CN113332101A - 基于脑机接口的康复训练装置的控制方法和装置 - Google Patents
基于脑机接口的康复训练装置的控制方法和装置 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种基于脑机接口的康复训练装置的控制方法，包括通过所述控制模块控制所述刺激模块播放引导刺激信息，通过所述视觉信息采集模块采集使用者的视觉信息并传输给所述控制模块，通过所述脑电信息采集模块采集使用者的脑电信号并传输给所述控制模块，所述控制模块接收所述脑电信号和所述视觉信息并进行分析处理后向所述气压调节组件发送运动指令，所述气压调节组件根据所述运动指令调节所述气动组件内的气压，使所述穿戴装置带动使用者的手部进行屈曲运动或伸展运动，使得可以充分提高使用者的参与意识和主动康复效果，而且意图识别更加准确，识别率更高，可靠性更强。本发明还提供了一种基于脑机接口的康复训练装置。
Description
技术领域
本发明涉及康复训练技术领域，尤其涉及一种基于脑机接口的康复训练装置的控制方法和装置。
背景技术
脑卒中是由于脑部血液供应障碍，导致脑组织发生缺血、缺氧性病变或死亡，且出现相应神经功能受损表现，最终会造成运动、言语、吞咽、感觉、认知等功能障碍。由于手部结构较为复杂，脑卒中后的手功能障碍是较常见也是较难恢复的功能障碍。现有的手功能障碍恢复装置一般只能提供被动康复训练或者简单的镜像康复训练，动作和训练模式单一，使用者的参与感较差。
随着科技的进步，脑机接口技术也开始应用于部分康复设备中，脑机接口技术通过检测使用者的脑部信号，以判断使用者的意图，而实现控制康复设备进行运动。这种控制方法可以提高使用者的沉浸感和参与感，使用者可以通过自主意识进行自主控制，并加快其脑部神经和手功能的恢复速度。但是由于人体脑部神经运动和脑电信号较为复杂，目前的脑机接口技术能够识别到的脑电信号和人体意图较少。同时，目前的脑电信号识别存在识别率低、容易误识别等缺点，在利用脑机技术控制康复设备进行康复运动的过程中，存在一定的风险，因此现在的脑机接口技术在康复工程领域应用较少，主要依靠被动康复训练，使用者参与感差，康复效果不好；而且目前利用脑机技术控制康复设备，存在识别率不高、可识别意图少、误识别率高、可靠性较差的缺点，容易在使用过程中对使用者造成肢体伤害。
公开号为CN109166612B的中国专利公开了一种基于眼动及脑电信号的大型游戏场景康复系统及方法，包括脑电电极、机械外骨骼、显示屏、眼动仪和控制摇杆及BCI判断按键装置，脑电电极设置在使用者的头顶，机械外骨骼设置在使用者的患侧，机械外骨骼上设置有触物感振子模块，控制摇杆及BCI判断按键装置设置在使用者的健侧，显示屏设置在使用者的前方，与计算机连接，眼动仪设置在显示屏上，通过健侧和患侧配合完成康复大型游戏。但是该发明需要借助健侧手来操作控制摇杆及BCI判断按键装置，而对于两只手均为患侧手的使用者而言，该康复系统显然不适用。
因此，有必要提供一种新型的基于脑机接口的康复训练装置的控制方法和装置以解决现有技术中存在的上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于脑机接口的康复训练装置的控制方法和装置，以解决脑电信号识别存在识别率低、容易误识别、可靠性较差等缺点。
为实现上述目的，本发明的所述基于脑机接口的康复训练装置的控制方法，包括以下步骤：
S0：提供刺激模块、脑电信息采集模块、视觉信息采集模块、控制模块和康复装置，所述康复装置包括气压调节组件和穿戴装置，所述穿戴装置穿戴于使用者的手部，所述穿戴装置上设有气动组件；
S1：通过所述控制模块控制所述刺激模块播放引导刺激信息；
S2：通过所述视觉信息采集模块采集使用者的视觉信息并传输给所述控制模块，通过所述脑电信息采集模块采集使用者的脑电信号并传输给所述控制模块；
S3：所述控制模块接收所述脑电信号和所述视觉信息并进行分析处理后向所述气压调节组件发送运动指令；
S4：所述气压调节组件根据所述运动指令调节所述气动组件内的气压，使所述穿戴装置带动使用者的手部进行屈曲运动或伸展运动。
本发明的所述基于脑机接口的康复训练装置的控制方法的有益效果在于：通过S1：通过所述控制模块控制所述刺激模块播放引导刺激信息，S2：通过所述视觉信息采集模块采集使用者的视觉信息并传输给所述控制模块，通过所述脑电信息采集模块采集使用者的脑电信号并传输给所述控制模块，S3：所述控制模块接收所述脑电信号和所述视觉信息并进行分析处理后向所述气压调节组件发送运动指令，S4：所述气压调节组件根据所述运动指令调节所述气动组件内的气压，使所述穿戴装置带动使用者的手部进行屈曲运动或伸展运动，通过采集使用者的脑电信号和视觉信息而实现对康复装置进行自主独立控制，使得可以充分提高使用者的参与意识和主动康复效果，而且相比于单纯利用脑机技术进行控制的康复装置，本发明的意图识别更加准确，识别率更高，可靠性更强。
