基于运动想象和事件相关电位的康复训练方法及系统技术方案

本发明专利技术属于脑机接口康复训练领域，提供一种基于运动想象和事件相关电位的康复训练方法及系统，包括基于虚拟环境中的训练场景，选择该场景下的训练模式；基于确定的训练模式，采集病患在康复训练过程中执行运动想象任务的脑电信号并进行预处理；基于预处理后的脑电信号捕获事件相关电位信号，以事件相关电位信号为起点选择预设时间长度的一段脑电信号，得到待分类运动想象脑电信号；利用预先训练好的分类模型进行分类识别，得到运动想象指令；基于分类结果得到的运动想象指令，在虚拟环境中进行对应的康复训练。结合事件相关电位和运动想象分类识别结果对病患进行左右手运动想象任务训练，在时域和频域上提高训练精度。在时域和频域上提高训练精度。在时域和频域上提高训练精度。

【技术实现步骤摘要】
基于运动想象和事件相关电位的康复训练方法及系统


[0001]本专利技术属于脑机接口康复
，具体涉及一种基于运动想象和事件相关电位的康复训练方法及系统。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。
[0003]脑卒中总体患病率和年发病率增高，近半数病患出现不同程度的上肢功能障碍。脑卒中康复存在康复医师少、康复成本高、低效传统康复手段为主等问题，因此如何应用脑机接口设计高效方便的康复系统是目前亟待解决的问题。
[0004]目前基于脑机接口的手功能康复系统主要以运动想象范式为主，但仍有指令识别精度低、分类类别少等局限性，且临床使用效果欠佳，病患易感觉疲惫、紧张，反馈效果差。此外，目前的康复设备体积较大，配备的多是有线脑电采集设备，不利于急性期和恢复期脑卒中患者的康复。因此为解决以上问题，还需要设计更为合理有效的手功能康复方案。

