基于同步脑肌电的智能辅助康复设备制造技术

本发明专利技术公开了一种基于同步脑肌电的智能辅助康复设备，该智能辅助康复设备可以定量控制动作任务类型与动作任务强度，在欠活动时予以增强，提升了运动效率；在过度活动时予以抑制，提高了安全性；相对于传统方案而言，可以更为有针对性的进行运动辅助，极大的提高了辅助运动的效果。

【技术实现步骤摘要】
基于同步脑肌电的智能辅助康复设备
本专利技术涉及辅助康复设备领域，尤其涉及一种基于同步脑肌电的智能辅助康复设备。
技术介绍
目前，对于辅助运动大多采用人工方式结合一些简易的器械来进行，例如，有需求的用户通常通过拐杖等来进行腿部辅助运动，但是，这种简易的器械的辅助运动效果并不理想，辅助运动效果也受限于用户的体力与用户所在的环境。或者，通过他人搀扶的方式来进行腿部辅助运动，但是，这种辅助方式不仅增加人工成本，而且通过他人搀扶的方式也难以达到预期的腿部辅助运动效果，尤其是他人不是专业认识，也可能存在一定的安全隐患。此外，目前也有一些研究机构通过提取脑电信号或者肌电信号来配合辅助设备，来辅助有需求的用户进行相应的辅助运动，但是，脑电信号或者肌电信号与辅助设备的配合方式并不完善，而且属于研究阶段，并没有较为有效的技术方案。鉴于以上这些传统辅助运动方式的效果不佳，辅助运动效率也较低，某些研究机构的也没有提出较为有效的技术方案，因此，有必要研究较为有效的、智能的辅助设备。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于同步脑肌电的智能辅助康复设备，可以同时采集脑肌电两类电生理信号，同步实现对运动意图判断和运动状态监测，从而提高辅助运动的效果。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种基于同步脑肌电的智能辅助康复设备，包括：脑肌电同步采集设备、数据处理设备与辅助设备；其中：所述脑肌电同步采集设备，用于同步采集脑电信号与肌电信号；所述数据处理设备，用于通过脑肌电同步采集设备采集健康用户的脑电信号与肌电信号，利用其中的脑电信号来训练预先构建的神经网络中的固定参数，并将肌电信号送入运动任务脑肌电协同关联标准模式库；还通过脑肌电同步采集设备采集的需要使用智能辅助康复设备用户的脑电信号来对神经网络进行有监督的学习，并在后续过程中，通过脑肌电同步采集设备采集需要使用智能辅助康复设备用户的脑电信号与肌电信号，利用学习后的神经网络来对的脑电信号进行分类，确定动作任务类型，并将采集到的肌电信号和运动任务脑肌电协同关联标准模式库中的肌电信号进行比对，确定动作任务强度，最终将动作任务类型与相应的动作任务强度以信号的形式传输给辅助设备；所述辅助设备，用于根据数据处理设备传输的信号来驱动辅助器械执行相应类型与相应强度的动作任务。由上述本专利技术提供的技术方案可以看出，智能辅助康复设备可以定量控制动作任务类型与动作任务强度，在欠活动时予以增强，提升了运动效率；在过度活动时予以抑制，提高了安全性；相对于传统方案而言，可以更为有针对性的进行运动辅助，极大的提高了辅助运动的效果。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例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专利技术的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。图1为本专利技术实施例提供的一种基于同步脑肌电的智能辅助康复设备的示意图；图2为本专利技术实施例提供的智能辅助康复设备的工作流程图；图3为本专利技术实施例提供的自适应功能的卷积神经网络的学习流程图。图4为本专利技术实施例提供的脑肌电一体化同步采集及自适应反馈的辅助运动系统的示意图。具体实施方式下面结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术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专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术的保护范围。本专利技术实施例提高一种基于同步脑肌电的智能辅助康复设备，如图1所示，其主要包括：脑肌电同步采集设备、数据处理设备与辅助设备；其中：所述脑肌电同步采集设备，用于同步采集脑电信号与肌电信号；所述数据处理设备，用于通过脑肌电同步采集设备采集健康用户的脑电信号与肌电信号，利用其中的脑电信号来训练预先构建的神经网络中的固定参数，并将肌电信号送入运动任务脑肌电协同关联标准模式库；还通过脑肌电同步采集设备采集的需要使用智能辅助康复设备用户的脑电信号来对神经网络进行有监督的学习，并在后续过程中，通过脑肌电同步采集设备采集需要使用智能辅助康复设备用户的脑电信号与肌电信号，利用学习后的神经网络来对的脑电信号进行分类，确定动作任务类型，并将采集到的肌电信号和运动任务脑肌电协同关联标准模式库中的肌电信号进行比对，确定动作任务强度，最终将动作任务类型与相应的动作任务强度以信号的形式传输给辅助设备；所述辅助设备，用于根据数据处理设备传输的信号来驱动辅助器械执行相应类型与相应强度的动作任务。本专利技术实施例提供的上述智能辅助康复设备主要工作过程如图2所示，通过采集脑电信号建立用于动作分类的神经网络(动作分类网)，再通过动作辨识输出合适的信号驱动辅助设备执行相应动作任务。在建立运动辨识神经网络的过程中，根据健康人群完成康复任务的脑电信号(EEG，Electroencephalogram)初始化网络参数，再根据需要使用智能辅助康复设备用户的肌电(EMG，Electromyogram)信号进行有监督学习，完成网络的学习过程。之后，在建立肌肉激活模式库完成对比功能的过程中，对于任一动作任务，通过获取健康人群的同步EEG和EMG信号，并把两类信号联合作为运动任务脑肌电协同关联标准模式库的一个条目。在后续过程中，将需要使用智能辅助康复设备用户的EEG信号采集并输入到神经网络中分类，确定需要执行的动作任务类型，再从运动任务脑肌电协同关联标准模式库中调取健康人群的EMG信号与需要使用智能辅助康复设备用户的EMG信号对比，通过肌群激活水平和时序的差异判断运动任务实际完成状态，最后根据差异确定动作任务类型以及对应强度，并由辅助设备完成。本专利技术实施例中，标准模式库的一个动作条目包括两项：1、用于分类的脑电模式；2、健康人的肌电发放模式。用户使用该模式库时，用户的脑电与第1项做匹配，确定动作任务类型；再将用户的肌电发放(通常是异常发放)与该条目下的第2项肌电发放(健康发放)模式做对比，确定补强或抑制的强度。从而根据所得强度确定辅助类型与大小。为了便于理解，下面针对设备中的各个部分做详细的介绍。一、脑肌电同步采集设备。本专利技术实施例中，脑肌电同步采集设备主要包括：传感器阵列(传感器层)、放大滤波模块(放大器层)、数字采用单元(ADC阵列)、处理器以及传输模块；其中：所述传感器阵列包括：脑电传感器阵列与肌电传感器阵列；鉴于可靠、方便使用的原因，脑电传感器阵列选用标准接口的10-20导联脑电帽。由于可以需要获取肌肉激活活动的空间信息，因此使用柔性高密度表面肌电阵列作为肌电传感器。两种信号传感器能够有效贴合采集区域表面，可以有效、便捷地获取相应信号。对于本设备而言，重要的设备特征之一是脑肌电信号的高度的同步性，以及时反馈肌肉运动情况。所述放大滤波模块包括：分别独立与脑电传感器阵列、肌电传感器阵列连接的放大滤波器；示例性的，常用的脑电信号滤波通带为0.1～100Hz，肌电信号滤波通带为20～500Hz。数字采用单元，连接在放大滤波模块的输出端，用于对放大滤波模块输出的模拟信号进行数字采样；示例性地，数字采样器采用多通道同步模数转换器ADS1299，所有转换器的片选(CS)信号共用一个I/O本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于同步脑肌电的智能辅助康复设备，其特征在于，包括：脑肌电同步采集设备、数据处理设备与辅助设备；其中：所述脑肌电同步采集设备，用于同步采集脑电信号与肌电信号；所述数据处理设备，用于通过脑肌电同步采集设备采集健康用户的脑电信号与肌电信号，利用其中的脑电信号来训练预先构建的神经网络中的固定参数，并将肌电信号送入运动任务脑肌电协同关联标准模式库；还通过脑肌电同步采集设备采集的需要使用智能辅助康复设备用户的脑电信号来对神经网络进行有监督的学习，并在后续过程中，通过脑肌电同步采集设备采集需要使用智能辅助康复设备用户的脑电信号与肌电信号，利用学习后的神经网络来对的脑电信号进行分类，确定动作任务类型，并将采集到的肌电信号和运动任务脑肌电协同关联标准模式库中的肌电信号进行比对，确定动作任务强度，最终将动作任务类型与相应的动作任务强度以信号的形式传输给辅助设备；所述辅助设备，用于根据数据处理设备传输的信号来驱动辅助器械执行相应类型与相应强度的动作任务。

