CN111544882A - 一种基于脑机接口的新型脑卒中下肢主动康复系统及应用 - Google Patents

一种基于脑机接口的新型脑卒中下肢主动康复系统及应用 Download PDF

Info

Publication number
CN111544882A
CN111544882A CN202010364717.XA CN202010364717A CN111544882A CN 111544882 A CN111544882 A CN 111544882A CN 202010364717 A CN202010364717 A CN 202010364717A CN 111544882 A CN111544882 A CN 111544882A
Authority
CN
China
Prior art keywords
electrical stimulation
brain
module
leg
support
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202010364717.XA
Other languages
English (en)
Inventor
高忠科
刘明旭
芮林格
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tianjin University
Original Assignee
Tianjin University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tianjin University filed Critical Tianjin University
Priority to CN202010364717.XA priority Critical patent/CN111544882A/zh
Publication of CN111544882A publication Critical patent/CN111544882A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63B—APPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
    • A63B71/00—Games or sports accessories not covered in groups A63B1/00 - A63B69/00
    • A63B71/06—Indicating or scoring devices for games or players, or for other sports activities
    • A63B71/0619—Displays, user interfaces and indicating devices, specially adapted for sport equipment, e.g. display mounted on treadmills
    • A63B71/0622—Visual, audio or audio-visual systems for entertaining, instructing or motivating the user
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N1/00—Electrotherapy; Circuits therefor
    • A61N1/18—Applying electric currents by contact electrodes
    • A61N1/32—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents
    • A61N1/36—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents for stimulation
    • A61N1/36014—External stimulators, e.g. with patch electrodes
    • A61N1/3603—Control systems
    • A61N1/36031—Control systems using physiological parameters for adjustment
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63B—APPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
    • A63B21/00—Exercising apparatus for developing or strengthening the muscles or joints of the body by working against a counterforce, with or without measuring devices
    • A63B21/00181—Exercising apparatus for developing or strengthening the muscles or joints of the body by working against a counterforce, with or without measuring devices comprising additional means assisting the user to overcome part of the resisting force, i.e. assisted-active exercising
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63B—APPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
    • A63B23/00—Exercising apparatus specially adapted for particular parts of the body
    • A63B23/035—Exercising apparatus specially adapted for particular parts of the body for limbs, i.e. upper or lower limbs, e.g. simultaneously
    • A63B23/04—Exercising apparatus specially adapted for particular parts of the body for limbs, i.e. upper or lower limbs, e.g. simultaneously for lower limbs
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63B—APPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
    • A63B71/00—Games or sports accessories not covered in groups A63B1/00 - A63B69/00
    • A63B71/06—Indicating or scoring devices for games or players, or for other sports activities
    • A63B71/0619—Displays, user interfaces and indicating devices, specially adapted for sport equipment, e.g. display mounted on treadmills
    • A63B71/0622—Visual, audio or audio-visual systems for entertaining, instructing or motivating the user
    • A63B2071/0625—Emitting sound, noise or music
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63B—APPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
    • A63B2210/00—Space saving
    • A63B2210/02—Space saving incorporated in chairs
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63B—APPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
    • A63B2213/00—Exercising combined with therapy
    • A63B2213/004—Exercising combined with therapy with electrotherapy
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63B—APPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
    • A63B2230/00—Measuring physiological parameters of the user
    • A63B2230/08—Measuring physiological parameters of the user other bio-electrical signals
    • A63B2230/10—Measuring physiological parameters of the user other bio-electrical signals electroencephalographic signals
    • A63B2230/105—Measuring physiological parameters of the user other bio-electrical signals electroencephalographic signals used as a control parameter for the apparatus

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Orthopedic Medicine & Surgery (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physical Education & Sports Medicine (AREA)
  • Physiology (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Rehabilitation Tools (AREA)
  • Measurement And Recording Of Electrical Phenomena And Electrical Characteristics Of The Living Body (AREA)

Abstract

一种基于脑机接口的新型脑卒中下肢主动康复系统，包括分别与上位机相连的脑电信号采集部分、神经肌肉电刺激支架和界面显示，界面显示提示被试者进行腿部运动想象，脑电信号采集部分采集被试者的同步脑电信号，并通过无线传输将数据传输到上位机，上位机一方面通过界面显示游戏画面，以视觉听觉提示推进患者的训练过程，同时用于接收脑电信号进而解码患者运动意图，发送到神经肌肉电刺激支架，并将神经肌肉电刺激支架反馈的腿部运动状态通过界面显示进行显示。神经肌肉电刺激支架通过机械外力和电刺激共同辅助患者进行肢体运动。本发明通过引入运动想象脑电信号，以实现患者的主动训练，激发患者兴趣，大幅度提高临床脑卒中下肢康复的效果和效率。