优选的，所述步骤S1中的所述引导刺激信息包括图片信息、视频信息、语音提示信息和文字信息中的至少一种。其有益效果在于：通过图片信息、视频信息、语音提示信息和文字信息中的至少一种，以提醒使用者想象图片信息、视频信息、语音提示信息和文字信息中的至少一种的动作，从而诱发产生脑电信号，提示信息更加丰富，使用者参与度更强。
优选的，所述步骤S3中，所述控制模块接收所述脑电信号和所述视觉信息并进行分析处理的步骤包括：S31：所述控制模块对接收的所述脑电信号和所述视觉信息进行有效性判断。其有益效果在于：判断使用者真实意图，减少误识别率，提高可靠性，避免在使用过程中对使用者造成肢体伤害。
优选的，所述步骤S31还包括，当所述控制模块判断所述脑电信号和所述视觉信息均为有效信息后，选取所述脑电信号作为决策信息以向所述气压调节组件发送运动指令。其有益效果在于：脑电信号识别精度更高，更有利于实现更加自然的神经回路重建，从而促进中风使用者运动、感觉及认知上的康复。
优选的，所述步骤S31还包括，当所述控制模块判断所述脑电信号和所述视觉信息中的任意一个为有效信息后，选取所述有效信息作为决策信息以向所述气压调节组件发送运动指令。其有益效果在于：使得相比于单纯利用脑电信号进行控制的康复装置，本发明的意图识别更加准确，识别率更高，可靠性更强。
优选的，所述步骤S0和步骤S1之间还包括建立个人脑电信号模型的步骤。其有益效果在于：建立个人脑电信号模型以为实时采集的脑电信号提供参考对比数据，使得减少了误识别率，提高了可靠性，避免了在使用过程中对使用者造成肢体伤害，针对不同的使用者建立更符合使用者个人的个人脑电信号模型，脑电信号的识别精度和可靠性更高，可对比性更强。
优选的，所述建立个人脑电信号模型的步骤包括：
S101：所述视觉刺激信息播放伸展引导刺激信息；
S102：所述脑电信息采集模块采集使用者产生的伸展脑电信号以建立个人伸展脑电信号模型。其有益效果在于：针对使用者进行手部伸展运动建立个人伸展脑电信号模型，以提高脑电信号的采集识别精度和可靠性。
优选的，所述建立个人脑电信号模型的步骤包括：
S111：所述视觉刺激信息播放屈曲引导刺激信息；
S112：所述脑电信息采集模块采集使用者产生的屈曲脑电信号以建立个人屈曲脑电信号模型。其有益效果在于：针对使用者进行手部屈曲运动建立个人屈曲脑电信号模型，以提高脑电信号的采集识别精度和可靠性。
优选的，所述步骤S31中，所述控制模块对接收的所述脑电信号进行有效性判断包括步骤：S311：所述控制模块接收所述脑电信息采集模块在第一预设时间内采集的所述脑电信号，并调用所述个人脑电信号模型中的数据与接收的所述脑电信号比对以进行有效性判断。其有益效果在于：建立个人脑电信号模型以为实时采集的脑电信号提供参考对比数据，使得减少了误识别率，提高了可靠性，避免了在使用过程中对使用者造成肢体伤害。
优选的，所述引导刺激信息包括图像或视频对应的坐标位置信息，所述视觉信息包括视点位置信息，所述步骤S31中，所述控制模块对接收的所述视觉信息进行有效性判断包括步骤：S312：所述控制模块接收视觉信息采集模块在第一预设时间内实时采集的所述视点位置信息，再将接收的所述视点位置信息与所述坐标位置信息比对以进行有效性判断。其有益效果在于：使得减少了误识别率，提高了可靠性，避免了在使用过程中对使用者造成肢体伤害。
优选的，所述步骤S312之后进行步骤：S313：所述控制模块判断所述视点位置信息与所述坐标位置信息重合的视点停留时间，并选取所述视点停留时间大于等于第二预设时间的所述视觉信息为有效信息。其有益效果在于：使得减少了误识别率，提高了可靠性，避免了在使用过程中使用者视点位置波动造成误触发，降低对使用者造成肢体伤害。
优选的，所述控制模块包括模式选择单元，所述步骤S1中，通过所述控制模块控制所述刺激模块播放引导刺激信息的步骤包括：
S11：通过所述模式选择单元将使用者选择的训练模式信息传输给所述控制模块；
S12：所述控制模块根据所述训练模式信息控制所述刺激模块播放与使用者选择的训练模式信息相对应的引导刺激信息。其有益效果在于：使得使用者能根据使用者选择的训练模式进行对应动作的康复训练，康复训练的针对性更强，训练效果更好，实现了自主独立控制，可以充分提高使用者的参与意识和主动康复效果。
优选的，所述引导刺激信息包括具有若干不同坐标位置值的图片信息，所述步骤S0和所述S1之间还包括视点校准的步骤，所述视点校准的步骤包括：
S01：通过所述控制模块控制所述刺激模块顺次播放若干所述图片信息；
S02：通过所述视觉信息采集模块采集使用者观看若干所述图片信息的视觉信息并传输给所述控制模块；
S03：所述控制模块将接收的所述视觉信息的视点位置信息与所述图片信息的坐标位置值进行重合比对。其有益效果在于：用于在检测过程中更加准确得到使用者的视觉信息，使得减少了误识别率，提高了可靠性，避免了在使用过程中对使用者造成肢体伤害。
优选的，所述控制模块包括存储模块，所述存储模块中预存有与所述视觉刺激信息相对应的训练模式，所述步骤S31执行完毕后执行步骤S32；所述步骤S32包括：所述控制模块根据播放的所述引导刺激信息向所述气压调节组件发送运动指令，以驱动所述穿戴装置带动使用者的手部在进行与播放的所述引导刺激信息相对应的训练模式的运动指令下运动。其有益效果在于：使得使用者能根据使用者选择的训练模式进行对应动作的康复训练，康复训练的针对性更强，训练效果更好，实现了自主独立控制，可以充分提高使用者的参与意识和主动康复效果。
