辅助运动训练系统和方法技术方案

本发明专利技术涉及一种辅助运动训练方法和训练系统，该训练方法主要包括如下步骤：功能定位，找出截肢者幻肢在大脑初级运动皮层中的映射区，作为提取实时神经反馈信号的感兴趣区；基于功能磁共振技术的神经信号实时反馈系统，利用功能磁共振技术实时提取感兴趣区的神经信号指导截肢者进行残肢的运动康复训练；肌电信号采集系统，采集截肢者残肢肌电信号，实时监测截肢者康复训练效果。该运动康复训练系统及方法基于磁共振技术实时监测截肢者大脑初级运动皮层的神经反馈信号，进而指导截肢者进行残肢的运动康复训练，促进截肢者大脑初级运动皮层重组，可显著改善其假肢的运用条件。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及自动控制
，尤其涉及一种。
技术介绍
随着自动控制技术的发展，辅助运动控制方法可广泛应用于医疗、运动等领域。例如，通过控制截肢者进行运动可实现截肢者的运动康复训练。传 统的辅助运动动作的控制方法中，往往只是实现单纯的肌电信号模拟，对假肢进行的一些实用性训练，训练缓慢，效果不理想，难以实现截肢者在使用假肢后大脑初级运动皮层的重塑，不利于截肢者假肢的使用。
技术实现思路
基于此，有必要提供一种能有效促进截肢者大脑初级运动皮层重塑的。一种辅助运动训练系统,包括磁共振扫描装置，对被控元件的拥有者进行实时磁共振扫描，获得被控元件的拥有者的大脑初级运动皮层的扫描图像；处理器，用于接收所述磁共振扫描装置得到的扫描图像，并对所述扫描图像进行分析处理，得到关于大脑初级运动皮层中激活最强的像素区域，生成所述激活最强的像素区域关于像素灰度值变化的参数；显示器，接收并显示所述处理器得到的关于像素灰度值变化的参数，指导被控元件的拥有者进行模拟辅助运动训练。在其中一个实施例中，所述被控元件的拥有者为上肢截肢者；所述对被控元件的拥有者进行实时磁共振扫描是在所述上肢截肢者进行交替的幻肢的想象运动和静息状态时对所述上肢截肢者进行实时磁共振扫描，得到其大脑初级运动皮层的扫描图像。在其中一个实施例中，所述处理器包括存储模块，接收并存储所述扫描图像；感兴趣区获取模块，用于从所述扫描图像中找到大脑初级运动皮层内激活最强的像素点，并以所述像素点为中心生成关于神经反馈信号的感兴趣区作为所述激活最强的像素区域；参考感兴趣区获取模块，用于选取大脑初级运动皮层的轴状位的一层生成参考感兴趣区；灰度值时间序列生成模块，用于获取实时检测的每一帧扫描图像中所述感兴趣区及所述参考感兴趣区的像素灰度值，分别生成所述感兴趣区及所述参考感兴趣区的像素灰度值关于时间的序列；分析模块，按照如下公式计算得到所述感兴趣区的神经信号关于像素灰度值变化的参数fMRI_signal — (Itask/E01_lrest/E0l) _ (Itask/E01_ref_lrest/E01_ref)其中，fMRI_signal为所述感兴趣区的神经信号的像素灰度值变化；Itask/KQI为所述想象运动状态下一帧扫描图像中感兴趣区内所有像素灰度值的平均值；IMst/Kra为静息状态下一帧扫描图像中感兴趣区内所有像素灰度值的平均值；Itask/Kra—M为想象运动状态下一帧扫描图像中参考感兴趣区内所有像素灰度值的平均值 ;Irest/ROI—ref 为静息状态下一巾贞扫描图像中参考感兴趣区内所有像素灰度值的平均值。在其中一个实施例中，所述感兴趣区是在所述大脑初级运动皮层中以所述激活最强的像素点为中心的16. 5*16. 5*5mm3的区域。 在其中一个实施例中，还包括预处理模块，所述预处理模块用于在得到所述扫描图像后对所述扫描图像进行的格式转换、头动校正、标准化及平滑处理。在其中一个实施例中，所述分析模块在得到关于所述像素灰度值变化的参数后，还根据所述神经信号的变化作出关于时间的动态变化曲线，再将所述动态变化曲线传给所述显示器。在其中一个实施例中，所述处理器还包括肌电信号采集模块，所述肌电信号采集模块在上肢截肢者进行幻肢的模拟运动康复训练时实时监测上肢截肢者残肢的肌电信号，并将所述肌电信号反馈给所述显示器显示。