Description

一种基于脑机接口的新型脑卒中下肢主动康复系统及应用
技术领域
本发明涉及一种下肢主动康复系统。特别是涉及一种基于脑机接口的新型脑卒中下肢主动康复系统及应用。
背景技术
脑卒中是一种急性脑血管疾病，是由于脑部血管突然破裂或因血管阻塞导致血液不能流入大脑而引起脑组织损伤的一组疾病。调查显示，城乡合计脑卒中已成为我国第一位死亡原因，也是中国成年人残疾的首要原因，脑卒中具有发病率高、死亡率高和致残率高的特点。脑卒中可以引发多种脑功能障碍，尤其是患者的肢体运动功能的受损甚至丧失，极大地影响患者的日常生活能力。康复机器人与传统的医疗康复具有无可比拟的优势。在康复机器人训练过程中，不仅能够体现训练参数和指标，产生足够客观的康复评价指标，有利于后续更加深入的研究；而且使用康复机器人进行康复治疗能减少人力成本的投入，减轻患者对家庭和社会带来的负担。
然而，国内外现有的下肢康复系统仍然存在很多缺点和不足。其中，最主要的方面是现有的康复系统多为被动训练，缺乏主动康复训练。康复机械装置是穿戴式，相当于是机械装置绑着患者的肢体进行康复运动，患者的参与感不强，训练效率很低，无法激发患者运动的兴趣。
运动想象指大脑想象肢体运动而不执行实际肢体动作。其心理或思维认知过程与真实执行动作时所激活的脑区有着高度的重叠性，所激活脑区的神经元活动与执行真实动作时所产生的信息特征有着高度的相关性。因此，通过基于运动想象的脑机接口技术与康复训练融合的方式可实现主动康复训练，以改善患者的运动功能。运动想象疗法已成为卒中患者运动康复治疗方法的重要新进展之一，是一种很有前途的康复治疗方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够辅助患者进行肢体运动，以大幅度提高临床脑卒中肢体康复的效果和效率的基于脑机接口的新型脑卒中下肢主动康复系统及应用。
本发明所采用的技术方案是：一种基于脑机接口的新型脑卒中下肢主动康复系统，包括上位机，还设置有分别与所述上位机相连的脑电信号采集部分、神经肌肉电刺激支架和界面显示，其中，所述界面显示提示被试者进行腿部运动想象，所述脑电信号采集部分采集被试者的同步脑电信号，并通过无线传输将数据传输到所述上位机，所述上位机根据被试者的同步脑电信号控制所述神经肌肉电刺激支架辅助被试者进行肢体运动，并将神经肌肉电刺激支架反馈的腿部运动状态通过界面显示进行显示。
所述的脑电信号采集部分是由脑电极帽和脑电信号采集设备构成，所述的脑电信号采集设备包括有用于提供电源的电源模块、生物电信号采集模块、第一无线通信模块和第一ARM微处理器，其中，所述生物电信号采集模块通过脑电帽转接线与脑电极帽连接，用于采集被试者的同步脑电信号，送入第一ARM微处理器，所述第一ARM微处理器用于对生物电信号采集模块和第一无线通信模块进行初始化和控制，并将所接收到的被试者的同步脑电信号通过第一无线通信模块发送给上位机。
所述的上位机，包括有依次串接的用于接收所述脑电信号采集部分所发送的脑电信号的数据接收模块，用于进行二进制到十进制的转换和多通道数据切分的数据转换模块，用于对脑电信号进行滤波预处理、特征提取和模式识别的信号解码模块，以及用于发送指令控制神经肌肉电刺激支架辅助被试者进行肢体运动的指令发送模块，所述的上位机还设置有机械装置数据交互模块，用于对神经肌肉电刺激支架进行初始参数的设置，以及接收神经肌肉电刺激支架反馈回的腿部运动状态信息，并送入界面显示进行显示。
所述信号解码模块进行特征提取采用共空间模式或时频分解。
所述信号解码模块进行模式识别采用线性判别分析或支持向量机。
