CN108245763A - 脑机交互康复训练系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种脑机交互康复训练系统和方法。一种脑机交互康复训练系统，包括：信号采集装置、处理器和刺激装置。本发明通过注意力与运动想象综合模式的调控，诱导脑卒中后注意力障碍患者实时调整思维状态，促进其注意力状态的提升，在此基础上进一步引导患者完成高质量的运动想象训练任务。使得脑卒中后注意力障碍患者可利用脑机交互康复系统进行康复训练，在诱导并提升患者注意力状态的基础上，重塑大脑神经、改善患者肢体运动功能，以解决脑卒中后注意力障碍患者利用脑机交互康复系统进行康复训练的问题。

Description

脑机交互康复训练系统和方法
技术领域
本发明属于脑卒中医疗康复领域，具体涉及一种脑机交互康复训练系统和方法。
背景技术
脑机接口作为一种多模式、多反馈的康复干预新技术，可识别大脑正在进行的各种思维活动及运动意图，实现大脑与外界的交互，并可充分调动脑卒中患者的主观康复意识，通过神经反馈修复损伤区脑功能，实现患者大脑的神经重塑以及肢体运动功能的康复。
然而现有的脑机接口康复技术，对患者注意力要求较高，因此仅可用于认知功能正常的脑卒中患者，对于脑卒中后认知障碍患者则无法适用。注意力是认知功能的基础，在临床上的急性脑卒中患者中，注意力障碍的发病率明显高于其他认知障碍，是脑卒中认知障碍患者最容易受累的功能。
发明内容
基于此，有必要针对脑卒中注意力障碍患者康复问题，提供一种脑机交互康复训练系统和方法。
一种脑机交互康复训练系统，包括：刺激装置，信号采集装置和处理器；
所述刺激装置能够对患者提供多种刺激模式，进而诱导患者进行训练；
所述信号采集装置，用于采集患者在不同刺激模式下的脑电信号；
所述处理器与所述信号采集装置以及所述刺激装置连接，用于接收所述脑电信号，分析不同刺激模式下患者的脑电信号，判断患者的注意力状态和运动想象状态，并依据患者的注意力状态控制所述刺激装置调整刺激模式。
在其中一个实施例中，所述脑机交互康复训练系统还包括训练装置；
所述训练装置与所述处理器相连接，所述处理器控制训练装置依据刺激模式下患者脑电信号变化，使患者进行相应的动作训练。
在其中一个实施例中，所述信号采集装置包括：电极帽与所述电极帽连接的脑电采集仪；
所述电极帽采集患者脑电模拟信号并发送至所述脑电采集仪；
所述脑电采集仪对所述脑电模拟信号进行预处理，并将预处理后的脑电信号发送至所述处理器。
在其中一个实施例中，所述刺激模式包括注意力模式和运动想象模式，所述注意力模式用于诱导患者的注意力状态达到集中水平；所述运动想象模式用于引导患者处于运动想象状态。
在其中一个实施例中，所述刺激装置包括：
视觉刺激模块，用于对患者施以视觉刺激；
听觉刺激模块，用于对患者施以听觉刺激；以及
触力觉刺激模块，用于对患者施以触力觉刺激。
在其中一个实施例中，所述触力觉刺激模块包括触力觉单元，所述触力觉单元与所述处理器相连接，所述处理器控制触力觉单元依据刺激模式对患者施以刺激。
一种脑机交互康复训练方法，包括步骤：
对患者进行刺激，所述刺激包括多种不同的刺激模式；
采集患者在所述刺激下的脑电信号，依据所述脑电信号判断患者注意力状态；
依据患者的注意力状态，调整对患者施以刺激的刺激模式。
在其中一个实施例中，所述依据患者的注意力状态，调整对患者施以刺激的刺激模式的步骤还包括：
根据刺激模式下患者脑电信号变化进行相应的动作训练。
一种计算机设备，包括处理器和存储器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行一种脑机交互康复训练方法。
一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行一种脑机交互康复训练方法。
本发明提供的脑机交互康复训练系统，通过注意力与运动想象综合模式的调控，诱导脑卒中后注意力障碍患者实时调整思维状态，促进其注意力状态的提升，在此基础上进一步引导患者完成高质量的运动想象训练任务。患者在脑机交互训练过程中由于注意力下降导致无法持续开展运动想象训练任务的情况，可实时动态调整注意力与运动想象综合模式，提升脑卒中后注意力障碍患者利用脑机交互康复训练系统进行康复训练的有效性。使得脑卒中后注意力障碍患者可利用脑机交互康复训练系统进行康复训练，在诱导并提升患者注意力状态的基础上，重塑大脑神经、改善患者肢体运动功能，以解决脑卒中后注意力障碍患者利用脑机交互康复训练系统进行康复训练的问题。
