患者的康復訓練任務；信息采集模塊用于采集患者的康復訓練過程中的腦功能、電生理和運動圖像信息；信息處理分析模塊用于處理和分析從采集模塊同步采集到的腦功能、電生理和運動圖像信息；任務評估模塊用于根據信息處理分析模塊得到的信息對患者在虛擬現實任務下的任務完成情況進行評估；電刺激開關模塊用于根據患者的任務完成評估情況啟動或關閉電刺激；反饋模塊用于反饋電刺激過程中的腦功能與心電、肌電的耦合情況；電刺激控制模塊用于根據反饋模塊反饋的耦合信息進行電刺激控制參數的調整；電刺激模塊用于根據電刺激開關模塊輸出的啟動或關閉指令啟動或關閉，根據電刺激控制模塊輸出的具體參數指令進行參數調整。

所述的基于多源信息耦合反饋的電刺激康復訓練系統，其中：信息采集模塊包括：近紅外腦功能設備，用于采集患者在康復訓練過程中的腦氧近紅外光神經信號；肌電信息采集儀，用于采集患者在康復訓練過程中的肌電信號；心電采集儀，用于采集患者在康復訓練過程中的心電信號；深度攝像機，用于采集患者在康復訓練過程中的肢體運動圖像信息。

所述的基于多源信息耦合反饋的電刺激康復訓練系統，其中信息處理分析模塊用于對信息采集模塊采集到的信號進行預處理：信息處理分析模塊用于對信息采集模塊采集到的信號進行預處理，即：對腦氧近紅外光神經信號進行濾波以去除長距離的基線漂移和干擾噪聲；對肌電信號使用高斯濾波器處理以去除肌電信號的工頻噪聲；對心電信號使用帶通濾波器處理以去除心電信號的偽跡；對肢體運動圖像信息進行圖像預處理。

所述的基于多源信息耦合反饋的電刺激康復訓練系統，其中：任務評估模塊根據患者在康復訓練過程中腦功能連接度、專注度和任務評分，建立患者任務完成度評估模型。

所述的基于多源信息耦合反饋的電刺激康復訓練系統，其中：任務評估模塊按如下方式建立患者任務完成度評估模型：