所述的神经肌肉电刺激支架包括有：座椅主体，所述的上位机通过上位机支架设置在座椅主体上，所述座椅主体上在用于支撑被试者的坐位的前端两侧对应被试者的两条腿分别铰接设置有用于辅助被试者进行肢体运动以及对被试者的腿部进行神经肌肉电刺激的机械腿，所述坐位的下面设置有分别与所述的上位机和机械腿通过导线相连的控制电路，所述的控制电路根据接收到的上位机控制指令控制驱动所述机械腿的动作，同时将被试者腿部运动状态反馈给上位机。
所述的机械腿包括有用于支撑被试者大腿的机械腿上支撑板、用于支撑被试者小腿的机械腿下支撑板，连接在所述机械腿上支撑板和机械腿下支撑板之间用于带动被试者腿部弯曲、同时反馈腿部运动状态的伺服电机，所述机械腿上支撑板和机械腿下支撑板上分别设置有用于固定大腿或小腿的固定绑带，所述的机械腿上支撑板和机械腿下支撑板以及所连接的固定绑带上分别设置有用于对被试者的大腿和小腿的神经肌肉进行电刺激的电刺激触点，所述电刺激触点通过导线与控制电路相连。
所述的控制电路包括有：第二ARM微处理器，分别与所述第二ARM微处理器相连的第二无线通信模块和电刺激信号发生模块，所述的第二ARM微处理器还连接机械腿中的伺服电机，所述电刺激信号发生模块分别连接设置在机械腿上支撑板和机械腿下支撑板以及所述的固定绑带上的电刺激触点，其中，所述的第二ARM微处理器通过所述的第二无线通信模块接收所述上位机的控制信号分别控制所述伺服电机带动腿部弯曲和控制电刺激信号发生模块驱动所述的电刺激触点产生电刺激脉冲，同时，所述的第二ARM微处理器还通过所述的第二无线通信模块将腿部弯曲状态反馈到上位机。
所述被试者腿部的弯曲角度为0～100度。
一种基于脑机接口的新型脑卒中下肢主动康复系统的应用，包括如下步骤：
1)被试者将需要康复训练的肢体通过固定绑带固定在神经肌肉电刺激支架的机械腿上支撑板和机械腿下支撑板上，同时佩戴好脑电极帽；
2)打开上位机，提示界面显示在显示屏上，并将显示屏放置于被试者正前方舒适的位置上；
3)设置神经肌肉电刺激支架的参数，其中包括电刺激脉冲的频率、脉宽、强度和作用时间，并选择辅助运动或阻碍运动及强度；等待神经肌肉电刺激支架初始化过程完成；
4)康复系统进入康复训练过程，被试者根据系统的语音和视觉提示进行相应肢体动作的想象，系统采集并解码被试者的运动意图，进而驱动神经肌肉电刺激支架辅助被试者运动，同时腿部运动状态会反馈到上位机，并通过界面显示进行显示。
本发明的一种基于脑机接口的新型脑卒中下肢主动康复系统及应用，基于运动想象范式，将脑机接口与脑卒中康复系统融合，构建一整套脑卒中下肢主动康复系统，通过对患者运动想象脑电信号的采集以及解码患者的运动意图，控制神经肌肉电刺激支架，辅助患者进行肢体运动，以实现脑卒中患者的主动康复训练，增强了患者的参与度，提高了康复训练的准确度和效率，从而大幅度提高临床脑卒中肢体康复的效果和效率。
附图说明
图1是本发明一种基于脑机接口的新型脑卒中下肢主动康复系统的构成框图；
图2是本发明中脑电信号采集设备的构成框图；
图3是本发明中脑电极示意图；
图4是本发明中上位机控制模块的框图；
图5是本发明中神经肌肉电刺激支架的结构示意图；
图6是本发明中机械腿的结构示意图；
图7是本发明神经肌肉电刺激支架中控制电路的构成框图。
图中
1：上位机 1.1：数据接收模块
1.2：数据转换模块 1.3：信号解码模块
1.4：指令发送模块 1.5：机械装置数据交互模块
2：脑电信号采集部分 2.1：脑电极帽
2.2：脑电信号采集设备 2.2.1：电源模块
2.2.2：生物电信号采集模块 2.2.3：无线通信模块
2.2.4：第一ARM微处理器 3：神经肌肉电刺激支架
3.1：座椅主体 3.2：上位机支架
3.3：坐位 3.4：坐位机械腿
3.4.1：机械腿上支撑板 3.4.2：机械腿下支撑板
3.4.3：固定绑带 3.4.4：电刺激触点