优选的，所述视觉刺激模块包括显示模块，所述康复训练装置还包括手部运动检测模块，所述手部运动检测模块设置于所述穿戴装置，所述步骤S4之后还包括步骤：
S41：所述手部运动检测模块检测所述穿戴装置的运动状态并传输给所述控制模块；
S42：所述控制模块接收所述运动状态并与所述训练模式中的预设运动状态对比后向所述显示模块发送比对结果；
S43：所述显示模块显示所述比对结果。其有益效果在于：实时反馈训练效果，避免了在使用过程中对使用者造成肢体伤害，而且可以根据所述穿戴装置的实时运动状态而调整训练强度，保证了训练强度不会超出手部负荷而导致手部出现损伤，同时也可以通过调节训练模式而将训练强度调节达到理想负荷，以满足不同的手部训练强度要求，达到更好的训练效果；通过所述手部运动检测模块而反馈所述手部动作信息，使得使用者能实时得到训练反馈结果，提高了使用者自主训练的积极性，训练的依从性高。
优选的，所述手部运动检测模块包括弯曲传感器和气压监测装置中的至少一种，所述弯曲传感器检测所述穿戴装置的运动角度并发送给所述控制模块；所述气压监测装置检测所述穿戴装置内的气压值并发送给所述控制模块。其有益效果在于：检测精度高，使得使用者能实时得到训练反馈结果，提高了使用者自主训练的积极性，训练的依从性高。
优选的，本发明还提供一种基于脑机接口的康复训练装置，用于执行所述的康复训练装置的控制方法，所述康复训练装置包括刺激模块、脑电信息采集模块、视觉信息采集模块、控制模块和康复装置，所述康复装置包括气压调节组件和穿戴装置，所述穿戴装置穿戴于使用者的手部，所述穿戴装置上设有气动组件；
所述刺激模块用于播放引导刺激信息；
所述脑电信息采集模块用于采集使用者的脑电信号并传输给所述控制模块；
所述视觉信息采集模块用于采集使用者的视觉信息并传输给所述控制模块；
所述控制模块用于控制所述刺激模块播放引导刺激信息，以及接收所述脑电信号和所述视觉信息并进行分析处理后向所述气压调节组件发送运动指令；
所述气压调节组件用于根据所述运动指令调节所述气动组件内的气压，使所述穿戴装置带动使用者的手部进行屈曲运动或伸展运动。
本发明的所述基于脑机接口的康复训练装置有益效果在于：通过所述康复训练装置包括刺激模块、脑电信息采集模块、视觉信息采集模块、控制模块和康复装置，所述康复装置包括气压调节组件和穿戴装置，所述穿戴装置穿戴于使用者的手部，所述穿戴装置上设有气动组件，所述刺激模块用于播放引导刺激信息，所述脑电信息采集模块用于采集使用者的脑电信号并传输给所述控制模块，所述视觉信息采集模块用于采集使用者的视觉信息并传输给所述控制模块，所述控制模块用于控制所述刺激模块播放引导刺激信息，以及接收所述脑电信号和所述视觉信息并进行分析处理后向所述气压调节组件发送运动指令，所述气压调节组件用于根据所述运动指令调节所述气动组件内的气压，使所述穿戴装置带动使用者的手部进行屈曲运动或伸展运动，通过采集使用者的脑电信号和视觉信息而实现对康复装置进行自主独立控制，使得可以充分提高使用者的参与意识和主动康复效果，而且相比于单纯利用脑电进行控制的康复装置，本发明的意图识别更加准确，识别率更高，可靠性更强。
附图说明
图1为本发明实施例的基于脑机接口的康复训练装置的控制方法的流程示意图；
图2为本发明实施例的第一种康复训练装置的结构框图；
图3为本发明实施例的第二种康复训练装置的结构框图；
图4为本发明实施例的第三种康复训练装置的结构框图；
图5为本发明实施例的第四种康复训练装置的结构框图；
图6为本发明实施例的第五种康复训练装置的结构框图；
图7为本发明实施例中穿戴装置处于屈曲工况的示意图；
图8为本发明实施例中穿戴装置处于伸展工况的示意图；
图9为本发明的实施例中进行视点校准时显示装置播放的图片的位置的示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的附图，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。除非另外定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本文中使用的“包括”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。
图1为本发明实施例的基于脑机接口的康复训练装置的控制方法的流程示意图。
针对现有技术存在的问题，本发明的实施例提供了一种基于脑机接口的康复训练装置的控制方法，参照图1，包括以下步骤：
S0：提供刺激模块、脑电信息采集模块、视觉信息采集模块、控制模块和康复装置，所述康复装置包括气压调节组件和穿戴装置，所述穿戴装置穿戴于使用者的手部，所述穿戴装置上设有气动组件；
S1：通过所述控制模块控制所述刺激模块播放引导刺激信息；
S2：通过所述视觉信息采集模块采集使用者的视觉信息并传输给所述控制模块，通过所述脑电信息采集模块采集使用者的脑电信号并传输给所述控制模块；