附图说明
图1为本发明实施例的脑机交互康复训练系统示意一图；
图2为本发明实施例的脑机交互康复训练系统示意二图；
图3为图1的脑机交互康复训练系统流程图；
图4为计算机设备的内部结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施方式，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。
如图1所示，所述脑机交互康复训练系统用于对患者进行康复训练，在诱导并提升患者注意力状态的基础上，对患者进行运动想象任务训练。本实施例中，所述脑机交互康复训练系统用于对脑卒中患者进行康复训练。所述脑机交互康复训练系统包括信号刺激装置10、采集装置20、处理器30和训练装置40。所述信号采集装置20采集脑电信号传输至处理器30，所述处理器30控制刺激装置10和训练装置40。
所述刺激装置10能够对患者提供多种刺激模式，进而诱导患者进行训练。
所述刺激装置10包括视觉刺激模块110、听觉刺激模块120和触力觉刺激模块130。
所述视觉刺激模块110，通过展示画面对患者视觉进行刺激。可选地，通过电子屏幕展现画面的方式对患者进行视觉刺激。
所述听觉刺激模块120，通过播放声音对患者听觉进行刺激。可选地，通过音乐、人声、物体碰撞声等外部声音对患者进行听觉刺激。
所述触力觉刺激模块130，通过施以力作用于患者肢体，对患者进行触力觉刺激。可选地，通过设备施以不同程度力的方式对患者进行触力觉刺激。
所述视觉刺激模块采用显示屏为载体，为患者展示画面诱导患者进入注意力状态和/或运动想象状态。
所述听觉刺激模块采用音箱为载体，为患者播放声音诱导患者进入注意力状态和/或运动想象状态。
所述触力觉刺激模块包括触力觉单元，所述触力觉单元与所述处理器相连接，所述处理器控制触力觉单元依据刺激模式对患者施以刺激。
所述刺激装置设置多个刺激模式对患者进行刺激，所述刺激模式包括注意力模式和运动想象模式；
所述注意力模式为刺激装置通过对患者感官进行刺激，通过所述视觉刺激模块以及听觉刺激模块共同作用下，用以诱导患者的注意力状态达到集中水平。
所述运动想象模式为刺激装置通过对患者感官进行刺激，通过所述视觉刺激模块、听觉刺激模块以及触力觉刺激模块共同作用，用于引导患者处于运动想象状态。
所述信号采集装置20，用于采集患者的在不同刺激模式下的脑电信号。
所述信号采集装置20包括电极帽210和脑电采集仪220，所述电极帽210采集患者脑电模拟信号并发送至脑电采集仪220。所述脑电采集仪220对所述脑电模拟信号，通过对脑电模拟信号进行放大、滤波及模数转换等预处理后生成脑电信号，发送至处理器30。
所述处理器30与所述信号采集装置20以及所述刺激装置10连接，用于接收所述脑电信号，分析不同刺激模式下患者的脑电信号，判断患者的注意力状态，并依据患者的注意力状态控制所述刺激装置10调整刺激模式。
所述处理器30中设置有注意力处理模块310、运动想象处理模块320以及综合处理模块330。
所述注意力处理模块310，用于对脑电信号进行处理，进而获得患者的注意力状态脑电信号特征，所述特征可以用于判断患者注意力状态。所述注意力处理模块310发送所述注意力状态脑电信号特征至综合处理模块330。
所述运动想象处理模块320，用于对脑电信号进行处理，进而获得患者的运动想象状态脑电信号特征，所述特征可以用于判断患者运动想象状态。所述运动想象处理模块320发送所述运动想象状态脑电信号特征至综合处理模块330。
所述综合处理模块330，用于依据所述脑电信号分析患者在不同刺激模式下的注意力状态和运动想象状态。注意力状态和运动想象状态正常的人群，其在不同的刺激模式下产生对应的脑电信号具有相应的特征，所述特征可以用于判断患者注意力状态和运动想象状态的标准。具体地，可以将注意力状态和运动想象状态正常的人群其在不同的刺激模式下产生对应的脑电信号的相应特征预存在数据库中，可以将患者在不同的刺激模式产生的脑电信号的特征和数据库中预存的特征进行比对，进而判断患者的注意力状态和运动想象状态。
在本实施例中的处理器30采用计算机设备。
所述触力觉单元由处理器30所控制，所述处理器30依据所述脑电信号不同特征，控制触力觉单元按照对应指令进行触力觉刺激。
所述训练装置40由处理器30所控制，所述处理器30依据所述脑电信号不同特征，控制训练装置40按照对应指令的运动轨迹作动。
所述训练装置40包括运动控制模块410和作动模块420，所述运动控制模块410与作动模块420相连接。