3.4.5：伺服电机 3.5：第二ARM微处理器
3.6：第二无线通信模块 3.7：电刺激信号发生模块
4：界面显示
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明的一种基于脑机接口的新型脑卒中下肢主动康复系统及应用做出详细说明。
本发明的一种基于脑机接口的新型脑卒中下肢主动康复系统，通过对被试者运动想象脑电信号的采集以及解码，控制神经肌肉电刺激支架，辅助被试者进行肢体运动，以大幅度提高临床脑卒中肢体康复的效果和效率。
如图1所示，本发明的一种基于脑机接口的新型脑卒中下肢主动康复系统，包括上位机1，还设置有分别与所述上位机1相连的脑电信号采集部分2、神经肌肉电刺激支架3和界面显示4，其中，所述界面显示4提示被试者进行腿部运动想象，所述脑电信号采集部分2采集被试者的同步脑电信号，并通过无线传输将数据传输到所述上位机1，所述上位机1根据被试者的同步脑电信号控制所述神经肌肉电刺激支架3辅助被试者进行肢体运动，并将神经肌肉电刺激支架3反馈的腿部运动状态通过界面显示4进行显示。
上位机1根据康复训练项目产生对应的运动视觉提示，以提示被试者进行相应动作的想象。同时，所述的脑电信号采集部分2采集被试者的同步脑电信号，并通过无线传输将数据传输到所述上位机1；所述上位机1接受到脑电信号后根据脑电信号得到被试者的运动意图。所述的神经肌肉电刺激支架3接收到上位机1控制信号后按照预设的内部电路产生电刺激信号，以辅助被试者进行肢体运动。
所述的脑电信号采集部分2是由脑电极帽2.1和脑电信号采集设备2.2构成，所述的脑电信号采集设备2.2通过脑电帽转接线与脑电极帽2.1连接，用于生物电信号的采集和传输。所述的脑电帽转接线采用国际标准的1.5mm孔式插口。如图2所示，所述的脑电信号采集设备2.2包括有用于提供电源的电源模块2.2.1、生物电信号采集模块2.2.2、第一无线通信模块2.2.3和第一ARM微处理器2.2.4，其中，所述生物电信号采集模块2.2.2包括可编程增益放大器和24位精度的AD转换器，通过脑电帽转接线与脑电极帽2.1连接，用于采集被试者的同步脑电信号，送入第一ARM微处理器2.2.4，所述第一ARM微处理器2.2.4选择STM32F4系列，为整个系统的控制核心，用于整个系统的事件调度，其中包括对生物电信号采集模块2.2.2和第一无线通信模块2.2.3进行初始化和控制，并将所接收到的被试者的同步脑电信号通过第一无线通信模块2.2.3发送给上位机1，所述第一无线通信模块2.2.3采用M8266WIFI模块，将采集到的脑电数据发送至上位机1，采用SPI通信控制以满足大数量的传输。
如图3所示，所述的脑电极帽2.1具有37个电极，其中4个电极为HEOL、HEOR、VEOL和VEOU眼电电极，1个电极为设备参考电极GND，32个电极为遵循国际10-20系统分布的脑电电极和耳后参考电极A1、A2。
如图4所示，所述的上位机1是采用计算机或笔记本电脑，用于提示被试者进行运动想象，接收采集到的运动想象信号并进行实时解码，以及与神经肌肉电刺激支架3进行数据交互。包括有依次串接的用于采用TCP协议接收所述脑电信号采集部分2所发送的脑电信号的二进制数据接收模块1.1，用于进行二进制到十进制的转换和多通道数据切分的数据转换模块1.2，用于对脑电信号进行滤波预处理、特征提取和模式识别的信号解码模块1.3，随着被试者的使用，信号解码模块1.3根据被试者的新增数据定期更新，以提升解码效果并使脑电信号解码算法符合脑电信号特征的变化。以及用于采用TCP协议发送指令控制神经肌肉电刺激支架3辅助被试者进行肢体运动的指令发送模块1.4，所述的上位机1还设置有机械装置数据交互模块1.5，用于对神经肌肉电刺激支架3进行初始参数的设置，以及接收神经肌肉电刺激支架3反馈回的腿部运动状态信息，并送入界面显示4进行显示，界面显示4用于提示被试者进行运动想象并显示被试者的腿部状态。其中，
