CN109646798A - 脑控式肢体恢复训练系统及其控制方法 - Google Patents

脑控式肢体恢复训练系统及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种脑控式肢体恢复训练系统及其控制方法，其中，脑控式肢体恢复训练系统包括：脑电控制器、肌电生物反馈仪、安装有脑控软件的计算机和信号连接于所述计算机的人脸识别终端，所述脑电控制器和肌电生物反馈仪分别与所述计算机信号连接；所述脑电控制器，包括彼此信号连接的可穿戴脑电传感器和无线通讯器，所述无线通讯器与所述计算机信号连接，所述脑电控制器还包括用于安装所述可穿戴脑电传感器和人脸识别终端的头套。该脑控式肢体恢复训练系统能够解决现有脑控式肢体恢复训练系统误操作多、精准性差的问题。

Description

脑控式肢体恢复训练系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及肢体恢复训练系统领域，尤其涉及一种脑控式肢体恢复训练系统以及该脑控式肢体恢复训练系统的控制方法。
背景技术
目前，传统的脑控式肢体恢复训练系统仅仅通过脑电控制器采集脑部发出的想象运动特征辨别肢体运动意图，以通过肌电生物反馈仪器进行电刺激康复，然而，一旦脑部发出想象运动特征都会使肌电生物反馈仪器进行电刺激操作，但有时候大脑可能只是看到身体的某个部位，下意识的产生想象运动特征，而并非真的出于主观意愿，而且，如果脑部频繁地想象运动特征会导致肌电生物反馈仪器频繁操作，这对患者恢复产生了不好地影响。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种脑控式肢体恢复训练系统，旨在解决现有脑控式肢体恢复训练系统误操作多、精准性差的问题。
为了实现上述目的，本发明提供一种脑控式肢体恢复训练系统，其特征在于，包括：脑电控制器、肌电生物反馈仪、安装有脑控软件的计算机和信号连接于所述计算机的人脸识别终端，所述脑电控制器和肌电生物反馈仪分别与所述计算机信号连接；所述脑电控制器，包括彼此信号连接的可穿戴脑电传感器和无线通讯器，所述无线通讯器与所述计算机信号连接，所述脑电控制器还包括用于安装所述可穿戴脑电传感器和人脸识别终端的头套；所述肌电生物反馈仪包括与所述计算机信号连接的反馈仪主机以及电连接于所述反馈仪主机并且用于连接人体肢体的电极片，所述计算机用于运行所述脑控软件以能够根据可穿戴脑电传感器检测的脑控信号控制所述反馈仪主机使所述电极片通电；所述人脸识别终端，用于检测用户闭眼时间超过预定时间时发送预设信号至所述计算机，以能够使所述计算机同时接收到所述脑控信号和预设信号时控制所述反馈仪主机使所述电极片通电。
优选地，所述人脸识别终端为具有人脸识别功能的手机。
优选地，所述头套包括头圈和从所述头圈向下延伸的两个耳部支撑架，所述可穿戴脑电传感器设置在所述头圈部的内圈侧，且所述可穿戴脑电传感器具有脑电波采集电极。
优选地，所述耳部支撑架包括刚性弧线杆和连接于所述刚性弧线杆两端的弹性延伸杆。
优选地，所述脑控式肢体恢复训练系包括恢复座椅，所述肌电生物反馈仪安装在所述恢复座椅上。
优选地，所述恢复座椅包括座椅本体，以及连接于所述座椅本体下部的脚部支撑板、连接于所述座椅本体中部的坐板、连接所述座椅本体两侧的扶手，所述电极片包括位于所述脚部支撑板的上表面的第一电极片、位于所述扶手的上表面的第二电极片、位于所述坐板的上表面的第三电极片，所述第三电极片靠近所述坐板前端。
