發(fā)布時間：2021-09-02 07:09

　　運動想象腦-機(jī)接口（Motor Imagery Brain-Computer Interface,MI-BCI）直接將大腦的神經(jīng)活動信號轉(zhuǎn)化為計算機(jī)或外部設(shè)備的控制信號,不僅可以幫助肢體運動障礙人群實現(xiàn)對外部設(shè)備的有效控制,同時也為腦卒中患者康復(fù)治療提供了新的策略。針對現(xiàn)有MI-BCI虛擬康復(fù)系統(tǒng)場景模式單一、反饋機(jī)制缺乏、個體適應(yīng)性差、識別率低等缺陷,以及如何最大程度增強(qiáng)受試者運動神經(jīng)的深度激活、加速運動神經(jīng)功能重塑機(jī)制問題,本文旨在研究一種多模式刺激增強(qiáng)及神經(jīng)反饋策略,應(yīng)用到基于運動想象腦-機(jī)接口的虛擬康復(fù)系統(tǒng)中,以滿足腦卒中軟癱期患者肢體康復(fù)訓(xùn)練需求。本文主要內(nèi)容如下:首先,針對運動想象腦電信號（Electroencephalogram,EEG）的機(jī)理特點、采集方式進(jìn)行分析,并對EEG信號進(jìn)行預(yù)處理和時域、頻域、空域多層次特征提取;考慮康復(fù)系統(tǒng)對運動意圖識別的實時性要求,利用數(shù)名受試者對支持向量機(jī)和線性判別器模型的性能進(jìn)行對比,確定系統(tǒng)最佳意圖解析算法。其次,設(shè)計并搭建基于多模式刺激增強(qiáng)及多層次神經(jīng)反饋的虛擬康復(fù)平臺,通過分層設(shè)計理念集成三大核心模塊:腦電信號采集及意圖解析模塊、... 

【文章來源】：燕山大學(xué)河北省

【文章頁數(shù)】：87 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

國外的腦-機(jī)接口技術(shù)在康復(fù)領(lǐng)域應(yīng)用

燕山大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-4-通大學(xué)[25]研發(fā)的如圖1-3b)所示的基于運動想象的小車導(dǎo)航系統(tǒng)，能夠有效促進(jìn)患者受損腦區(qū)的功能恢復(fù)和運動神經(jīng)重塑；再如，中國人民解放軍信息工程大學(xué)[26]研究的基于腦控的機(jī)器人協(xié)同控制系統(tǒng)。腦-機(jī)接口技術(shù)在康復(fù)訓(xùn)練中的應(yīng)用逐漸得到人們的認(rèn)可，并成為當(dāng)前研究的熱點之一。a)天津大學(xué)明東團(tuán)隊神工一號b)上海交大BCI小車導(dǎo)航系統(tǒng)圖1-3國內(nèi)的腦-機(jī)接口技術(shù)在康復(fù)領(lǐng)域應(yīng)用由此可見，目前關(guān)于運動想象的腦-機(jī)接口在康復(fù)領(lǐng)域中的應(yīng)用在國內(nèi)外均取得了較為豐碩的研究成果。另外部分研究證明，通過肢體運動想象方式的康復(fù)訓(xùn)練對于腦卒中患者運動功能康復(fù)具有很好的促進(jìn)作用，并且可以發(fā)現(xiàn)將運動想象腦-機(jī)接口技術(shù)與虛擬現(xiàn)實技術(shù)進(jìn)行融合具有更好的效果。1.2.2虛擬康復(fù)技術(shù)研究現(xiàn)狀虛擬現(xiàn)實(VirtualReality,VR)是20世紀(jì)發(fā)展起來的一種借助計算機(jī)圖形計算能力模擬出逼真的三維虛擬環(huán)境的仿真系統(tǒng)，其發(fā)展可追溯到IvanSuthedand首次發(fā)表題為“TheUltimateDisplay”論文[27]后不久JaronLanier正式提出“VirtualReality”的概念，進(jìn)入21世紀(jì)后該技術(shù)便勢如破竹般迅速發(fā)展。如今，虛擬現(xiàn)實借助其交互性、構(gòu)想性、沉浸感強(qiáng)等特點[28]被廣泛應(yīng)用到教育、醫(yī)療、軍事訓(xùn)練等多個領(lǐng)域。虛擬康復(fù)是虛擬現(xiàn)實技術(shù)在醫(yī)療康復(fù)領(lǐng)域的一個具體應(yīng)用。簡而言之，通過計算機(jī)圖形技術(shù)營造出一個與現(xiàn)實世界媲美的虛擬仿真環(huán)境中，患者可以根據(jù)虛擬場景的變化和提示進(jìn)行肢體、語言等的交互。虛擬場景不僅為患者提供多種感覺器官的刺激反饋，調(diào)動患者康復(fù)訓(xùn)練的積極性[29]。同時，患者也可將在虛擬場景中學(xué)得的運動技能應(yīng)用到實際生活。將VR技術(shù)應(yīng)用于腦卒中康復(fù)訓(xùn)練已被證明是一項成功的應(yīng)用。西班牙Valladolid大學(xué)[30]開發(fā)的一