所述信号解码模块1.3进行特征提取可采用共空间模式(CSP)或时频分解。
所述信号解码模块1.3进行模式识别可采用线性判别分析(LDA)或支持向量机(SVM)。
如图5所示，所述的神经肌肉电刺激支架3包括有：座椅主体3.1，所述的上位机1通过上位机支架3.2设置在座椅主体3.1上，所述座椅主体3.1上在用于支撑被试者的坐位3.3的前端两侧对应被试者的两条腿分别铰接设置有用于辅助被试者进行肢体运动以及对被试者的腿部进行神经肌肉电刺激的机械腿3.4，所述坐位3.3的下面设置有分别与所述的上位机1和机械腿3.4通过导线相连的控制电路(图中未示出)，所述的控制电路根据接收到的上位机1控制指令控制驱动所述机械腿3.4的动作，同时将被试者腿部运动状态反馈给上位机1。
如图6所示，所述的机械腿3.4包括有用于支撑被试者大腿的机械腿上支撑板3.4.1、用于支撑被试者小腿的机械腿下支撑板3.4.2，连接在所述机械腿上支撑板3.4.1和机械腿下支撑板3.4.2之间用于带动被试者腿部弯曲、同时反馈腿部运动状态的伺服电机3.4.5，所述被试者腿部的弯曲角度为0～100度。所述机械腿上支撑板3.4.1和机械腿下支撑板3.4.2上分别设置有用于固定大腿或小腿的固定绑带3.4.3，所述的机械腿上支撑板3.4.1和机械腿下支撑板3.4.2以及所连接的固定绑带3.4.3上分别设置有用于对被试者的大腿和小腿的神经肌肉进行电刺激，辅助被试者进行腿部的屈伸运动的电刺激触点3.4.4，所述电刺激触点3.4.4通过导线与控制电路相连。
如图7所示，所述的控制电路用于接收控制指令并控制机械腿3.4运动和产生电刺激脉冲，同时检测腿部状态反馈回上位机。所述的控制电路包括有：第二ARM微处理器3.5，分别与所述第二ARM微处理器3.5相连的第二无线通信模块3.6和电刺激信号发生模块3.7，所述的第二ARM微处理器3.5还连接机械腿3.4中的伺服电机3.4.5，所述电刺激信号发生模块3.7分别连接设置在机械腿上支撑板3.4.1和机械腿下支撑板3.4.2以及所述的固定绑带3.4.3上的电刺激触点3.4.4，其中，所述的第二ARM微处理器3.5通过所述的第二无线通信模块3.6接收所述上位机1的控制信号分别控制所述伺服电机3.4.5带动腿部弯曲和控制电刺激信号发生模块3.7驱动所述的电刺激触点3.4.4产生电刺激脉冲，同时，所述的第二ARM微处理器3.5还通过所述的第二无线通信模块3.6将腿部弯曲状态反馈到上位机1。
所述的机械腿运动幅度调节范围为0-100度，具有力学阈值保护、张开角度限制功能，避免对被试者肢体造成二次伤害；同时所述的机械腿可选择辅助运动或阻碍运动，以适应不同康复时期的被试者的需要。
本发明的一种基于脑机接口的新型脑卒中下肢主动康复系统的应用，包括如下步骤：
1)被试者将需要康复训练的肢体通过固定绑带固定在神经肌肉电刺激支架的机械腿上支撑板和机械腿下支撑板上，同时佩戴好脑电极帽；
2)打开上位机，提示界面显示在显示屏上，并将显示屏放置于被试者正前方舒适的位置上；
3)设置神经肌肉电刺激支架的参数，其中包括电刺激脉冲的频率、脉宽、强度和作用时间，并选择辅助运动或阻碍运动及强度；等待神经肌肉电刺激支架初始化过程完成；
4)康复系统进入康复训练过程，被试者根据系统的语音和视觉提示进行相应肢体动作的想象，系统采集并解码被试者的运动意图，进而驱动神经肌肉电刺激支架辅助被试者运动，同时腿部运动状态会反馈到上位机，并通过界面显示进行显示。