此外，本发明还提供一种脑控式肢体恢复训练系统的控制方法，其中，包括如下步骤：(1)通过脑电控制器获取用户头部的脑电信号，当检测到用户的肢体运动意图信号时，将所述肢体运动意图信号发送至安装有脑控软件的计算机；(2)通过人脸识别终端检测所述用户的脸部，当检测用户闭眼时间超过预定时间时发送预设信号至所述计算机；(3)当所述计算机同时接收到所述脑控信号和预设信号时控制肌电生物反馈仪的电极片通电，以使通电的电极片刺激所述用户的肢体运动。
优选地，所述预定时间为2s-3s。
优选地，在所述步骤(2)中，若所述人脸识别终端开始检测所述用户脸部时所述用户为闭眼状态，则所述人脸识别终端发出警报提醒用户睁眼，当所述用户睁眼之后再闭眼时，所述人脸识别终端开始统计所述用户闭眼时间是否超过预定时间；若所述人脸识别终端开始检测所述用户脸部时所述用户为睁眼状态，则当所述用户之后闭眼时开始统计所述用户闭眼时间是否超过预定时间。
本申请通过使所述计算机同时接收到所述脑控信号和预设信号时控制所述反馈仪主机使所述电极片通电，从而避免了单纯依靠脑控信号来操作反馈仪主机时的误操作现象，此时，如果用户通过脑电控制器接收了肢体运动意图信息，即用户的脑部发出肢体运动意图信息后，还需要用户闭眼时间超过预定时间，才能使计算机控制所述反馈仪主机使所述电极片通电，所以相等于对用户的操作意图进行了再次确认，从而解决了现有脑控式肢体恢复训练系统误操作多、精准性差的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明的脑控式肢体恢复训练系统的示意简图；
图2为本发明的肌电生物反馈仪的示意简图；
图3为本发明的头套的示意简图；
图4为本发明的恢复座椅的示意简图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
附图标号说明：
标号 名称 标号 名称
1 脑电控制器 2 肌电生物反馈仪
3 计算机 4 人脸识别终端
21 反馈仪主机 22 电线
23 电极片 100 头套
101 头圈 102 耳部支撑架
103 刚性弧线杆 104 弹性延伸杆
200 恢复座椅 201 座椅本体
202 坐板 203 扶手
204 脚部支撑板
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
参见图1、2和3，根据本发明的一个方面，提供一种脑控式肢体恢复训练系统，其中，包括：脑电控制器1、肌电生物反馈仪2、安装有脑控软件的计算机3和信号连接于计算机3的人脸识别终端4，脑电控制器1和肌电生物反馈仪2分别与计算机3信号连接；脑电控制器1用于接收人体大脑发出的肢体运动意图信息，包括彼此信号连接的可穿戴脑电传感器(未图示)和无线通讯器(未图示)，无线通讯器与计算机3信号连接，脑电控制器1还包括用于安装可穿戴脑电传感器和人脸识别终端4的头套100；肌电生物反馈仪2用于作用于人体肢体，包括与计算机3信号连接的反馈仪主机21以及通过电线22电连接于反馈仪主机21并且用于连接人体肢体的电极片23，电极片23通电时可以电刺激人体肢体动作，计算机3用于运行脑控软件以能够根据可穿戴脑电传感器检测的脑控信号控制反馈仪主机21使电极片23通电；人脸识别终端4，用于接收人脸的变化信息，具体用于检测用户闭眼时间超过预定时间时发送预设信号至计算机3，以能够使计算机3同时接收到脑控信号和预设信号时控制反馈仪主机21使电极片23通电。注意：本申请的创新点在于脑电控制器1、肌电生物反馈仪2、安装有脑控软件的计算机3和人脸识别终端4的连接关系，而具体所需要用到的上述脑控软件、操作方法、获取方法和判断方法等均可以采用已知的技术和程序来实现，例如脑电控制器1用于接收人体大脑发出的肢体运动意图信息本身可以采用现有技术，具体可以通过脑信号采集仪采集用户脑电信号，利用小波分解得到于肢体运动对应的小波系数，计算每个小波系数的平方、平均值和能量相对变化值，利用已知算法得到运动想象脑部特征，利用支持向量机来辨识用户的肢体运动意图(例如左腿运动意图)，又例如人脸识别终端4可以通过简单的程序逻辑检测用户闭眼时间超过预定时间时发送预设信号至计算机3等等，这里不再赘述。