S3：所述控制模块接收所述脑电信号和所述视觉信息并进行分析处理后向所述气压调节组件发送运动指令；
S4：所述气压调节组件根据所述运动指令调节所述气动组件内的气压，使所述穿戴装置带动使用者的手部进行屈曲运动或伸展运动。
本发明实施例通过采集使用者的脑电信号和视觉信息而实现对康复装置进行自主独立控制，使得可以充分提高使用者的参与意识和主动康复效果，而且相比于单纯利用脑电进行控制的康复装置，本发明的意图识别更加准确，识别率更高，可靠性更强。
本发明的一些实施例中，所述步骤S1中的所述引导刺激信息包括图片信息、视频信息、语音提示信息和文字信息中的至少一种，所述图片信息、所述视频信息和所述文字信息中的任意一种以视觉方式呈现生物运动范式以诱导所述主动运动意念，从而在使用者的脑区产生对应的脑电信号，所述语音提示信息以声音的方式提醒使用者想象与语音播报的信息对应的动作，从而诱发产生脑电信号。具体所述引导刺激信息诱发使用者产生脑电信号为本领域的公知常识，在此不再赘述。
图2为本发明实施例的第一种康复训练装置的结构框图。
本发明的一些实施例中，提供一种基于脑机接口的康复训练装置，用于执行所述的康复训练装置的控制方法，参考图2，所述康复训练装置包括刺激模块1、脑电信息采集模块2、视觉信息采集模块3、控制模块4和康复装置5，所述康复装置5包括气压调节组件51和穿戴装置52，所述穿戴装置52穿戴于使用者的手部，所述穿戴装置52上设有气动组件(图中未标示)；
所述刺激模块1用于播放引导刺激信息；
所述脑电信息采集模块2用于采集使用者的脑电信号并传输给所述控制模块4；
所述视觉信息采集模块3用于采集使用者的视觉信息并传输给所述控制模块4；
所述控制模块4用于控制所述刺激模块1播放引导刺激信息，以及接收所述脑电信号和所述视觉信息并进行分析处理后向所述气压调节组件51发送运动指令；
所述气压调节组件51用于根据所述运动指令调节所述气动组件(图中未标示)内的气压，使所述穿戴装置52带动使用者的手部进行屈曲运动或伸展运动。
本发明的一些具体实施例中，所述刺激模块为显示装置，所述显示装置为显示屏、电脑显示屏、触摸显示屏、液晶显示设备、虚拟现实VR设备、增强现实AR设备和3D成像显示设备中的至少一种。
本发明的一些具体实施例中，所述脑电信息采集模块为脑电电极、脑电头环、多导联干电极电帽、盐水电极脑电帽和多导联湿电极脑电帽中的至少一种。
本发明的一些实施例中，所述脑电信息采集模块采集用户的脑电信号并基于脑电信号计算脑参与度指标，以使所述控制模块根据脑参与度指标生成运动指令，所述基于脑电信号计算脑参与度指标包括：对脑电信号进行独立分量分析消噪处理，滤除眨眼和低频噪声干扰，得到预处理信号；利用无限脉冲响应数字滤波器将预处理信号进行带通滤波；计算带通滤波后每一频率段的符号化样本熵，将符号化样本熵输入至预设的特征加权支持向量机(Support Vector Machine，SVM)分类器中，计算得到脑参与度指标。具体的，所述基于脑电信号计算脑参与度指标为本领域的常规手段，在此不再赘述。
本发明的另一些实施例中，所述脑电信息采集模块在用户的多个脑区采集对应的多个脑电信号，并从所述多个脑电信号中提取对应的多个意念特征；所述意念特征包括运动想象意念特征、注意力强度意念特征和视觉诱发意念特征，再还将所述运动想象意念特征、所述注意力强度意念特征和所述视觉诱发意念特征进行加权平均计算，并将计算结果作为脑参与度指标，或将所述运动想象意念特征和所述视觉诱发意念特征进行加权平均计算，并将计算结果作为脑参与度指标；以使所述控制模块基于所述脑参与度指标和/或输入指令生成训练控制参数。具体的，所述基于脑电信号计算脑参与度指标为本领域的常规手段，在此不再赘述。
本发明的一些具体实施例中，所述视觉信息采集模块为眼动仪。
本发明的一些具体实施例中，所述视觉信息采集模块为红外视觉采集装置。
本发明的一些具体实施例中，所述康复装置中的所述气压调节组件通过气管组件与气动组件连接，所述气压调节组件与控制模块连接。驱动所述气动组件运动的所述气压调节组件包括气泵、控制阀、以及气路系统等组件，所述气压调节组件为本领域的常规手段，在此不做赘述。
本发明的一些实施例中，所述步骤S3中，所述控制模块接收所述脑电信号和所述视觉信息并进行分析处理的步骤包括：S31：所述控制模块对接收的所述脑电信号和所述视觉信息进行有效性判断，以减少误识别率，提高可靠性，避免在使用过程中对使用者造成肢体伤害。
本发明的一些实施例中，所述步骤S31还包括，当所述控制模块判断所述脑电信号和所述视觉信息均为有效信息后，选取所述脑电信号作为决策信息以向所述气压调节组件发送运动指令，脑电信号识别精度更高，更有利于实现更加自然的神经回路重建，从而促进脑卒中使用者运动、感觉及认知上的康复。
本发明的一些实施例中，所述步骤S31还包括，当所述控制模块判断所述脑电信号和所述视觉信息中的任意一个为有效信息后，选取所述有效信息作为决策信息以向所述气压调节组件发送运动指令，使得相比于单纯利用脑电信号进行控制的康复装置，本发明的意图识别更加准确，识别率更高，可靠性更强。
图3为本发明实施例的第二种康复训练装置的结构框图。