Claims (10)

1.一种基于脑机接口的新型脑卒中下肢主动康复系统，包括上位机(1)，其特征在于，还设置有分别与所述上位机(1)相连的脑电信号采集部分(2)、神经肌肉电刺激支架(3)和界面显示(4)，其中，所述界面显示(4)提示被试者进行腿部运动想象，所述脑电信号采集部分(2)采集被试者的同步脑电信号，并通过无线传输将数据传输到所述上位机(1)，所述上位机(1)根据被试者的同步脑电信号控制所述神经肌肉电刺激支架(3)辅助被试者进行肢体运动，并将神经肌肉电刺激支架(3)反馈的腿部运动状态通过界面显示(4)进行显示。
2.根据权利要求1所述的一种基于脑机接口的新型脑卒中下肢主动康复系统，其特征在于，所述的脑电信号采集部分(2)是由脑电极帽(2.1)和脑电信号采集设备(2.2)构成，所述的脑电信号采集设备(2.2)包括有用于提供电源的电源模块(2.2.1)、生物电信号采集模块(2.2.2)、第一无线通信模块(2.2.3)和第一ARM微处理器(2.2.4)，其中，所述生物电信号采集模块(2.2.2)通过脑电帽转接线与脑电极帽(2.1)连接，用于采集被试者的同步脑电信号，送入第一ARM微处理器(2.2.4)，所述第一ARM微处理器(2.2.4)用于对生物电信号采集模块(2.2.2)和第一无线通信模块(2.2.3)进行初始化和控制，并将所接收到的被试者的同步脑电信号通过第一无线通信模块(2.2.3)发送给上位机(1)。
3.根据权利要求1所述的一种基于脑机接口的新型脑卒中下肢主动康复系统，其特征在于，所述的上位机(1)，包括有依次串接的用于接收所述脑电信号采集部分(2)所发送的脑电信号的数据接收模块(1.1)，用于进行二进制到十进制的转换和多通道数据切分的数据转换模块(1.2)，用于对脑电信号进行滤波预处理、特征提取和模式识别的信号解码模块(1.3)，以及用于发送指令控制神经肌肉电刺激支架(3)辅助被试者进行肢体运动的指令发送模块(1.4)，所述的上位机(1)还设置有机械装置数据交互模块(1.5)，用于对神经肌肉电刺激支架(3)进行初始参数的设置，以及接收神经肌肉电刺激支架(3)反馈回的腿部运动状态信息，并送入界面显示(4)进行显示。
4.根据权利要求3所述的一种基于脑机接口的新型脑卒中下肢主动康复系统，其特征在于，所述信号解码模块(1.3)进行特征提取采用共空间模式或时频分解。
5.根据权利要求3所述的一种基于脑机接口的新型脑卒中下肢主动康复系统，其特征在于，所述信号解码模块(1.3)进行模式识别采用线性判别分析或支持向量机。
6.根据权利要求1所述的一种基于脑机接口的新型脑卒中下肢主动康复系统，其特征在于，所述的神经肌肉电刺激支架(3)包括有：座椅主体(3.1)，所述的上位机(1)通过上位机支架(3.2)设置在座椅主体(3.1)上，所述座椅主体(3.1)上在用于支撑被试者的坐位(3.3)的前端两侧对应被试者的两条腿分别铰接设置有用于辅助被试者进行肢体运动以及对被试者的腿部进行神经肌肉电刺激的机械腿(3.4)，所述坐位(3.3)的下面设置有分别与所述的上位机(1)和机械腿(3.4)通过导线相连的控制电路，所述的控制电路根据接收到的上位机(1)控制指令控制驱动所述机械腿(3.4)的动作，同时将被试者腿部运动状态反馈给上位机(1)。
7.根据权利要求6所述的一种基于脑机接口的新型脑卒中下肢主动康复系统，其特征在于，所述的机械腿(3.4)包括有用于支撑被试者大腿的机械腿上支撑板(3.4.1)、用于支撑被试者小腿的机械腿下支撑板(3.4.2)，连接在所述机械腿上支撑板(3.4.1)和机械腿下支撑板(3.4.2)之间用于带动被试者腿部弯曲、同时反馈腿部运动状态的伺服电机(3.4.5)，所述机械腿上支撑板(3.4.1)和机械腿下支撑板(3.4.2)上分别设置有用于固定大腿或小腿的固定绑带(3.4.3)，所述的机械腿上支撑板(3.4.1)和机械腿下支撑板(3.4.2)以及所连接的固定绑带(3.4.3)上分别设置有用于对被试者的大腿和小腿的神经肌肉进行电刺激的电刺激触点(3.4.4)，所述电刺激触点(3.4.4)通过导线与控制电路相连。
8.根据权利要求6所述的一种基于脑机接口的新型脑卒中下肢主动康复系统，其特征在于，所述的控制电路包括有：第二ARM微处理器(3.5)，分别与所述第二ARM微处理器(3.5)相连的第二无线通信模块(3.6)和电刺激信号发生模块(3.7)，所述的第二ARM微处理器(3.5)还连接机械腿(3.4)中的伺服电机(3.4.5)，所述电刺激信号发生模块(3.7)分别连接设置在机械腿上支撑板(3.4.1)和机械腿下支撑板(3.4.2)以及所述的固定绑带(3.4.3)上的电刺激触点(3.4.4)，其中，所述的第二ARM微处理器(3.5)通过所述的第二无线通信模块(3.6)接收所述上位机(1)的控制信号分别控制所述伺服电机(3.4.5)带动腿部弯曲和控制电刺激信号发生模块(3.7)驱动所述的电刺激触点(3.4.4)产生电刺激脉冲，同时，所述的第二ARM微处理器(3.5)还通过所述的第二无线通信模块(3.6)将腿部弯曲状态反馈到上位机(1)。
9.根据权利要求7所述的一种基于脑机接口的新型脑卒中下肢主动康复系统，其特征在于，所述被试者腿部的弯曲角度为0～100度。
10.一种权利要求1所述的基于脑机接口的新型脑卒中下肢主动康复系统的应用，其特征在于，包括如下步骤：
1)被试者将需要康复训练的肢体通过固定绑带固定在神经肌肉电刺激支架的机械腿上支撑板和机械腿下支撑板上，同时佩戴好脑电极帽；
2)打开上位机，提示界面显示在显示屏上，并将显示屏放置于被试者正前方舒适的位置上；
3)设置神经肌肉电刺激支架的参数，其中包括电刺激脉冲的频率、脉宽、强度和作用时间，并选择辅助运动或阻碍运动及强度；等待神经肌肉电刺激支架初始化过程完成；
4)康复系统进入康复训练过程，被试者根据系统的语音和视觉提示进行相应肢体动作的想象，系统采集并解码被试者的运动意图，进而驱动神经肌肉电刺激支架辅助被试者运动，同时腿部运动状态会反馈到上位机，并通过界面显示进行显示。
CN202010364717.XA 2020-04-30 2020-04-30 一种基于脑机接口的新型脑卒中下肢主动康复系统及应用 Pending CN111544882A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010364717.XA CN111544882A (zh) 2020-04-30 2020-04-30 一种基于脑机接口的新型脑卒中下肢主动康复系统及应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010364717.XA CN111544882A (zh) 2020-04-30 2020-04-30 一种基于脑机接口的新型脑卒中下肢主动康复系统及应用