所述作动模块420包括电机和多轴机器设备，所述运动控制模块410控制所述电机带动所述多轴机械设备作动。
结合图2，在另一个实施例中，所述训练装置40包括运动控制模块410、作动模块420以及力觉控制模块430，所述作动模块420与运动控制模块410和力觉控制模块430相连接。所述训练装置40由处理器30进行控制，所述处理器30依据所述脑电信号不同特征，控制训练装置40按照对应指令的运动轨迹作动。
所述作动模块420包括电机和多轴机器设备，所述运动控制模块410控制所述电机带动所述多轴机械设备作动。处理器30可控制所述力觉控制模块430给予患者力觉刺激。
本发明实施例的脑机交互康复训练方法主要包括以下步骤：
对患者进行刺激，所述刺激包括多种不同的刺激模式；
采集患者在所述刺激下的脑电信号，依据所述脑电信号判断患者注意力状态；
依据患者的注意力状态，调整对患者施以刺激的刺激模式。
以下将结合附图，对本发明一个具体实施例的脑机交互康复训练方法做详细描述，请参阅图3，所述脑机交互康复训练方法包括：
步骤501，对患者以注意力模式进行刺激。所述注意力模式用于诱导患者的注意力状态达到集中水平。
本步骤可以由所述刺激装置实现，具体地，所述注意力模式为刺激装置对患者感官进行刺激，设置任务帮助诱导患者集中注意力。
步骤502，检测患者注意力状态。
信号采集装置采集患者脑电信号发送至处理器。所述处理器接收所述脑电信号，分析所述脑电信号，根据脑电信号特征的变化确定患者注意力状态。
步骤503，判断患者注意力状态是否达到并维持在集中水平。若达到并维持在集中水平，则跳转至步骤504；否则跳转至步骤510。
步骤504，对患者以运动想象模式进行刺激。所述运动想象模式用于引导患者处于的运动想象状态。
本步骤可以由所述刺激装置实现，具体地，所述运动想象模式为刺激装置通过对患者感官进行刺激，设置任务引导患者处于运动想象状态。
步骤505，检测患者注意力状态。
信号采集装置采集患者脑电信号发送至处理器。所述处理器接收所述脑电信号，分析所述脑电信号，根据脑电信号特征的变化确定患者注意力状态。
步骤506，检测患者运动想象状态。
信号采集装置采集患者脑电信号发送至处理器，所述处理器接收所述脑电信号，分析所述脑电信号，根据脑电信号特征的变化确定患者运动想象状态。
步骤507，判断患者注意力状态是否维持在集中水平并且处于某种运动想象状态。若注意力状态是维持在集中水平并且处于某种运动想象状态，则跳转至步骤508；否则跳转至步骤514。
当处理器检测到患者的注意力状态呈现下降趋势，使刺激装置给予不同程度的感官鼓励刺激，诱导患者实时调整思维状态，以促进患者注意力状态的提升，进而进行运动想象训练任务。当处理器检测到患者的注意力状态下降到一定程度，使刺激装置从当前的呈现运动想象模式转换为呈现注意力模式，诱导患者重新进行注意力训练任务。
步骤508，提供感官奖励刺激。
当患者完成运动想象模式中的任务成功时，刺激装置提供相应刺激使患者保持状态。
步骤509，带动患者进行某种运动想象状态所对应的动作运动。
训练装置由处理器进行控制，所述处理器依据所述脑电信号不同特征，控制训练装置按照对应指令的运动轨迹作动。
步骤510，判断患者注意力状态是否呈现上升趋势，若呈现上升趋势，则跳转至步骤511；否则跳转至步骤512。
所述上升趋势为患者注意力状态水平提高。
步骤511，提供感官奖励刺激。
当患者注意力状态水平提高时，刺激装置给予患者相应刺激，诱导患者实时调整思维状态，以促进患者注意力状态继续呈上升趋势。
步骤512，判断患者注意力状态是否呈现下降趋势。若呈现下降趋势，则跳转至步骤513；否则跳转至步骤502。
所述下降趋势为患者注意力状态水平降低。
步骤513，刺激装置提供感官鼓励刺激。
当患者注意力状态水平降低时，刺激装置给予患者相应刺激，诱导患者实时调整思维状态，以促进患者注意力状态的提升。
步骤514，处理器判断患者注意力状态是否呈现下降趋势。若呈现下降趋势，则跳转至步骤515；否则跳转至步骤507。
步骤515，提供感官鼓励刺激。
当患者注意力状态水平降低时，刺激装置给予患者相应刺激，诱导患者实时调整思维状态，集中注意力进行运动想象训练任务。
步骤516，判断患者注意力水平是否下降到一定程度。若下降到一定程度，则跳转至步骤501；否则跳转至步骤507。
