专利名称：基于脑机交互的损伤脑功能康复装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种康复工程技术领域的装置，特别是一种基于脑机交互的损伤 脑功能康复装置。
背景技术：
脑机交互技术形成于20世纪70年代，虽然国内外多个研究机构参与脑机交互技 术的研究，并做了大量的研究工作，但多数研究都集中在把脑机交互技术作为一种大脑与 外部设备直接交流的通道，而不是把脑机交互技术直接用于损伤脑的康复训练中。随着人口老龄化逐步加剧，脑卒中病人的数量也逐年增加。而在大多数情况下脑 卒中后会遗留下脑运动功能区的损伤，导致肢体部分功能的丧失与非正常化。另外偏瘫、脊 髓损伤，以及因意外事故造成的截瘫和肢体丧失等也是导致运动功能减弱或者运动能力丧 失的重要原因。从动物实验和临床医学上发现脑卒中后损伤或丧失的脑运动区功能在某种 程度上可以通过康复治疗恢复。目前在医院里对于脑运动功能的康复训练，都是由治疗师 帮助病人实现。一名治疗师需要负责多位病人的康复训练，这就很难有针对性的为每位病 人设定针对性的治疗方法与训练安排。特别是在家进行康复训练的病人，就没有了治疗师 的指导。所以迫切需要一种康复训练装置，可以让病人自主地进行训练，并且同时能给病人 的康复训练给出相应的指导。经文献检索发现，中国专利申请号CN02231315. X，专利名称脑血管病后遗症肢 体功能运动康复器。该专利属于一种肢体锻炼康复器材，通过肢体的锻炼，增强血液循环和 肌力来恢复运动功能。其不足之处是只考虑了肢体的锻炼，忽略了重要的脑区功能锻炼。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种基于脑机交互的损伤脑功能 康复装置。本发明借助脑机交互技术帮助患者恢复运动功能，以提高患者的独立运动能力。 同时，采用视、音、电刺激，刺激患者的感官和外周神经，加速患者的康复。本发明是通过以下的技术方案实现的本发明包括电极帽、EEG采集设备、识别器、虚拟现实渲染器、三维投影仪、投影 幕、功能性电刺激器、喇叭、显示器、计算机，电极帽固定在患者的头部，在电极与头皮之间 涂上导电膏，降低连接的阻抗(一般要求阻抗保持在5kQ以下)。电极帽通过集成电缆线连 接到EEG采集设备，采集到的脑电信号输入识别器进行分类处理，然后把分类处理结果信 息输送到虚拟现实渲染器，虚拟现实渲染器根据输入的结果信息渲染生成三维虚拟环境， 通过三维投影仪把生成的虚拟环境投影到投影幕上，投影幕逼真地显示虚拟环境给患者， 计算机连接显示器，显示器显示操作界面和激励、评估反馈信息，喇叭根据分类的结果给出 相应的声音刺激，同时功能性电刺激器用微电流刺激患者的受限肢体，使其患者的感官得 到全方位的刺激，提高康复疗效。EEG采集设备包括脑电放大器、稳压器、电源、同步器。市电先通过稳压器，起稳定电压的作用，然后连接到为脑电放大器和同步器供电的电源。电源有4路输出，可以分别 同时给4个设备供电，这里用到其中的两路输出，分别给脑电放大器和同步器供电。脑电放 大器采集到信号后先进行模数转换，转化为数字信号，然后进行50Hz的陷滤波，滤除工频 干扰。接着把信号输入到识别器中。所述的识别器先对输入的信号进行再一次的滤波，这次是带通滤波，主要保留表 征能力强的频带，消除高频干扰频带。然后基于PARAFAC分解，可以从时间、空间、频率等多 个模态上提取相关的投影模式，并通过投影计算得到脑电特征进行分类处理。所述的功能性电刺激器包括电极贴片、电脉冲产生器。电极贴片通过导线连接到 电脉冲产生器的输出端。电极与皮肤接触面涂有导电粘胶，降低与皮肤接触的阻抗，反面附 有绝缘材料，防止导电。计算机内置康复训练评估与激励系统和康复训练指导专家系统。康复训练评估与 激励系统通过康复过程中脑电信号变化特性来评估康复疗效。根据呈现的不同特性来判断 患者的康复程度。另外，系统可以根据康复评估的结果有选择的在显示器上显示激励信息， 以增强患者进行康复训练的毅力。康复训练指导专家系统可以给出患者训练的指导意见。 系统内设置了指导专家库，对患者在训练中进行有指导的训练，不同的患者可以选取不同 的训练模式，在不同时期进行不同的训练强度，安排最佳的训练过程。本发明的有益效果是本发明给损伤脑功能的患者提供了有效的康复训练装置， 使得患者不用必须在医院做常规的康复训练，在家也同样可以进行康复训练。三维投影仪 生成的虚拟现实康复环境给脑损伤患者呈现了一个康复环境。患者可以从中看到自己的控 制效果，从而改善自己的控制能力，达到较好的康复效果。同时还有听觉和功能性电刺激来 对患者的感官形成一个全方位的刺激，让患者更多的感觉器官参与其中，接受刺激，从而增 加对大脑的刺激强度，提高康复训练的有效性，加速脑功能康复与重建过程。