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN111544882A true CN111544882A (zh) 2020-08-18

Family

ID=71997756

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010364717.XA Pending CN111544882A (zh) 2020-04-30 2020-04-30 一种基于脑机接口的新型脑卒中下肢主动康复系统及应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111544882A (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113274032A (zh) * 2021-04-29 2021-08-20 上海大学 一种基于ssvep+mi脑机接口的脑卒中康复训练系统及方法
CN113995956A (zh) * 2021-11-30 2022-02-01 天津大学 基于肌电预期姿势调整的卒中电刺激训练意图识别方法
CN113996018A (zh) * 2021-10-25 2022-02-01 广州医科大学附属脑科医院 一种基于脑机接口的下肢屈髋训练装置
CN114305450A (zh) * 2022-01-07 2022-04-12 天津大学 一种识别下肢多关节运动想象的方法
CN115399787A (zh) * 2022-07-29 2022-11-29 山东海天智能工程有限公司 脑机接口和ar/vr交互技术相结合的康复训练系统

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104548347A (zh) * 2015-01-22 2015-04-29 天津大学 一种纯意念神经肌肉电刺激控制与神经功能评价系统
CN107315478A (zh) * 2017-07-05 2017-11-03 中国人民解放军第三军医大学 一种运动想象上肢智能康复机器人系统及其训练方法
CN108433722A (zh) * 2018-02-28 2018-08-24 天津大学 便携式脑电采集设备及其在ssvep和运动想象中的应用
CN109276808A (zh) * 2018-11-20 2019-01-29 广州市花都区人民医院 基于视频运动捕捉的多模态脑卒中上肢康复训练系统
KR102033517B1 (ko) * 2019-05-17 2019-10-18 가천대학교 산학협력단 뇌파측정과 vr 컨텐츠를 기초로 한 시니어 훈련 시스템
CN110547947A (zh) * 2019-09-10 2019-12-10 苏州合宏元智能科技有限公司 一种下肢康复训练机器人

