一种基于近红外脑成像的康复训练反馈方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于近红外脑成像的康复训练反馈方法及系统，方法包括如下步骤：步骤S1，从近红外光谱图像中获取脑血氧信号，通过对受训者的大脑皮层的激活区域进行分析，监测运动状态下脑区激活水平的及肌肉激活度，输出近红外数据；步骤S2，设定目标训练数据，接收近红外脑成像采集模块输出的近红外数据，将所述近红外数据与目标训练数据对比，分析受训者的动作差异，输出对比数据，判断对比数据与目标训练数据是否拟合；步骤S3，在对比数据与目标训练数据拟合时，输出语音或震动提示。这样，本发明专利技术基于近红外脑功能成像系统的康复训练监测反馈系统，运用近红外脑功能成像系统评估脑激活度、肌肉激活度以及肌肉疲劳度，对受训者运动反馈与姿势纠正，可用于辅助受训者高质量完成康复训练。量完成康复训练。量完成康复训练。

【技术实现步骤摘要】
一种基于近红外脑成像的康复训练反馈方法及系统


[0001]本专利技术涉及康复训练
，尤其涉及一种基于近红外脑成像的康复训练反馈方法及系统。

技术介绍

[0002]近红外光谱(near infrared spectroscopy，NIRS)区位于780
‑
2526nm之间，是有机化合物中C
‑
H、N
‑
H、O
‑
H、S
‑
H等基团的倍频和组频振动所产生的吸收光谱,有机化合物在此区间均有吸收,但吸收光谱不同。现代近红外光谱分析技术可实现非破坏分析，能在几十秒甚至几秒内,就能同时定性或定量分析测定一个样品的几种甚至几十种物质或浓度数据,操作简单,准确灵敏,无污染，无损伤,适用的范围广(固体、液体、胶东样物质均可)。可用于无创测血糖、无创测量血红蛋白含量、血氧、血流量、血氧饱和度、血容量及脑氧合等参数的测定。同时近红外光谱分析技术可用于快速鉴别神经功能束的性质、传导兴奋性。
[0003]近红外脑功能成像技术(fNIRS)，是一种基于光学原理的无创神经活动成像技术。光源通过向特定脑区发射近红外光，光以香蕉型的路径漫射传播，离光源一定距离的光源探测器可以收集到被组织漫射回来的光。在大脑皮层血管中的氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白对近红外光波段的光波产生不同程度的吸收，造成近红外光衰减。根据光衰减量与组织中发色团浓度变化的相关性，fNIRS可以定量分析脑组织中HbO2和HbR的浓度变化。大脑皮层在被激活时会引起局部氧代谢率和局部脑血流的动力学改变。神经元活动的增加伴随着脑血流动力学局部改变，表现为局部脑血流增加，即功能性充血。fNIRS适用于监测和解码与低水平运动控制(如等长肌肉收缩)相关的皮层活动。
[0004]fNIRS是一种光学设备，不会干扰电磁场，因此fNIRS设备特别适用于多模态成像以检测与神经血管耦合相关的更完整信息；此外，临床治疗应用中电磁场的存在也不会对fNIRS设备检查造成干扰，可与临床上多模态神经调控技术广泛联用并作为即时评估疗效的有力手段。
[0005]目前已有的基于脑功能成像技术的康复训练、评估系统广泛运用于脑卒中患者康复训练，对于创伤性疾病的运用较为少见，目前已知的对于创伤和骨关节慢性疾病的康复训练技术多结合外骨骼机械协同治疗进行，缺乏对于特定肌群的核心训练，目前文献表明，在脑功能成像系统中的主动运动与被动运动刺激，在脑功能成像上会表现出不同的图像特征，过度依赖外骨骼辅助康复，虽能实现肢体肌肉的等张收缩运动康复，但对于肌肉的等长收缩训练不能得到很好的训练，从而导致缺少针对肌力的针对性训练。对于大多数骨关节疾病患者，如何高质量的完成康复训练，如何量化康复的动作是否到位，多依赖于康复医师的视觉判断或通过康复医师进行肢体接触主观判断，仍缺乏相关的标准化度量方案。
[0006]综上所述：目前尚缺乏一种实时反馈指导受训者的康复训练辅助设备，量化康复训练质量，及时反馈受训者的康复训练过程中的状态。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是提供一种基于近红外脑成像的康复训练反馈方法及系统。
[0008]本专利技术提供了一种基于近红外脑成像的康复训练反馈方法，包括如下步骤：步骤S1，从近红外光谱图像中获取脑血氧信号，通过对受训者的大脑皮层的激活区域进行分析，监测运动状态下脑区激活水平的及肌肉激活度，输出近红外数据；
[0009]步骤S2，设定目标训练数据，接收近红外脑成像采集模块输出的近红外数据，将所述近红外数据与目标训练数据对比，分析受训者的动作差异，输出对比数据，判断对比数据与目标训练数据是否拟合；
[0010]步骤S3，在对比数据与目标训练数据拟合时，输出语音或震动提示；
[0011]其中，所述目标训练数据为初次在康复师指导下的标准康复训练动作下的脑成像图谱变化特征数据，包括运动状态、运动姿态、运动时的施力大小不同时的特征数据。
[0012]优选地，所述步骤S1中，所述近红外脑成像采集模块中，分别检测静息态和任务态下受训者的脑区激活水平及肌肉激活度；采集受训者进行康复训练时不同阶段的脑区激活水平及肌肉激活度；更新康复训练时不同阶段的脑区激活水平及肌肉激活度；实时输出脑血氧特征分析数据及肌肉兴奋性分析数据。
[0013]优选地，所述步骤S2具体包括：