本发明的一些实施例中，参考图2和图3，图3所示的康复训练装置与图2所示的康复训练装置的区别在于：图3所示的康复训练装置还包括个人脑电信号模型6，所述个人脑电信号模型6分别与所述脑电信息采集模块2和所述控制模块4连接，所述个人脑电信号模型6用于储存所述脑电信息采集模块采集的使用者的脑电信号。本发明的一些具体实施例中，所述个人脑电信号模型6存储于所述脑电信息采集模块2中。本发明的另一些具体实施例中，所述个人脑电信号模型6存储于所述控制模块4中。
本发明的一些实施例中，所述步骤S0和步骤S1之间还包括建立个人脑电信号模型的步骤，建立个人脑电信号模型以为实时采集的脑电信号提供参考对比数据，使得减少了误识别率，提高了可靠性，避免了在使用过程中对使用者造成肢体伤害，针对不同的使用者建立更符合使用者个人的个人脑电信号模型，脑电信号的识别精度和可靠性更高，可对比性更强。
本发明的一些实施例中，所述脑电头环包括所述脑电信息采集模块和脑电控制模块，所述个人脑电信号模型设置于所述脑电头环中，所述步骤S2中，通过所述脑电信息采集模块采集使用者的脑电信号并通过所述脑电控制模块实时与所述个人脑电信号模型中预储存的使用者的所述脑电信息进行有效性判断，最后所述脑电控制模块将比对结果传输给所述控制模块。
本发明的一些实施例中，所述个人脑电信号模型设置于所述控制模块中，所述步骤S2中，通过所述脑电信息采集模块采集使用者的脑电信号并发送给所述控制模块，所述控制模块将所述脑电信息采集模块采集的脑电信号与所述个人脑电信号模型中预储存的使用者的所述脑电信息进行有效性判断并得到比对结果。
本发明的一些实施例中，所述步骤S31中，所述控制模块对接收的所述脑电信号进行有效性判断包括步骤：
S311：所述控制模块接收所述脑电信息采集模块在第一预设时间内采集的所述脑电信号，并调用所述个人脑电信号模型中的数据与接收的所述脑电信号比对以进行有效性判断。
本发明的一些实施例中，所述建立个人脑电信号模型的步骤包括：
S101：所述视觉刺激信息播放伸展引导刺激信息；
S102：所述脑电信息采集模块采集使用者产生的伸展脑电信号以建立个人伸展脑电信号模型。
本发明的一些实施例中，所述建立个人脑电信号模型的步骤包括：
S111：所述视觉刺激信息播放屈曲引导刺激信息；
S112：所述脑电信息采集模块采集使用者产生的屈曲脑电信号以建立个人屈曲脑电信号模型。
本发明的一些实施例中，所述引导刺激信息包括图像或视频对应的坐标位置信息，所述视觉信息包括视点位置信息，所述步骤S31中，所述控制模块对接收的所述视觉信息进行有效性判断包括步骤：
S312：所述控制模块接收视觉信息采集模块在第一预设时间内实时采集的所述视点位置信息，再将接收的所述视点位置信息与所述坐标位置信息比对以进行有效性判断。使得减少了误识别率，提高了可靠性，避免了在使用过程中对使用者造成肢体伤害。
本发明的一些实施例中，所述步骤S312之后进行步骤：
S313：所述控制模块判断所述视点位置信息与所述坐标位置信息重合的视点停留时间，并选取所述视点停留时间大于等于第二预设时间的所述视觉信息为有效信息。使得减少了误识别率，提高了可靠性，避免了在使用过程中对使用者造成肢体伤害。
图4为本发明实施例的第三种康复训练装置的结构框图。
本发明的一些实施例中，参考图2和图4，图4所示的康复训练装置与图2所示的康复训练装置的区别在于：图4所示的康复训练装置还包括模式选择单元7，所述模式选择单元7与所述控制模块4连接，所述模式选择单元7用于供使用者选择训练模式，并将使用者选择的训练模式信息传输给所述控制模块4。
本发明的一些实施例中，所述模式选择单元7为手柄或按键，所述按键包括实体按键或虚拟按键，如可以通过显示装置的显示界面的虚拟按键进行模式选择。
本发明的一些实施例中，所述控制模块包括模式选择单元，所述步骤S1中，通过所述控制模块控制所述刺激模块播放引导刺激信息的步骤包括：
S11：通过所述模式选择单元将使用者选择的训练模式信息传输给所述控制模块；
S12：所述控制模块根据所述训练模式信息控制所述刺激模块播放与使用者选择的训练模式信息相对应的引导刺激信息。
本发明的一些实施例中，所述引导刺激信息包括具有若干不同坐标位置值的图片信息，所述步骤S0和所述S1之间还包括视点校准的步骤，所述视点校准的步骤包括步骤：
S01：通过所述控制模块控制所述刺激模块顺次播放若干所述图片信息；
S02：通过所述视觉信息采集模块采集使用者观看若干所述图片信息的视觉信息并传输给所述控制模块；
S03：所述控制模块将接收的所述视觉信息的视点位置信息与所述图片信息的坐标位置值进行重合比对。
图5为本发明实施例的第四种康复训练装置的结构框图。
本发明的一些实施例中，参考图2和图5，图5所示的康复训练装置与图2所示的康复训练装置的区别在于：图5所示的康复训练装置还包括存储模块8，所述存储模块8与所述控制模块4连接，所述存储模块中预存有与所述视觉刺激信息相对应的训练模式。