一种辅助运动训练方法，包括如下步骤使用磁共振扫描装置对被控元件的拥有者进行实时磁共振扫描，获得被控元件的拥有者的大脑初级运动皮层的扫描图像；对所述扫描图像进行分析处理，得到关于大脑初级运动皮层中激活最强的像素区域，生成所述激活最强的像素区域关于像素灰度值变化的参数；将所述像素灰度值变化的参数显示给被控元件的拥有者，指导被控元件的拥有者进行模拟辅助运动训练。在其中一个实施例中，所述被控元件的拥有者为上肢截肢者；所述对被控元件的拥有者进行实时磁共振扫描是在所述上肢截肢者进行幻肢的想象运动和静息状态时对所述上肢截肢者进行实时磁共振扫描，得到其大脑初级运动皮层的扫描图像；所述想象运动包括在30秒内交替进行的想象握拳和想象展开运动，所述想象握拳和想象展开的频率均为5秒/次，所述静息状态的时间为30秒，所述想象运动与所述静息状态交替进行；所述实时磁共振扫描的采样间隔为2秒。在其中一个实施例中，对所述扫描图像进行分析处理，得到关于大脑初级运动皮层中激活最强的像素区域，生成所述激活最强的像素区域关于像素灰度值变化的参数，包括如下步骤从所述扫描图像中找到大脑初级运动皮层内激活最强的像素点，并以所述像素点为中心生成关于神经反馈信号的感兴趣区作为所述激活最强的像素区域；选取大脑初级运动皮层的轴状位的一层生成参考感兴趣区；获取实时检测的每一帧扫描图像中所述感兴趣区及所述参考感兴趣区的像素灰度值，分别生成所述感兴趣区及所述参考感兴趣区的像素灰度值关于时间的序列；按照如下公式计算得到所述感兴趣区的神经信号关于像素灰度值变化的参数fMRI_signal — (Itask/E01_lrest/E0l) _ (Itask/E01_ref_lrest/E01_ref)其中，fMRI_signal为所述感兴趣区的神经信号的像素灰度值变化；Itask/Kra为所述想象运动状态下一帧扫描图像中感兴趣区内所有像素灰度值的平均值；IMst/Kra为静息状态下一帧扫描图像中感兴趣区内所有像素灰度值的平均值；Itask/Kra—%为想象运动状态下一帧扫描图像中参考感兴趣区内所有像素灰度值的平均值 ;Irest/ROI—ref 为静息状态下一巾贞扫描图像中参考感兴趣区内所有像素灰度值的平均值。 在其中一个实施例中，所述感兴趣区是在所述大脑初级运动皮层中以所述激活最强的像素点为中心的16. 5*16. 5*5mm3的区域。在其中一个实施例中，还包括在得到所述扫描图像后对所述扫描图像进行的格式转换、头动校正、标准化及平滑处理的预处理步骤。在其中一个实施例中，将所述像素灰度值变化的参数显示给被控元件的拥有者具体是根据所述神经信号的像素灰度值变化作出关于时间的动态变化曲线显示给所述上肢截肢者，所述上肢截肢者可根据所述动态变化曲线进行幻肢的想象运动和静息的模拟运动康复训练。在其中一个实施例中，还包括在上肢截肢者进行模拟运动康复训练时实时监测上肢截肢者残肢的肌电信号，并显示所述肌电信号的步骤。上述辅助运动训练系统及方法基于磁共振技术实时监测截肢者大脑初级运动皮层的神经反馈信号，进而从运动皮层角度指导截肢者进行残肢的运动康复训练，促进截肢者大脑初级运动皮层重塑适应新的假肢，可显著改善其假肢的运用条件。此外，该系统及方法还可以在截肢者残肢的运动康复训练过程中实时监测截肢者残肢的肌电信号，从而引入一个客观指标用以评价截肢者运动康复训练的效果。附图说明图I为一实施方式的辅助运动训练系统结构示意图；图2为磁共振扫描过程中截肢者进行交替的想象运动和静息状态的实验设计示意图；图3为截肢者大脑扫描图像中感兴趣区和参考感兴趣区的位置示意图；图4为截肢者神经信号的动态变化曲线图；图5为一实施方式的辅助运动训练方法流程图。具体实施例方式下面主要结合附图及具体实施例对辅助运动训练系统及方法作进一步详细的说明。如图I所示，一实施方式的辅助运动训练系统本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种辅助运动训练系统，其特征在于，包括：磁共振扫描装置，对被控元件的拥有者进行实时磁共振扫描，获得被控元件的拥有者的大脑初级运动皮层的扫描图像；处理器，用于接收所述磁共振扫描装置得到的扫描图像，并对所述扫描图像进行分析处理，得到关于大脑初级运动皮层中激活最强的像素区域，生成所述激活最强的像素区域关于像素灰度值变化的参数；显示器，接收并显示所述处理器得到的关于像素灰度值变化的参数，指导被控元件的拥有者进行模拟辅助运动训练。