图4为一个实施例中计算机设备的内部结构示意图，可用作应用处理器。如图4所示，该计算机设备包括通过系统总线连接的CPU、存储器、网络接口、显示屏和输入装置。其中，存储器可包括非易失性存储介质和内存储器。存储器中可存储有操作系统，还存储有一种计算机程序，该计算机程序用于实现一种脑机交互康复训练方法。该CPU用于提供计算和控制能力，支撑整个计算机设备的运行。内存储器为非易失性存储介质中的计算机程序的运行提供环境。网络接口用于接入互联网与云服务器进行连接。计算机设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏等，输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是计算机设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，也可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。该计算机设备可以是笔记本和平板电脑等。
本领域技术人员可以理解，图4中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
本发明提供的脑机交互康复训练系统和方法，通过注意力与运动想象综合模式的调控，诱导脑卒中后注意力障碍患者实时调整思维状态，促进其注意力状态的提升，在此基础上进一步引导患者完成高质量的运动想象训练任务。患者在脑机交互训练过程中由于注意力下降导致无法持续开展运动想象训练任务的情况，可实时动态调整注意力与运动想象综合模式，提升脑卒中后注意力障碍患者利用脑机交互康复系统进行康复训练的有效性。使得脑卒中后注意力障碍患者可利用脑机交互康复系统进行康复训练，在诱导并提升患者注意力状态的基础上，重塑大脑神经、改善患者肢体运动功能，以解决脑卒中后注意力障碍患者利用脑机交互康复系统进行康复训练的问题。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种脑机交互康复训练系统，其特征在于，包括：刺激装置，信号采集装置和处理器；
所述刺激装置能够对患者提供多种刺激模式，进而诱导患者进行训练；
所述信号采集装置，用于采集患者在不同刺激模式下的脑电信号；
所述处理器与所述信号采集装置以及所述刺激装置连接，用于接收所述脑电信号，分析不同刺激模式下患者的脑电信号，判断患者的注意力状态和运动想象状态，并依据患者的注意力状态控制所述刺激装置调整刺激模式。
2.根据权利要求1所述的脑机交互康复训练系统，其特征在于，所述脑机交互康复训练系统还包括训练装置；
所述训练装置与所述处理器相连接，所述处理器控制训练装置依据刺激模式下患者脑电信号变化，使患者进行相应的动作训练。
3.根据权利要求1所述的脑机交互康复训练系统，其特征在于，所述信号采集装置包括：电极帽与所述电极帽连接的脑电采集仪；
所述电极帽采集患者脑电模拟信号并发送至所述脑电采集仪；
所述脑电采集仪对所述脑电模拟信号进行预处理，并将预处理后的脑电信号发送至所述处理器。
4.根据权利要求1所述的脑机交互康复训练系统，其特征在于，所述刺激模式包括注意力模式和运动想象模式，所述注意力模式用于诱导患者的注意力状态达到集中水平；所述运动想象模式用于引导患者处于运动想象状态。
5.根据权利要求1所述的脑机交互康复训练系统，其特征在于，所述刺激装置包括：
视觉刺激模块，用于对患者施以视觉刺激；
听觉刺激模块，用于对患者施以听觉刺激；以及
触力觉刺激模块，用于对患者施以触力觉刺激。
6.根据权利要求5所述的脑机交互康复训练系统，其特征在于，所述触力觉刺激模块包括触力觉单元，所述触力觉单元与所述处理器相连接，所述处理器控制触力觉单元依据刺激模式对患者施以刺激。
7.一种脑机交互康复训练方法，其特征在于，包括步骤：
对患者进行刺激，所述刺激包括多种不同的刺激模式；
采集患者在所述刺激下的脑电信号，依据所述脑电信号判断患者注意力状态；
依据患者的注意力状态，调整对患者施以刺激的刺激模式。
8.根据权利要求7所述的脑机交互康复训练方法，其特征在于，所述依据患者的注意力状态，调整对患者施以刺激的刺激模式的步骤还包括：
根据刺激模式下患者脑电信号变化进行相应的动作训练。
9.一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求7至8任意一项所述脑机交互康复训练方法。
10.一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求7至8任意一项所述脑机交互康复训练方法。
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