本发明的一些实施例中，所述控制模块包括存储模块，所述存储模块中预存有与所述视觉刺激信息相对应的训练模式，所述步骤S31执行完毕后执行步骤S32；所述步骤S32包括：所述控制模块根据播放的所述引导刺激信息向所述气压调节组件发送运动指令，以驱动所述穿戴装置带动使用者的手部在进行与播放的所述引导刺激信息相对应的训练模式的运动指令下运动。
图6为本发明实施例的第五种康复训练装置的结构框图。
本发明的一些实施例中，参考图2和图6，图6所示的康复训练装置与图2所示的康复训练装置的区别在于：图6所示的康复训练装置还包括显示模块9和手部运动检测模块10，所述显示模块9与所述控制模块4连接，所述显示模块9用于显示所述控制模块4发送的信息，所述手部运动检测模块10与所述控制模块4连接，所述手部运动检测模块10设置于所述穿戴装置52以检测所述穿戴装置52的实时运动状态，并将所述实时运动状态传输给所述控制模块4。
本发明的一些实施例中，所述视觉刺激模块包括显示模块，所述康复训练装置还包括手部运动检测模块，所述手部运动检测模块设置于所述穿戴装置，所述步骤S4之后还包括步骤：
S41：所述手部运动检测模块检测所述穿戴装置的运动状态并传输给所述控制模块；
S42：所述控制模块接收所述运动状态并与所述训练模式中的预设运动状态对比后向所述显示模块发送比对结果；
S43：所述显示模块显示所述比对结果。
本发明的一些实施例中，所述手部运动检测模块包括弯曲传感器和气压监测装置中的至少一种，所述弯曲传感器检测所述穿戴装置的运动角度并发送给所述控制模块；所述气压监测装置检测所述穿戴装置内的气压值并发送给所述控制模块。
本发明的一些具体实施例中，所述气压调节组件调节所述气动组件内的气压是通过控制所述气压调节组件向所述气动组件的充气或抽气而实现。
本发明的另一些具体实施例中，所述气压调节组件调节所述气动组件内的气压是通过控制所述气压调节组件向所述气动组件的充气量而实现，如通过控制所述气压调节组件中的电磁阀和气路而进行调节。
本发明的一些实施例中，所述穿戴装置为绑带、指套或手套等结构。
本发明的一些实施例中，所述气动组件为伸缩组件，所述伸缩组件包括气管和波纹管，所述气管和所述波纹管交替连接，且所述波纹管与使用者的手指关节对应设置，所述伸缩组件体积小、重量轻，适合辅助使用者进行手指屈曲和伸展运动训练，能有效提高训练效果。
图7为本发明实施例中穿戴装置处于屈曲工况的示意图；图8为本发明的实施例穿戴装置处于伸展工况的示意图。
本发明的一些实施例中，参考图7和图8，所述穿戴装置呈手套形状，所述气动组件具体包括固定在所述穿戴装置上的连接气管110和波纹管120以及气管组件(图中未标示)，所述连接气管110和所述波纹管120构成一套气动组件(图中未标示)。所述穿戴装置的每根手指上均设有一套气动组件(图中未标示)，且每套气动组件(图中未标示)通过气管组件(图中未标示)分别连接所述气压调节组件(图中未标示)。所述波纹管120设置于所述穿戴装置的每个关节处，相邻所述波纹管120之间通过所述连接气管110贯穿连接。当所述波纹管120被充气时，所述波纹管120的内部气压增大，所述波纹管120的长度变大，呈拉伸状态，使设置穿戴装置的手指呈屈曲工况，如图7所示。当所述波纹管120被抽气时，所述波纹管120的内部气压减小，所述波纹管120的长度变小，呈压缩状态，使设置穿戴装置的手指呈伸展工况，如图8所示。本发明的一些优选实施例中，所述穿戴装置初始状态时处于伸展工况，当所述穿戴装置刚启动时，所述控制部驱动所述气压调节组件向所述气动组件(图中未标示)抽气，所述波纹管120的内部气压减小，所述波纹管120的长度变小，呈压缩状态，使所述波纹管120为伸展工况，所述穿戴装置的每根手指伸直，此时，所述穿戴装置的穿戴阻力大幅度减小，便于使用者穿戴所述穿戴装置。
所述训练模式包括屈曲运动模式、伸展运动模式，先进行屈曲运动再进行伸展运动模式、以及先进行伸展运动再进行屈曲运动模式中的至少一种，
所述训练模式为伸展运动模式，与之对应的所述引导刺激信息为伸展图像信息，所述伸展运动模式为：所述穿戴装置的初始状态为手部屈曲状态，所述气压调节组件根据所述运动指令向所述气动组件内输送负压，使所述穿戴装置带动使用者的手部进行伸展运动；
所述训练模式为屈曲运动模式，与之对应的所述引导刺激信息为屈曲图像信息，所述屈曲运动模式为：所述穿戴装置的初始状态为手部伸展状态，所述气压调节组件根据所述气压调节指令向所述气动组件内的输送正压，使所述穿戴装置带动使用者的手部进行屈曲运动。
所述先进行伸展运动再进行屈曲运动模式为：所述引导刺激信息为伸展图像信息，所述控制模块控制所述康复装置先按所述伸展运动模式进行手部康复训练，所述穿戴装置带动使用者的手部进行伸展运动第三预设时间后，所述控制模块自动控制所述气压调节组件向所述气动组件内的输送正压，使所述穿戴装置带动使用者的手部进行屈曲运动恢复到所述手部屈曲状态。所述第三预设时间可根据实际情况实时调整。
所述先进行屈曲运动再进行伸展运动模式为：所述引导刺激信息为屈曲图像信息，所述控制模块控制所述康复装置先按所述屈曲运动模式进行手部康复训练，所述穿戴装置带动使用者的手部进行屈曲运动第四预设时间后，所述控制模块自动控制所述气压调节组件向所述气动组件内的输送负压，使所述穿戴装置带动使用者的手部进行伸展运动恢复到手部伸展状态。所述第四预设时间可根据实际情况实时调整。