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104548347A (zh) * 2015-01-22 2015-04-29 天津大学 一种纯意念神经肌肉电刺激控制与神经功能评价系统
CN107315478A (zh) * 2017-07-05 2017-11-03 中国人民解放军第三军医大学 一种运动想象上肢智能康复机器人系统及其训练方法
CN108433722A (zh) * 2018-02-28 2018-08-24 天津大学 便携式脑电采集设备及其在ssvep和运动想象中的应用
CN109276808A (zh) * 2018-11-20 2019-01-29 广州市花都区人民医院 基于视频运动捕捉的多模态脑卒中上肢康复训练系统
KR102033517B1 (ko) * 2019-05-17 2019-10-18 가천대학교 산학협력단 뇌파측정과 vr 컨텐츠를 기초로 한 시니어 훈련 시스템
CN110547947A (zh) * 2019-09-10 2019-12-10 苏州合宏元智能科技有限公司 一种下肢康复训练机器人

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113274032A (zh) * 2021-04-29 2021-08-20 上海大学 一种基于ssvep+mi脑机接口的脑卒中康复训练系统及方法
CN113996018A (zh) * 2021-10-25 2022-02-01 广州医科大学附属脑科医院 一种基于脑机接口的下肢屈髋训练装置
CN113995956A (zh) * 2021-11-30 2022-02-01 天津大学 基于肌电预期姿势调整的卒中电刺激训练意图识别方法
CN114305450A (zh) * 2022-01-07 2022-04-12 天津大学 一种识别下肢多关节运动想象的方法
CN114305450B (zh) * 2022-01-07 2023-09-19 天津大学 一种识别下肢多关节运动想象的方法
CN115399787A (zh) * 2022-07-29 2022-11-29 山东海天智能工程有限公司 脑机接口和ar/vr交互技术相结合的康复训练系统

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111544882A (zh) 一种基于脑机接口的新型脑卒中下肢主动康复系统及应用
CN107411935A (zh) 一种用于软体康复机械手的多模式脑机接口控制方法
CN112494276B (zh) 一种手部康复机器人系统
CN107440887A (zh) 全仿生类脑智能手部电子机械外骨骼及其综合控制系统
CN110136800A (zh) 一种结合经颅电流刺激的主动康复训练系统
CN106237510A (zh) 一种脑控主动下肢医疗康复训练系统
CN106267557A (zh) 一种基于小波变换和支持向量机辨识的脑控主动上肢医疗康复训练系统
CN105920735A (zh) 身心康复反馈训练装置
CN110908506B (zh) 仿生智能算法驱动的主被动一体化康复方法、装置、存储介质和设备
CN107583196A (zh) 一种基于肌电生物反馈的电刺激闭环系统
CN215960962U (zh) 一种神经电刺激上肢康复训练装置
CN113288719A (zh) 一种手功能康复软体机器人
CN208943270U (zh) 一种可调节的电刺激康复装置
CN111449651A (zh) 一种基于脑电信号监测和训练肌肉张力的系统及其方法
US20220296901A1 (en) Pairing vagus nerve stimulation with emg-controlled functional electrical stimulation to enhance neuroplasticity and recovery
CN202446674U (zh) 一种生物反馈治疗仪
CN209808926U (zh) 上肢手外骨骼康复机器人
CN201814993U (zh) 助力训练控制手柄
CN113069127A (zh) 一种全自动智能神经肌肉电生理检查设备及应用方法
CN202198971U (zh) 神经功能康复仪
CN217853783U (zh) 可移动脑机结合的带有镜像功能手部外骨骼主动康复系统
CN212630778U (zh) 一种基于脑电信号监测和训练肌肉张力的系统
CN215229880U (zh) 一种手功能康复软体机器人
CN215459883U (zh) 一种基于运动想象的康复训练系统
CN215309483U (zh) 一种轻度焦虑患者康复辅助装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20200818

RJ01 Rejection of invention patent application after publication