本发明涉及一种结合稳态视觉诱发电位及运动想象的三阶段脑控上肢康复方法，能够为脑卒中患者的上肢运动功能康复提供vr视频引导第一阶段训练、vr-ssvep第二阶段训练和vr-mi第三阶段训练。具有安全性高、沉浸性好、主动康复且循序渐进的特点。
背景技术：
脑卒中是由于脑部缺血或出血性损伤而引起脑功能缺失的一种疾病。据世界卫生组织报道，超过48%的脑卒中患者在进入慢性期后仍然存在上肢功能障碍，给日常生活造成很大影响。现阶段临床上常采用的治疗手段包括：治疗师辅助患者运动训练治疗、作业治疗、电刺激治疗等，不仅单调乏味，而且缺少患者的主动参与，更缺乏大脑运动神经系统的直接参与，有些还要求患者具备残余运动功能，因此其治疗效果和普适性均有待提高。
为了解决以上存在的问题，人们一直在寻求一种更为合理的方案。
技术实现要素：
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种结合稳态视觉诱发电位及运动想象的三阶段脑控上肢康复方法，能够为脑卒中患者的上肢运动功能康复提供vr视频引导第一阶段训练、vr-ssvep第二阶段训练和vr-mi第三阶段训练。稳态视觉诱发电位ssvep原理是患者在注视特定频率的外部视觉刺激时，可以在其大脑皮层产生特征明显的较为稳定持续的节律性脑电信号。通过vr-ssvep训练能够提高患者的注意力及认知能力，为其进行后续vr-mi训练奠定基础。运动想象mi通过患者主动想象患侧肢体的运动，有效促进大脑神经重塑，重建受损大脑的皮质，改善外部肢体和大脑之间的功能控制连接,从而达到良好的康复效果。
为了实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种结合稳态视觉诱发电位及运动想象的三阶段脑控上肢康复方法，采用江苏博睿康公司开发的32导联脑电采集设备——采样频率250hz，与电脑（1）之间用tcp/ip协议进行通信，与带有康复训练软件的电脑（1）构成上肢康复训练系统进行操作，所述脑电采集设备是一个多参数同步器（2）经一个智能同步中心（3）和一个放大器（4）联接一个32导联电极帽（5）构成，其特征在于具体操作步骤如下：
（1）安装和运行脑电采集设备：32导联电极帽（5）上的电极采集用户脑电eeg信号，电极通过导联线接至放大器（4）；放大器（4）对eeg信号进行模拟放大、模拟滤波后通过模数转换为数字信号；智能同步中心（3）通过wifi将放大器（4）、多参数同步器（2）与电脑（1）无线相连，从而保持信号同步，并通过tcp/ip通讯将eeg信号传输给电脑（1），在电脑（1）的康复训练软件中对eeg信号进行处理分析及动画展示；
（2）康复训练程序：
（2-1）vr视频引导第一阶段训练：通过虚拟现实vr视频引导患者进行训练，使患者熟悉相关上肢康复动作；
（2-2）vr-ssvep第二阶段训练：将vr与稳态视觉诱发电位ssvep相结合，电脑屏幕上会出现12张以不同的特定频率闪烁的图片，这12张图片分别代表不同的上肢康复训练动作，患者需集中注意力注视其中一张图片；使用脑电采集设备实时采集患者eeg信号并通过典型相关性分析cca算法分析出患者所注视的图片，该图片反映了患者的康复意图，通过调用该意图对应的vr动画给予患者视觉反馈，使患者在此阶段学会集中注意力，为进行后续集中注意力运动想象训练奠定基础；
（2-3）vr-mi第三阶段训练：将vr与运动想象mi相结合，在离线训练阶段通过脑电采集设备采集患者左右上肢运动想象期间的eeg信号，并建立患者的识别模型，提供给在线训练；在线训练时依据该模型，并通过共空间模式csp算法分析患者运动想象eeg信号，识别其运动意图并转换成控制命令，实时控制界面中3d人物左右上肢运动，从而达到利用患者主动进行mi训练促进患者大脑中枢神经重塑，改善康复效果。
所述步骤（2-1）中的vr视频引导训练的单次训练过程如下：勾选复选框中相应的动作，并输入训练次数a，界面上即会依次播放每个勾选动作对应的3d人物上肢动画，并循环a次；其中，3d人物上肢动画包括左、右及双侧上肢的屈曲-内收-外旋模式——d1屈曲、伸展-外展-内旋模式——d1伸展、屈曲-外展-外旋模式——d2屈曲、伸展-内收-内旋模式——d2伸展的动画。