[0014]步骤S21，集合康复训练阶时不同阶段的近红外数据；
[0015]步骤S22，设定目标康复训练下姿态模型下脑区激活水平的目标阈值及肌肉激活度的目标阈值，生成目标训练数据；
[0016]步骤S23，将受训者进行康复运动时采集到的所述近红外数据与所述目标训练数据对比，判断二者是否拟合，若数据拟合，则向提醒装置发出提示，若未拟合，则返回所述步骤S1，继续进行康复训练后的更新数据。
[0017]优选地，所述步骤S3中还包括无线通信步骤，当受训者达到相同运动状态时，受训者的近红外数据与目标训练数据拟合，无线通信模块接收所述数据处理分析模块发出提示指令，通过所述智能提醒装置提示受训者。
[0018]优选地，所述步骤S3中还包括运动传感步骤，当受训者进行康复训练时，所述运动传感模块获取运动信号，将接收到的运动信号传输至所述数据处理分析模块，获取运动时产生的反馈数据，所述反馈数据包括脑血氧特征、肌肉兴奋性。
[0019]本专利技术还提供了一种基于近红外脑成像的康复训练反馈系统，根据上述的一种基于近红外脑成像的康复训练反馈方法实现，包括：
[0020]近红外脑成像采集模块，用于从近红外光谱图像中获取脑血氧信号，通过对受训者的大脑皮层的激活区域进行分析，监测运动状态下脑区激活水平的及肌肉激活度，输出近红外数据；
[0021]数据处理分析模块，用于设定目标训练数据，接收近红外脑成像采集模块输出的近红外数据，将所述近红外数据与目标训练数据对比，分析受训者的动作差异，输出对比数据，判断对比数据与目标训练数据是否拟合；
[0022]智能提醒装置，用于在对比数据与目标训练数据拟合时，输出语音或震动提示；
[0023]其中，所述目标训练数据为初次在康复师指导下的标准康复训练动作下的脑成像图谱变化特征数据，包括运动状态、运动姿态、运动时的施力大小不同时的特征数据。
[0024]优选地，所述近红外脑成像采集模块包括，用于分别检测静息态和任务态下受训者的脑区激活水平及肌肉激活度的单元；用于采集受训者进行康复训练时不同阶段的脑区激活水平及肌肉激活度的单元；用于更新康复训练时不同阶段的脑区激活水平及肌肉激活度的单元；用于实时输出脑血氧特征分析数据及肌肉兴奋性分析数据的单元。
[0025]优选地，所述智能提醒装置还包括无线通信模块，当受训者达到相同运动状态时，受训者的近红外数据与目标训练数据拟合，无线通信模块接收所述数据处理分析模块发出提示指令，通过所述智能提醒装置提示受训者。
[0026]优选地，所述智能提醒装置还包括运动传感模块，当受训者进行康复训练时，所述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于近红外脑成像的康复训练反馈方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1，从近红外光谱图像中获取脑血氧信号，通过对受训者的大脑皮层的激活区域进行分析，监测运动状态下脑区激活水平的及肌肉激活度，输出近红外数据；步骤S2，设定目标训练数据，接收近红外脑成像采集模块输出的近红外数据，将所述近红外数据与目标训练数据对比，分析受训者的动作差异，输出对比数据，判断对比数据与目标训练数据是否拟合；步骤S3，在对比数据与目标训练数据拟合时，输出语音或震动提示；其中，所述目标训练数据为初次在康复师指导下的标准康复训练动作下的脑成像图谱变化特征数据，包括运动状态、运动姿态、运动时的施力大小不同时的特征数据。2.如权利要求1所述的一种基于近红外脑成像的康复训练反馈方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述近红外脑成像采集模块中，分别检测静息态和任务态下受训者的脑区激活水平及肌肉激活度；采集受训者进行康复训练时不同阶段的脑区激活水平及肌肉激活度；更新康复训练时不同阶段的脑区激活水平及肌肉激活度；实时输出脑血氧特征分析数据及肌肉兴奋性分析数据。3.如权利要求1所述的一种基于近红外脑成像的康复训练反馈方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括：步骤S21，集合康复训练阶时不同阶段的近红外数据；步骤S22，设定目标康复训练下姿态模型下脑区激活水平的目标阈值及肌肉激活度的目标阈值，生成目标训练数据；步骤S23，将受训者进行康复运动时采集到的所述近红外数据与所述目标训练数据对比，判断二者是否拟合，若数据拟合，则向智能提醒装置发出提示，若未拟合，则返回所述步骤S1，继续进行康复训练后的更新数据。4.如权利要求1所述的一种基于近红外脑成像的康复训练反馈方法，其特征在于，所述步骤S3中还包括无线通信步骤，当受训者达到相同运动状态时，受训者的近红外数据与目标训练数据拟合，无线通信模块接收所述数据处理分析模块发出提示指令，通过所述智能提醒装置提示受训者。5.如权利要求1所述的一种基于近红外脑成像的康复训练反馈方法，其特征在于，所述步骤S3中还包括运动传感步骤，当受训者进行康复训练时，所述运动传感模块获取运动信号，将接收到的运动信号传输至所...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾至立，顾春雅，于研，余海鑫，西信，卢思琦，程黎明，
申请(专利权)人：上海市同济医院，
类型：发明
国别省市：