图9为本发明的实施例中进行视点校准时显示装置播放的图片的位置的示意图。
本发明的一些具体实施例中，使用者康复训练的过程包括步骤：
200：使用者穿戴脑电头环，眼动仪安装于显示装置的下方；
210：使用者在所述显示装置上进行训练模式选择，如使用者选择屈曲运动模式进行手部的屈曲训练；
220：建立个人屈曲脑电信号模型；
221：所述显示装置播放手部屈曲的图片或视频，并语音播报提醒使用者进行手部屈曲；
222：使用者想象手部屈曲动作，使用者健侧手部进行屈曲动作，以帮助使用者进行想象，此时所述脑电头环实时记录使用者的脑电信号和状态；
223：所述显示装置停止播放手部屈曲的图片或视频，并语音播报提醒使用者放松停止想象手部屈曲动作，此时所述脑电头环实时记录使用者的脑电信号和状态，完成一轮个人屈曲脑电信号采集；
224：多次循环所述步骤222和步骤223至指定次数后完成脑电信号模型建立；所述指定次数可根据实际情况实时调整。
230：进行视点校准；
231：通过所述显示装置播放具有若干不同坐标位置值的图片，具体的，参考图9，使播放的图片在所述显示装置100中的位置依次为第一位置101、第二位置102、第三位置103、第四位置104、第五位置105、第六位置106、第七位置107、第八位置108、第九位置109；
232：通过所述眼动仪采集使用者校准过程中的视点位置信息，再与播放的图片的坐标位置值进行比对以完成校准。
240：进行手部康复训练；
241：气压调节组件控制康复手套处于伸展状态，所述显示装置播放手部屈曲的图片或视频，并语音播报提醒使用者根据提示音观察对应动作的图片或视频，同时，健侧手做对应屈曲动作，以进一步帮助使用者进行想象；
242：通过所述脑电头环采集使用者的脑电信号并传输给所述控制部，通过所述眼动仪采集使用者的视觉信息并传输给所述控制部；
243：所述控制部进行有效性判断，具体为，控制部接收使用者第一预设时间内的脑电信号和视觉信息，其中控制部判断视觉信息中的视点位置信息与图像或视频对应的坐标位置信息重合且所述视点位置信息与所述坐标位置信息重合的视点停留时间大于第二预设时间则认为该视觉信息是有效性信息，控制部将实时采集的该脑电信号与所述个人屈曲脑电信号模型中的数据比对并进行有效性判断；所述第一预设时间和所述第二预设时间可根据实际情况实时调整，且所述第一预设时间的时长大于所述第二预设时间的时长；
244：第一预设时间结束后，当判断只有脑电信号是有效性信息时，控制部根据所述脑电信号向所述气压调节组件发送运动指令，所述气压调节组件根据所述运动指令调节所述气动组件内的气压，使所述康复手套带动使用者的手部进行屈曲运动。
虽然在上文中详细说明了本发明的实施方式，但是对于本领域的技术人员来说显而易见的是，能够对这些实施方式进行各种修改和变化。但是，应理解，这种修改和变化都属于权利要求书中所述的本发明的范围和精神之内。而且，在此说明的本发明可有其它的实施方式，并且可通过多种方式实施或实现。
Claims (17)
1.一种基于脑机接口的康复训练装置的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S0：提供刺激模块、脑电信息采集模块、视觉信息采集模块、控制模块和康复装置，所述康复装置包括气压调节组件和穿戴装置，所述穿戴装置穿戴于使用者的手部，所述穿戴装置上设有气动组件；
S1：通过所述控制模块控制所述刺激模块播放引导刺激信息；
S2：通过所述视觉信息采集模块采集使用者的视觉信息并传输给所述控制模块，通过所述脑电信息采集模块采集使用者的脑电信号并传输给所述控制模块；
S3：所述控制模块接收所述脑电信号和所述视觉信息并进行分析处理后向所述气压调节组件发送运动指令；
S4：所述气压调节组件根据所述运动指令调节所述气动组件内的气压，使所述穿戴装置带动使用者的手部进行屈曲运动或伸展运动。
2.根据权利要求1所述的基于脑机接口的康复训练装置的控制方法，其特征在于，所述步骤S1中的所述引导刺激信息包括图片信息、视频信息、语音提示信息和文字信息中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的基于脑机接口的康复训练装置的控制方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述控制模块接收所述脑电信号和所述视觉信息并进行分析处理的步骤包括：
S31：所述控制模块对接收的所述脑电信号和所述视觉信息进行有效性判断。
4.根据权利要求3所述的基于脑机接口的康复训练装置的控制方法法，其特征在于，所述步骤S31还包括，所述控制模块判断所述脑电信号和所述视觉信息均为有效信息后，选取所述脑电信号作为决策信息以向所述气压调节组件发送运动指令。
5.根据权利要求3所述的基于脑机接口的康复训练装置的控制方法，其特征在于，所述步骤S31还包括，所述控制模块判断所述脑电信号和所述视觉信息中的一个为有效信息后，选取所述有效信息作为决策信息以向所述气压调节组件发送运动指令。