本申请通过使计算机3同时接收到脑控信号和预设信号时控制反馈仪主机21使电极片23通电，从而避免了单纯依靠脑控信号来操作反馈仪主机21时的误操作现象，此时，如果用户通过脑电控制器1接收了肢体运动意图信息，即用户的脑部发出肢体运动意图信息后，还需要用户闭眼时间超过预定时间，才能使计算机3控制反馈仪主机21使电极片23通电，所以相等于对用户的操作意图进行了再次确认，从而解决了现有脑控式肢体恢复训练系统误操作多、精准性差的问题。
根据本发明的优选实施方式，人脸识别终端4为具有人脸识别功能的手机。
此外，参见图3，头套100可以包括头圈101和从头圈101向下延伸的两个耳部支撑架102，可穿戴脑电传感器设置在头圈101部的内圈侧，且可穿戴脑电传感器具有脑电波采集电极。耳部支撑架102方便将头圈101支撑在用户的头部，而无需头圈101紧紧箍住用户的头部，从而可以给用户的头部带来良好的使用舒适感。
具体地，耳部支撑架102可以包括用于支撑在耳朵上部的刚性弧线杆103和连接于刚性弧线杆103两端的弹性延伸杆104，弹性延伸杆104一方面方便变形卡合于用户的耳朵两侧，另一方面可以弯折避让眼镜杆，方便特殊人群(近视患者)使用，更具体地，刚性弧线杆103可以是金属杆，弹性延伸杆104可以是套装在金属杆两端的塑料软胶管。
参见图4，根据本发明的优选实施方式，脑控式肢体恢复训练系可以包括恢复座椅200，方便用户坐着接受恢复训练，肌电生物反馈仪2可以安装在恢复座椅上。具体地，恢复座椅包括座椅本体201，以及连接于座椅本体201(例如座椅支撑柱)下部的脚部支撑板204、连接于座椅本体201中部的坐板202、连接座椅本体201两侧的扶手203，电极片23包括位于脚部支撑板204的上表面的第一电极片、位于扶手203的上表面的第二电极片、位于坐板202的上表面的第三电极片，第三电极片靠近坐板202前端。方便对用户的手臂、脚、大腿等部位进行电刺激操作。人脸识别终端4既可以安装在座椅本体201上，也可以安装在头圈101上。
需要说明的是，以上提到的信号连接可以是通过已知的蓝牙模块、WiFi模块等进行的无线连接，也可以通过已知的电线进行有线连接。这里不再赘述。
根据本发明的另一个方面，还提供一种脑控式肢体恢复训练系统的控制方法，其中，脑控式肢体恢复训练系统的控制方法包括如下步骤：
(1)通过脑电控制器1获取用户头部的脑电信号，当脑电控制器1检测到用户的肢体运动意图信号时，脑电控制器1将肢体运动意图信号发送至安装有脑控软件的计算机3；
(2)通过人脸识别终端4检测用户的脸部，当人脸识别终端4检测用户闭眼时间超过预定时间时发送预设信号(即反应用户闭眼时间超过预定时间的特定信号)至计算机3；
(3)当计算机3同时接收到脑控信号和预设信号时控制肌电生物反馈仪2的电极片23通电，以使通电的电极片23刺激用户的肢体运动，对应地，通过在对应的位置安装电极片23，可以通过电极片23电刺激用户的大腿、脚、手臂、手腕等部位。
当然，上述控制方法应属于本申请的另一个创新点，而并不应理解为现有技术。
优选地，预定时间为2s-3s，但本发明并不限于此，根据需要，适当地增加或减少该预定时间的时长也是可以的，也是受本发明保护的。
此外，作为本发明的一种优选实施方式，在步骤(2)中，
若人脸识别终端4开始检测用户脸部时用户为闭眼状态，则人脸识别终端4发出警报提醒用户睁眼，当用户睁眼之后再闭眼时，人脸识别终端4开始统计用户闭眼时间是否超过预定时间；