图1本发明总体结构示意图。
具体实施例方式以下结合附图对本发明的实施例作详细说明以下实施例在以本发明技术方案为 前提下进行实施，给出了详细的实施方式和过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施 例。如图1所示，本实施例包括电极帽1、EEG采集设备2、识别器3、虚拟现实渲染器 4、三维投影仪5、投影幕6、功能性电刺激器7、喇叭8、显示器9、计算机10，电极帽1戴在患 者的头上，电缆连接到EEG采集设备2上，EEG采集设备2的脑电数据输入到识别器3，识别 器3经过识别后的结果输入到虚拟现实渲染器4，虚拟现实渲染器4渲染生成输出到三维投 影仪5，然后投影到投影幕6。计算机10的系统操作界面和信息输出显示在显示器9上面， 功能性电刺激器7和喇叭8根据识别器3的识别结果给出相应的刺激。所述的EEG采集设备2包括脑电放大器、稳压器、电源、同步器。市电先通过稳压 器，起稳定电压的作用，然后连接到为脑电放大器和同步器供电的电源。电源的其中两路输 出，分别给脑电放大器和同步器供电。
所述的识别器3先对输入的信号进行再一次的滤波，这次是带通滤波，主要保留 表征能力强的频带，消除高频干扰频带。然后基于PARAFAC分解，可以从时间、空间、频率等 多个模态上提取相关的投影模式，并通过投影计算得到脑电特征，然后用分类算法得到脑 电的识别结果。本实施例首先对脑电信号样本点X(。, t)(代表在导联c和时间点t上EEG信号的 值)经过小波变换后得到系数>c(。,f,t)。对于该类脑电信号的η个样本，计算其事件相关频 率谱如下
权利要求
一种基于脑机交互的损伤脑功能康复装置，其特征在于，包括电极帽、EEG采集设备、识别器、虚拟现实渲染器、三维投影仪、投影幕、功能性电刺激器、喇叭、显示器、计算机，电极帽固定在患者的头部，电极帽通过集成电缆线连接到EEG采集设备，采集到的脑电信号输入识别器进行分类处理，进一步把分类处理结果信息输送到虚拟现实渲染器，虚拟现实渲染器根据输入的结果信息生成三维虚拟环境，通过三维投影仪把生成的虚拟环境投影到投影幕上，显示给患者，计算机连接显示器，显示器显示操作界面，喇叭根据分类的结果信息给出相应的声音刺激，同时功能性电刺激器用微电流刺激患者的受限肢体，使其患者的感官得到全方位的刺激。
2.根据权利要求1所述的基于脑机交互的损伤脑功能康复装置，其特征是，EEG采集设 备包括脑电放大器、稳压器、电源、同步器，市电先通过稳压器连接到为脑电放大器和同步 器供电的电源，其中的两路输出，分别给脑电放大器和同步器供电，脑电放大器采集到信号 后先进行模数转换，转化为数字信号输入到识别器中。
3.根据权利要求1所述的基于脑机交互的损伤脑功能康复装置，其特征是，所述的识 别器先对输入的信号进行带通滤波，然后基于PARAFAC分解，从时间、空间、频率多个模态 上提取相关的投影模式，并通过投影计算得到脑电特征进行分类处理。
4.根据权利要求1所述的基于脑机交互的损伤脑功能康复装置，其特征是，所述的功 能性电刺激器包括电极贴片、电脉冲产生器，电极贴片通过导线连接到电脉冲产生器的输 出端。
5.根据权利要求1所述的基于脑机交互的损伤脑功能康复装置，其特征是，计算机内 置康复训练评估与激励系统和康复训练指导专家系统，康复训练评估与激励系统通过康复 过程中脑电信号变化特性来评估康复疗效，根据呈现的不同特性来判断患者的康复程度， 根据康复评估的结果有选择的在显示器上显示激励信息；康复训练指导专家系统给出患 者训练的指导意见，并设置了指导专家库，对患者在训练中进行有指导的训练，安排训练过 禾呈。
全文摘要
一种康复工程技术领域的基于脑机交互的损伤脑功能康复装置。本发明电极帽固定在患者的头部，电极帽通过集成电缆线连接到EEG采集设备，采集到的脑电信号输入识别器进行分类处理，进一步把分类处理结果信息输送到虚拟现实渲染器，虚拟现实渲染器根据输入的结果信息生成三维虚拟环境，通过三维投影仪把生成的虚拟环境投影到投影幕上，显示给患者，计算机连接显示器，显示器显示操作界面，喇叭根据分类的结果信息给出相应的声音刺激，同时功能性电刺激器用微电流刺激患者的受限肢体，使其患者的感官得到全方位的刺激。本发明根据脑电信号变化特征来评估患者的康复状态，同时给出相应的激励，在缺乏专家指导的情况下指导患者安排康复训练的过程。
文档编号A63B26/00GK101947356SQ201010516848
公开日2011年1月19日 申请日期2010年10月22日 优先权日2010年10月22日
发明者张丽清, 李俊华 申请人:上海交通大学