技术实现思路

[0005]为了解决上述问题，本专利技术提出了一种基于运动想象和事件相关电位的康复训练方法及系统，本专利技术结合事件相关电位和运动想象分类识别结果对病患进行左右手运动想象任务训练，利用上述两种范式和运动想象在时域和频域上分别相关的特性提高训练精度。
[0006]根据一些实施例，本专利技术的第一方案提供了一种基于运动想象和事件相关电位的康复训练系统，采用如下技术方案：
[0007]基于运动想象和事件相关电位的康复训练系统，包括：
[0008]康复训练模式选择模块，用于基于虚拟环境中的训练场景，选择该场景下的训练模式；
[0009]数据采集与处理模块，用于基于确定的训练模式，采集病患在康复训练过程中执行运动想象任务的脑电信号并进行预处理；
[0010]脑电信号定位模块，用于基于预处理后的脑电信号捕获事件相关电位信号，以事件相关电位信号为起点选择预设时间长度的一段脑电信号，得到待分类运动想象脑电信号；
[0011]脑电信号识别分类模块，用于基于待分类运动想象脑电信号，利用预先训练好的分类模型进行分类识别，得到运动想象指令；
[0012]康复训练模块，基于分类结果得到的运动想象指令，在虚拟环境中进行对应的康复训练。
[0013]进一步地，所述训练模式包括有指令训练模式、自主训练模式以及针对训练模式。
[0014]进一步地，所述有指令训练模式的训练过程，具体为：
[0015]依次发布定量组数的随机指令，且每组指令持续时间和每组指令之间的时间间隔是一致的；
[0016]在每组指令发布前先发布一个定时提醒指令，用于提醒病患将要给出运动想象任务的指令；
[0017]提醒指令发布完毕后，发布运动想象任务指令，在随机指令持续时间内病患根据运动想象任务指令执行运动想象任务，并获得该次运动想象任务的分类识别结果；
[0018]在每组指令间隔时间内，根据运动想象任务的分类识别结果进行对应的虚拟现实场景中的反馈；
[0019]直到所有组数的指令发布完毕，结束有指令训练模式的训练过程。
[0020]进一步地，所述自主训练模式的训练过程，具体为：
[0021]在一次自主训练的持续时间内，连续采集病患自主进行运动想象任务的脑电信号；
[0022]当检测到病患的脑电信号的想象强度超过设定的可变阈值时；
[0023]根据病患此次运动想象任务的脑电信号进行分类识别，得到自主想象分类识别结果；
[0024]根据自主想象分类识别结果进行对应的虚拟现实场景中的反馈。
[0025]进一步地，所述针对训练模式的训练过程，具体为：
[0026]依次发布定量组数的相同的针对训练指令，且每组针对训练指令持续时间和每组针对训练指令之间的时间间隔是一致的；
[0027]在每组针对训练指令发布前先发布一个定时提醒指令，用于提醒病患将要给出针对训练运动想象任务指令；
[0028]提醒指令发布完毕后，发布针对训练运动想象任务指令，在针对训练指令持续时间内病患根据针对训练运动想象任务指令执行针对训练运动想象任务，并获得该次针对训练运动想象任务的分类识别结果；
[0029]在每组针对训练指令间隔时间内，根据针对训练运动想象任务的分类识别结果进行对应的虚拟现实场景中的反馈；
[0030]直到所有组数的针对训练指令发布完毕，结束针对训练模式的训练过程。
[0031]进一步地，所述采集病患在康复训练过程中执行运动想象任务的脑电信号并进行预处理，包括：
[0032]采集病患的脑电EEG信号；
[0033]将病患的脑电信号进行放大并转化为数字信号；
[0034]得到预处理后的脑电信号。
[0035]进一步地，所述基于预处理后的脑电信号捕获事件相关电位信号，以事件相关电位信号为起点选择预设时间长度的一段脑电信号，得到待分类运动想象脑电信号，具体为：
[0036]基于预处理后的脑电信号捕获事件相关电位信号；
[0037]当事件相关电位信号出现后，将事件相关电位信号之前的脑电信号过滤掉，以事件相关电位信号为起点选择预设时间长度的一段脑电信号；
[0038]计算该段脑电信号的运动想象频段的时频域特征，得到待分类运动想象脑电信号。
[0039]进一步地，所述分类模型的训练过程，具体为：
[0040]获取病患接收到指令进行运动想象任务的历史脑电信号样本数据；
[0041]捕获病患历史脑电信号样本数据中的相关事件电位信号；
[0042]根据相关事件电位信号对齐标注脑电数据段，得到脑电信号样本数据集；
[0043]将脑电信号样本数据集划分为测试集和训练集；
[0044]基于训练集，对分类模型进行训练，得到初步训练的分类模型；
[0045]基于测试集，对初步训练的分类模型进行参数调整优化，得到训练好的分类模型。
[0046]进一步地，在虚拟环境中，病患没有接收到训练指令时的康复训练过程，具体为：
[0047]连续采集病患的脑电信号；
[0048]对脑电信号进行切段；
[0049]计算每一个时间段内α和β频段的对数频带能量特征进行分类识别；
[0050]当时间段内的特征点超过设置的阈值时，根据分类识别结果播放对应的虚拟现实场景中对应的训练动画。
[0051]根据一些实施例，本专利技术的第二方案提供了一种基于运动想象和事件相关电位的康复训练方法，采用如下技术方案：
[0052]基于运动想象和事件相关电位的康复训练方法，包括：
[0053]基于虚拟环境中的训练场景，选择该场景下的训练模式；
[0054]基于确定的训练模式，采集病患在康复训练过程中执行运动想象任务的脑电信号并进行预处理；
[0055]基于预处理后的脑电信号捕获事件相关电位信号，以事件相关电位信号为起点选择预设时间长度的一段脑电信号，得到待分类运动想象脑电信号；
[0056]基于待分类运本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于运动想象和事件相关电位的康复训练系统，其特征在于，包括：康复训练模式选择模块，用于基于虚拟环境中的训练场景，选择该场景下的训练模式；数据采集与处理模块，用于基于确定的训练模式，采集病患在康复训练过程中执行运动想象任务的脑电信号并进行预处理；脑电信号定位模块，用于基于预处理后的脑电信号捕获事件相关电位信号，以事件相关电位信号为起点选择预设时间长度的一段脑电信号，得到待分类运动想象脑电信号；脑电信号识别分类模块，用于基于待分类运动想象脑电信号，利用预先训练好的分类模型进行分类识别，得到运动想象指令；康复训练模块，基于分类结果得到的运动想象指令，在虚拟环境中进行对应的康复训练。2.如权利要求1所述的基于运动想象和事件相关电位的康复训练系统，其特征在于，所述训练模式包括有指令训练模式、自主训练模式以及针对训练模式。3.如权利要求2所述的基于运动想象和事件相关电位的康复训练系统，其特征在于，所述有指令训练模式的训练过程，具体为：依次发布定量组数的随机指令，且每组指令持续时间和每组指令之间的时间间隔是一致的；在每组指令发布前先发布一个定时提醒指令，用于提醒病患将要给出运动想象任务的指令；提醒指令发布完毕后，发布运动想象任务指令，在随机指令持续时间内病患根据运动想象任务指令执行运动想象任务，并获得该次运动想象任务的分类识别结果；在每组指令间隔时间内，根据运动想象任务的分类识别结果进行对应的虚拟现实场景中的反馈；直到所有组数的指令发布完毕，结束有指令训练模式的训练过程。4.如权利要求2所述的基于运动想象和事件相关电位的康复训练系统，其特征在于，所述自主训练模式的训练过程，具体为：在一次自主训练的持续时间内，连续采集病患自主进行运动想象任务的脑电信号；当检测到病患的脑电信号的想象强度超过设定的可变阈值时；根据病患此次运动想象任务的脑电信号进行分类识别，得到自主想象分类识别结果；根据自主想象分类识别结果进行对应的虚拟现实场景中的反馈。5.如权利要求2所述的基于运动想象和事件相关电位的康复训练系统，其特征在于，所述针对训练模式的训练过程，具体为：依次发布定量组数的相同的针对训练指令，且每组针对训练指令持续时间和每组针对训练指令之间的时间间隔是一致的；在每组针对训练指令发布前先发布一个定时提醒指令，用于提醒病患将要给出针对训练运动想象任务指令；提醒指令发布完毕后，发布针对训练运动想象任务指令，在针对训练指令持续时间内病患根据针对训练运动想象任务指令执行针对训练运动想象任务，并获得该次针对训练运动想象任务的分类识别结果；在每...

【专利技术属性】
技术研发人员：李沛然，彭福来，张宁玲，王智勇，陈财，张蕴洁，张昔坤，李光林，
申请(专利权)人：山东中科先进技术有限公司，
类型：发明
国别省市：