【技术特征摘要】
1.一种辅助运动训练系统，其特征在于，包括 磁共振扫描装置，对被控元件的拥有者进行实时磁共振扫描，获得被控元件的拥有者的大脑初级运动皮层的扫描图像； 处理器，用于接收所述磁共振扫描装置得到的扫描图像，并对所述扫描图像进行分析处理，得到关于大脑初级运动皮层中激活最强的像素区域，生成所述激活最强的像素区域关于像素灰度值变化的参数； 显示器，接收并显示所述处理器得到的关于像素灰度值变化的参数，指导被控元件的拥有者进行模拟辅助运动训练。2.如权利要求I所述的辅助运动训练系统，其特征在于，所述被控元件的拥有者为上肢截肢者；所述对被控元件的拥有者进行实时磁共振扫描是在所述上肢截肢者进行交替的幻肢的想象运动和静息状态时对所述上肢截肢者进行实时磁共振扫描，得到其大脑初级运动皮层的扫描图像。3.如权利要求2所述的辅助运动训练系统，其特征在于，所述处理器包括 存储模块，接收并存储所述扫描图像； 感兴趣区获取模块，用于从所述扫描图像中找到大脑初级运动皮层内激活最强的像素点，并以所述像素点为中心生成关于神经反馈信号的感兴趣区作为所述激活最强的像素区域； 参考感兴趣区获取模块，用于选取大脑初级运动皮层的轴状位的一层生成参考感兴趣区； 灰度值时间序列生成模块，用于获取实时检测的每一帧扫描图像中所述感兴趣区及所述参考感兴趣区的像素灰度值，分别生成所述感兴趣区及所述参考感兴趣区的像素灰度值关于时间的序列； 分析模块，按照如下公式计算得到所述感兴趣区的神经信号关于像素灰度值变化的参数 fMRI_signal = (Itask/R0I_I rest/ROi) (I task/ROI—ref -^rest/EOIref^ 其中，fMRI_signal为所述感兴趣区的神经信号的像素灰度值变化；Itask/Kra为所述想象运动状态下一帧扫描图像中感兴趣区内所有像素灰度值的平均值；IMst/Kra为静息状态下一帧扫描图像中感兴趣区内所有像素灰度值的平均值；Itask/Kra—为想象运动状态下一帧扫描图像中参考感兴趣区内所有像素灰度值的平均值 ;Irest/ROI—ref 为静息状态下一巾贞扫描图像中参考感兴趣区内所有像素灰度值的平均值。4.如权利要求3所述的辅助运动训练系统，其特征在于，所述感兴趣区是在所述大脑初级运动皮层中以所述激活最强的像素点为中心的16. 5*16. 5*5mm3的区域。5.如权利要求3所述的辅助运动训练系统，其特征在于，还包括预处理模块，所述预处理模块用于在得到所述扫描图像后对所述扫描图像进行的格式转换、头动校正、标准化及平滑处理。6.如权利要求3所述的辅助运动训练系统，其特征在于，所述分析模块在得到关于所述像素灰度值变化的参数后，还根据所述神经信号的变化作出关于时间的动态变化曲线，再将所述动态变化曲线传给所述显示器。7.如权利要求3所述的辅助运动训练系统，其特征在于，所述处理器还包括肌电信号采集模块，所述肌电信号采集模块在上肢截肢者进行幻肢的模拟运动康复训练时实时监测上肢截肢者残肢的肌电信号，并将所述肌电信号反馈给所述显示器显示。8.ー种辅助运动训练方法，其特征在于，包括如下步骤 使用磁共振扫描装置对被控元件...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘小武，王辉，李琳玲，张浩诗，李光林，秋云海，
申请(专利权)人：中国科学院深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：