所述步骤（2-2）中的vr-ssvep训练的单次训练过程如下：勾选复选框中相应的动作，并输入训练次数a和闪烁时间b，矩阵实验室matlab即会绘制出与动作对应的12个图片，训练开始后，每个图片以不同频率闪烁b秒，其中被勾选的第一个动作对应的图片边框变蓝，以提示患者需要集中注意力看当前图片，若b秒闪烁结束后，程序判断出患者看的正确，训练界面上就会播放对应动作的3d人物上肢动画，动画播放完毕后，matlab界面继续闪烁b秒，被勾选的第二个动作对应的图片边框变蓝，以此类推；反之，若程序判断出患者看的不是所选图片，matlab停顿1s后会闪烁第二次，若同一图片3次识别均不对，则被勾选的下一个动作的图片边框变蓝继续闪烁。按这样的流程循环a次；其中，3d人物上肢动画与权利要求2所述一致。
所述步骤（2-3）中的vr-mi训练单次训练过程如下：分为离线训练和在线训练：
离线训练：首先是2s的十字图片呈现，提示患者休息；接着是2s随机的左上肢或右上肢的动作视频呈现，提示患者做好准备并指导上肢运动想象动作；最后是4s的与刚才视频中上肢左右方向一致的箭头图片呈现，左箭头表示进行左上肢运动想象，右箭头表示进行右上肢运动想象，患者根据箭头提示进行相应的运动想象任务；
在线训练：选择康复训练动作，点击“开始训练”按钮后，屏幕上会随机出现左箭头或右箭头，患者需根据箭头指示进行左上肢或右上肢运动想象；若收到的识别结果与箭头方向一致，界面中的3d人物就会按患者选择的康复动作，进行左上肢或右上肢运动，否则不动作。该运动也可作为视觉反馈，促使患者产生更易识别的eeg信号；由此实现实时控制界面中3d人物上肢运动的效果。
本发明与现有技术相比，具有如下突出的实质性特点和显著的优点：三个训练阶段循序渐进，逐步引导患者对康复系统的学习和训练，有利于运动学习和中枢神经的重塑，vr环境的沉浸性以及主动康复训练模式都有效提高了受试者参与度和训练积极性，无需患者实际运动，对严重丧失运动功能的患者也同样适用。
附图说明
图1是本发明具体实施例的结合稳态视觉诱发电位及运动想象的三阶段脑控上肢康复方法的硬件系统结构示意图。
图2是本发明具体实施例的结合稳态视觉诱发电位及运动想象的三阶段脑控上肢康复方法操作程序框图。
图3是本发明具体实施例的结合稳态视觉诱发电位及运动想象的三阶段脑控上肢康复方法组成框图。
图4是本发明具体实施例的单次离线训练过程范例图。
图5是本发明实施例的结合稳态视觉诱发电位及运动想象的三阶段脑控上肢康复方法界面图。
图6是本发明实施例的vr视频引导训练流程图。
图7是本发明实施例的vr-ssvep训练流程图。
图8是本发明实施例的vr-mi训练流程图。
具体实施方式
本发明的优选实施例结合附图详述如下：
实施例一：
参见图1，本结合稳态视觉诱发电位及运动想象的三阶段脑控上肢康复方法硬件系统结构详述如下：采用江苏博睿康公司开发的32导联脑电采集设备——采样频率250hz，与电脑（1）之间用tcp/ip协议进行通信，与带有康复训练软件的电脑（1）构成上肢康复训练系统进行操作，所述脑电采集设备是一个多参数同步器（2）经一个智能同步中心（3）和一个放大器（4）联接一个32导联电极帽（5）构成。32导联电极帽（5）上的电极采集用户脑电eeg信号，电极通过导联线接至放大器（4）；放大器（4）对eeg信号进行模拟放大、模拟滤波后通过模数转换为数字信号；智能同步中心（3）通过wifi将放大器（4）、多参数同步器（2）与电脑（1）无线相连，从而保持信号同步，并通过tcp/ip通讯将eeg信号传输给电脑（1），在电脑（1）的康复训练软件中对eeg信号进行处理分析及动画展示。
参见图2，本结合稳态视觉诱发电位及运动想象的三阶段脑控上肢康复方法，包括以下步骤：
（1）vr视频引导第一阶段训练：通过虚拟现实vr视频引导患者进行训练，使患者熟悉相关上肢康复动作；
（2）vr-ssvep第二阶段训练：将vr与稳态视觉诱发电位ssvep相结合，电脑屏幕上会出现12张以不同的特定频率闪烁的图片，这12张图片分别代表不同的上肢康复训练动作，患者需集中注意力注视其中一张图片；使用脑电采集设备实时采集患者eeg信号并通过典型相关性分析cca算法分析出患者所注视的图片，该图片反映了患者的康复意图，通过调用该意图对应的vr动画给予患者视觉反馈，使患者在此阶段学会集中注意力，为进行后续集中注意力运动想象训练奠定基础；