第1章緒論-5-想象生活中的一些類似褲子與衣柜，人與房子這樣相關(guān)性物體運動；Bermudez等[31]人研發(fā)的用于上肢運動神經(jīng)康復(fù)訓(xùn)練的VR系統(tǒng)，患者通過想象左右手來控制場景中的虛擬肢體完成接球任務(wù)。隨著計算機(jī)水平的提高，國內(nèi)虛擬康復(fù)技術(shù)迅速發(fā)展。清華大學(xué)高小榕[32]團(tuán)隊設(shè)計的基于BCI的虛擬康復(fù)平臺，如圖1-4a)所示，通過設(shè)計虛擬人物和日常生活任務(wù)來提高患者的訓(xùn)練主動性，并通過實時虛擬場景進(jìn)行反饋，能夠調(diào)動患者運動想象的積極性，可以提升康復(fù)效果；再如，燕山大學(xué)學(xué)者魏秀利[33]等開發(fā)的基于肌電反饋的虛擬康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)，如圖1-4b)所示。該系統(tǒng)通過OpenGL搭建推箱子游戲作為虛擬場景來提高康復(fù)趣味性，對提取的肌電信號進(jìn)行意圖解析實現(xiàn)對虛擬場景中箱子的控制；除此此外，眾多的科研機(jī)構(gòu)和公司也在進(jìn)行虛擬康復(fù)方面的研究[34-35]。a)清華大學(xué)基于BCI虛擬康復(fù)平臺b)燕山大學(xué)的虛擬康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)圖1-4虛擬現(xiàn)實技術(shù)在康復(fù)領(lǐng)域應(yīng)用虛擬場景為康復(fù)提供豐富、逼真的虛擬康復(fù)場景，傳統(tǒng)的運動康復(fù)療法是運動康復(fù)的臨床基礎(chǔ)，但枯燥無味。如何合理將虛擬場景與傳統(tǒng)康復(fù)運動療法進(jìn)行優(yōu)勢互補(bǔ)融合是虛擬康復(fù)需要考慮的核心問題。一方面，虛擬康復(fù)不需要醫(yī)師過多指導(dǎo)即可完成康復(fù)訓(xùn)練，可以緩解醫(yī)師資源缺乏現(xiàn)狀；另一方面，可以為患者提供視、聽、觸覺等多層次生理反饋以及可視化的訓(xùn)練數(shù)據(jù)；總之，虛擬康復(fù)的出現(xiàn)打破了傳統(tǒng)康復(fù)治療中出現(xiàn)的康復(fù)場所受限、康復(fù)醫(yī)師缺乏、康復(fù)枯燥乏味等局限性，使得患者可以在醫(yī)院、家庭、療養(yǎng)院等多個場所完成康復(fù)訓(xùn)練。1.2.3BCI反饋機(jī)制研究現(xiàn)狀受試者一般很難獲得自己運動想象的感覺，于是受試者更傾向于通過想象移動他們的手或腿的方式進(jìn)行運動想象。因此，如何有效的提高受試者執(zhí)行運動想象任

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
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本文編號：3378567