6.根据权利要求3所述的基于脑机接口的康复训练装置的控制方法，其特征在于，所述步骤S0和步骤S1之间还包括建立个人脑电信号模型的步骤。
7.根据权利要求6所述的基于脑机接口的康复训练装置的控制方法，其特征在于，所述建立个人脑电信号模型的步骤包括：
S101：所述视觉刺激信息播放伸展引导刺激信息；
S102：所述脑电信息采集模块采集使用者产生的伸展脑电信号以建立个人伸展脑电信号模型。
8.根据权利要求6所述的基于脑机接口的康复训练装置的控制方法，其特征在于，所述建立个人脑电信号模型的步骤包括：
S111：所述视觉刺激信息播放屈曲引导刺激信息；
S112：所述脑电信息采集模块采集使用者产生的屈曲脑电信号以建立个人屈曲脑电信号模型。
9.根据权利要求6所述的基于脑机接口的康复训练装置的控制方法，其特征在于，所述步骤S31中，所述控制模块对接收的所述脑电信号进行有效性判断包括步骤：
S311：所述控制模块接收所述脑电信息采集模块在第一预设时间内采集的所述脑电信号，并调用所述个人脑电信号模型中的数据与接收的所述脑电信号比对以进行有效性判断。
10.根据权利要求3所述的基于脑机接口的康复训练装置的控制方法，其特征在于，所述引导刺激信息包括图像或视频对应的坐标位置信息，所述视觉信息包括视点位置信息，所述步骤S31中，所述控制模块对接收的所述视觉信息进行有效性判断包括步骤：
S312：所述控制模块接收视觉信息采集模块在第一预设时间内实时采集的所述视点位置信息，再将接收的所述视点位置信息与所述坐标位置信息比对以进行有效性判断。
11.根据权利要求10所述的基于脑机接口的康复训练装置的控制方法，其特征在于，所述步骤S312之后进行步骤：
S313：所述控制模块判断所述视点位置信息与所述坐标位置信息重合的视点停留时间，并选取所述视点停留时间大于等于第二预设时间的所述视觉信息为有效信息。
12.根据权利要求2所述的基于脑机接口的康复训练装置的控制方法，其特征在于，所述控制模块包括模式选择单元，所述步骤S1中，通过所述控制模块控制所述刺激模块播放引导刺激信息的步骤包括：
S11：通过所述模式选择单元将使用者选择的训练模式信息传输给所述控制模块；
S12：所述控制模块根据所述训练模式信息控制所述刺激模块播放与使用者选择的训练模式信息相对应的引导刺激信息。
13.根据权利要求1所述的基于脑机接口的康复训练装置的控制方法，其特征在于，所述引导刺激信息包括具有若干不同坐标位置值的图片信息，所述步骤S0和所述S1之间还包括视点校准的步骤，所述视点校准的步骤包括：
S01：通过所述控制模块控制所述刺激模块顺次播放若干所述图片信息；
S02：通过所述视觉信息采集模块采集使用者观看若干所述图片信息的视觉信息并传输给所述控制模块；
S03：所述控制模块将接收的所述视觉信息的视点位置信息与所述图片信息的坐标位置值进行重合比对。
14.根据权利要求3所述的基于脑机接口的康复训练装置的控制方法，其特征在于，所述控制模块包括存储模块，所述存储模块中预存有与所述视觉刺激信息相对应的训练模式，所述步骤S31执行完毕后执行步骤S32；
所述步骤S32包括：所述控制模块根据播放的所述引导刺激信息向所述气压调节组件发送运动指令，以驱动所述穿戴装置带动使用者的手部在与播放的所述引导刺激信息相对应的训练模式下运动。
15.根据权利要求14所述的基于脑机接口的康复训练装置的控制方法，其特征在于，所述视觉刺激模块包括显示模块，所述康复训练装置还包括手部运动检测模块，所述手部运动检测模块设置于所述穿戴装置，所述步骤S4之后还包括步骤：
S41：所述手部运动检测模块检测所述穿戴装置的运动状态并传输给所述控制模块；
S42：所述控制模块接收所述运动状态并与所述训练模式中的预设运动状态对比后向所述显示模块发送比对结果；
S43：所述显示模块显示所述比对结果。
16.根据权利要求15所述的基于脑机接口的康复训练装置的控制方法，其特征在于，所述手部运动检测模块包括弯曲传感器和气压监测装置中的至少一种，所述弯曲传感器检测所述穿戴装置的运动角度并发送给所述控制模块；所述气压监测装置检测所述穿戴装置内的气压值并发送给所述控制模块。
17.一种基于脑机接口的康复训练装置，其特征在于，用于执行如权利要求1-16任意一项所述的基于脑机接口的康复训练装置的控制方法，所述康复训练装置包括刺激模块、脑电信息采集模块、视觉信息采集模块、控制模块和康复装置，所述康复装置包括气压调节组件和穿戴装置，所述穿戴装置穿戴于使用者的手部，所述穿戴装置上设有气动组件；
所述刺激模块用于播放引导刺激信息；
所述脑电信息采集模块用于采集使用者的脑电信号并传输给所述控制模块；
所述视觉信息采集模块用于采集使用者的视觉信息并传输给所述控制模块；
所述控制模块用于控制所述刺激模块播放引导刺激信息，以及接收所述脑电信号和所述视觉信息并进行分析处理后向所述气压调节组件发送运动指令；
所述气压调节组件用于根据所述运动指令调节所述气动组件内的气压，使所述穿戴装置带动使用者的手部进行屈曲运动或伸展运动。
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