（3）vr-mi第三阶段训练：将vr与运动想象mi相结合，在离线训练阶段通过脑电采集设备采集患者左右上肢运动想象期间的eeg信号，并建立患者的识别模型，提供给在线训练；在线训练时依据该模型，并通过共空间模式csp算法分析患者运动想象eeg信号，识别其运动意图并转换成控制命令，实时控制界面中3d人物左右上肢运动，从而达到利用患者主动进行mi训练促进患者大脑中枢神经重塑，改善康复效果。
参见图3，所述步骤（1）中的vr视频引导由脑控上肢康复方法完成；所述步骤（2）中的闪烁界面绘制、脑电信号采集及分析都由信号采集-处理系统完成，通过tcp/ip通讯协议实现与脑控上肢康复系统之间的通信；所述步骤（3）中的脑电信号采集、建模及分析都由信号采集-处理系统完成，通过tcp/ip通讯协议实现与脑控上肢康复系统之间的通信。
实施例二：本实施例与实施例一基本相同，特别之处如下：
参见图4，所述步骤（3）中的vr-mi第三阶段训练的离线训练单次训练过程如下：
（1-1）2s的十字图片呈现，提示患者休息；
（1-2）2s随机的左上肢或右上肢的动作视频呈现，提示患者做好准备并指导上肢运动想象动作；
（1-3）4s的与刚才视频中上肢左右方向一致的箭头图片呈现，左箭头表示进行左上肢运动想象，右箭头表示进行右上肢运动想象，患者根据箭头提示进行相应的运动想象任务。
实施例三：本实施例与实施例二基本相同，特别之处如下：
参见图5，本结合稳态视觉诱发电位及运动想象的三阶段脑控上肢康复方法界面图，包括vr视频引导第一阶段训练界面图（1）（4）、vr-ssvep第二阶段训练界面图（2）（4）（5）、vr-mi第三阶段训练界面图（3）（6）（7）,具体操作步骤分别如下：
参见图6，所述步骤（1）中的vr视频引导第一阶段训练的单次训练过程如下：
勾选界面（1）复选框中相应的动作，并输入训练次数a，界面（4）上即会依次播放每个勾选动作对应的3d人物上肢动画，并循环a次；其中，3d人物上肢动画包括左、右及双侧上肢的屈曲-内收-外旋模式——d1屈曲、伸展-外展-内旋模式——d1伸展、屈曲-外展-外旋模式——d2屈曲、伸展-内收-内旋模式——d2伸展的动画。
参见图7，所述步骤（2）中的vr-ssvep第二阶段训练的单次训练过程如下：
勾选界面（2）复选框中相应的动作，并输入训练次数a和闪烁时间b，矩阵实验室matlab即会绘制出与动作对应的12个图片——界面5，训练开始后，每个图片以不同频率闪烁b秒，其中被勾选的第一个动作对应的图片边框变蓝，以提示患者需要集中注意力看当前图片，若b秒闪烁结束后，程序判断出患者看的正确，训练界面（4）上就会播放对应动作的3d人物上肢动画，动画播放完毕后，matlab界面继续闪烁b秒，被勾选的第二个动作对应的图片边框变蓝，以此类推；反之，若程序判断出患者看的不是所选图片，matlab停顿1s后会闪烁第二次，若同一图片3次识别均不对，则被勾选的下一个动作的图片边框变蓝继续闪烁。按这样的流程循环a次；其中，3d人物上肢动画与权利要求2所述一致。
参见图8，所述步骤（3）中的vr-mi第三阶段训练的单次训练过程如下：分为离线训练和在线训练：
离线训练：在界面（3）中选择“离线训练”，进入界面（6）后输入训练次数；单击“开始训练”按钮后，首先是2s的十字图片呈现，提示患者休息；接着是2s随机的左上肢或右上肢的动作视频呈现，提示患者做好准备并指导上肢运动想象动作；最后是4s的与刚才视频中上肢左右方向一致的箭头图片呈现，左箭头表示进行左上肢运动想象，右箭头表示进行右上肢运动想象，患者根据箭头提示进行相应的运动想象任务；
在线训练：在界面（3）中选择“在线训练”，进入界面（7）后，单击“上肢d1屈曲”、“上肢d1伸展”、“上肢d2屈曲”、“上肢d2伸展”按钮中的一个，选择一种人物上肢康复训练动作，输入训练时间，点击“开始训练”按钮后，屏幕上会随机出现左箭头或右箭头，患者需根据箭头指示进行左上肢或右上肢运动想象；若收到的识别结果与箭头方向一致，界面（7）中的3d人物就会按患者选择的康复动作，进行左上肢或右上肢运动，否则不动作。该运动也可作为视觉反馈，促使患者产生更易识别的eeg信号；由此实现实时控制界面中3d人物上肢运动的效果。