【技术特征摘要】
1.一种基于同步脑肌电的智能辅助康复设备，其特征在于，包括：脑肌电同步采集设备、数据处理设备与辅助设备；其中：所述脑肌电同步采集设备，用于同步采集脑电信号与肌电信号；所述数据处理设备，用于通过脑肌电同步采集设备采集健康用户的脑电信号与肌电信号，利用其中的脑电信号来训练预先构建的神经网络中的固定参数，并将肌电信号送入运动任务脑肌电协同关联标准模式库；还通过脑肌电同步采集设备采集的需要使用智能辅助康复设备用户的脑电信号来对神经网络进行有监督的学习，并在后续过程中，通过脑肌电同步采集设备采集需要使用智能辅助康复设备用户的脑电信号与肌电信号，利用学习后的神经网络来对的脑电信号进行分类，确定动作任务类型，并将采集到的肌电信号和运动任务脑肌电协同关联标准模式库中的肌电信号进行比对，确定动作任务强度，最终将动作任务类型与相应的动作任务强度以信号的形式传输给辅助设备；所述辅助设备，用于根据数据处理设备传输的信号来驱动辅助器械执行相应类型与相应强度的动作任务。2.根据权利要求1所述的一种基于同步脑肌电的智能辅助康复设备，其特征在于，所述脑肌电同步采集设备包括：传感器阵列、放大滤波模块、数字采用单元、处理器以及传输模块；其中：所述传感器阵列包括：脑电传感器阵列与肌电传感器阵列；所述放大滤波模块包括：分别独立与脑电传感器阵列、肌电传感器阵列连接的放大滤波器；数字采用单元，连接在放大滤波模块的输出端，用于对放大滤波模块输出的模拟信号进行数字采样；处理器，连接在数字采用单元的输出端，用于维持同步数字采样的时序，并进行处理后通过传输模块传输给数据处理设备。3.根据权利要求1所述的一种基于同步脑肌电的智能辅助康复设备，其特征在于，假设共有N个动作任务类型，对于每一个动作任务类型，均通过脑肌电同步采集设备采集健康用户的脑电信号与肌电信号；预先构建具有自适应功能的卷积神经网络，并将构建的卷积神经网络作为脑电信号分类器；利用所采集到的各个动作任务类型下的脑电信号来训练卷积神经网络的固定参数，包括显层与隐层、隐层与隐层之间的连接系数，并将固定参数记录到神经网络中；对于不...

【专利技术属性】
技术研发人员：丛松宇，张旭，俞轶，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34