若人脸识别终端4开始检测用户脸部时用户为睁眼状态，则当用户之后闭眼时开始统计用户闭眼时间是否超过预定时间。如此一来，可以防止用户打瞌睡或无意闭眼时对肢体恢复训练精确度的干扰。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种脑控式肢体恢复训练系统，其特征在于，包括：脑电控制器、肌电生物反馈仪、安装有脑控软件的计算机和信号连接于所述计算机的人脸识别终端，所述脑电控制器和肌电生物反馈仪分别与所述计算机信号连接；
所述脑电控制器，包括彼此信号连接的可穿戴脑电传感器和无线通讯器，所述无线通讯器与所述计算机信号连接，所述脑电控制器还包括用于安装所述可穿戴脑电传感器和人脸识别终端的头套；
所述肌电生物反馈仪包括与所述计算机信号连接的反馈仪主机以及电连接于所述反馈仪主机并且用于连接人体肢体的电极片，所述计算机用于运行所述脑控软件以能够根据可穿戴脑电传感器检测的脑控信号控制所述反馈仪主机使所述电极片通电；
所述人脸识别终端，用于检测用户闭眼时间超过预定时间时发送预设信号至所述计算机，以能够使所述计算机同时接收到所述脑控信号和预设信号时控制所述反馈仪主机使所述电极片通电。
2.根据权利要求1所述的脑控式肢体恢复训练系统，其特征在于，所述人脸识别终端为具有人脸识别功能的手机。
3.根据权利要求1所述的脑控式肢体恢复训练系统，其特征在于，所述头套包括头圈和从所述头圈向下延伸的两个耳部支撑架，所述可穿戴脑电传感器设置在所述头圈部的内圈侧，且所述可穿戴脑电传感器具有脑电波采集电极。
4.根据权利要求3所述的脑控式肢体恢复训练系统，其特征在于，所述耳部支撑架包括刚性弧线杆和连接于所述刚性弧线杆两端的弹性延伸杆。
5.根据权利要求1至4中任意一项所述的脑控式肢体恢复训练系统，其特征在于，所述脑控式肢体恢复训练系包括恢复座椅，所述肌电生物反馈仪安装在所述恢复座椅上。
6.根据权利要求5所述的脑控式肢体恢复训练系统，其特征在于，所述恢复座椅包括座椅本体，以及连接于所述座椅本体下部的脚部支撑板、连接于所述座椅本体中部的坐板、连接所述座椅本体两侧的扶手，所述电极片包括位于所述脚部支撑板的上表面的第一电极片、位于所述扶手的上表面的第二电极片、位于所述坐板的上表面的第三电极片，所述第三电极片靠近所述坐板前端。
7.一种脑控式肢体恢复训练系统的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)通过脑电控制器获取用户头部的脑电信号，当检测到用户的肢体运动意图信号时，将所述肢体运动意图信号发送至安装有脑控软件的计算机；
(2)通过人脸识别终端检测所述用户的脸部，当检测用户闭眼时间超过预定时间时发送预设信号至所述计算机；
(3)当所述计算机同时接收到所述脑控信号和预设信号时控制肌电生物反馈仪的电极片通电，以使通电的电极片刺激所述用户的肢体运动。
8.根据权利要求7所述的脑控式肢体恢复训练系统的控制方法，其特征在于，所述预定时间为2s-3s。
9.根据权利要求7所述的脑控式肢体恢复训练系统的控制方法，其特征在于，在所述步骤(2)中，
若所述人脸识别终端开始检测所述用户脸部时所述用户为闭眼状态，则所述人脸识别终端发出警报提醒用户睁眼，当所述用户睁眼之后再闭眼时，所述人脸识别终端开始统计所述用户闭眼时间是否超过预定时间；
若所述人脸识别终端开始检测所述用户脸部时所述用户为睁眼状态，则当所述用户之后闭眼时开始统计所述用户闭眼时间是否超过预定时间。
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