[发明专利]一种基于多源信息耦合反馈的电刺激康复训练系统

权利要求书

1.一种基于多源信息耦合反馈的电刺激康复训练系统，包括虚拟现实模块、信息采集模块、信息处理分析模块、任务评估模块、电刺激开关模块、反馈模块、电刺激控制模块和电刺激模块，其特征在于：虚拟现实模块用于根据患者的临床评估结果提供患者的康复训练任务；信息采集模块用于采集患者的康复训练过程中的脑功能、电生理和运动图像信息；信息处理分析模块用于处理和分析从采集模块同步采集到的脑功能、电生理和运动图像信息；任务评估模块用于根据信息处理分析模块得到的信息对患者在虚拟现实任务下的任务完成情况进行评估，任务评估模块根据患者在康复训练过程中脑功能连接度、专注度和任务评分，建立患者任务完成度评估模型；电刺激开关模块用于根据患者的任务完成评估情况启动或关闭电刺激；反馈模块用于反馈电刺激过程中的脑功能与心电、肌电的耦合情况；电刺激控制模块用于根据反馈模块反馈的耦合信息进行电刺激控制参数的调整；电刺激模块用于根据电刺激开关模块输出的启动或关闭指令启动或关闭，根据电刺激控制模块输出的具体参数指令进行参数调整；

任务评估模块按如下方式建立患者任务完成度评估模型：

对预处理后的患者在康复训练过程中的脑氧近红外光神经信号进行复小波变换、小波相位相干性计算，计算各通道光神经信号间的皮尔逊相关系数和显著性水平，若两个通道的光神经信号显著相关，则定义存在功能连接，从而计算健侧和患侧脑区的功能连接通道数量，并基于患侧功能连接指标计算规则，得出患侧脑功能连接指标L_i：

其中，CI为健侧脑区存在的功能连接数量，TI为健侧脑区总通道数量，CC为患侧脑区存在的功能连接的通道数量，TC为患侧脑区总通道数量，L_gh为两两通道之间的最短路径，用来表征信息传递的效率和速率，L_gh中的g、h表示不相同的两个脑区通道；

对预处理后的患者在康复训练过程中的心电信号，提取心率变异性指标，并对其进行时域和频域分析，建立基于心电的专注度指标Z_a：

其中，LF、HF分别为心率变异性指标的低频功率和高频功率，P_i(e^jw)为心率变异性信号在某个采样周期内的平均功率谱，δ(e^jw)为脉冲函数功率谱，SDNN是心率变异性的时域特征标准差，PNN是心率变异性信号RR间期大于50毫秒的数量占RR数量总数的百分比，α、β为权重系数，e为自然常数，w为心率变异性信号的中心频率，j为复数的虚部；

对预处理后的患者在康复训练过程中的运动图像信号和肌电信号，进行患者运动轨迹和虚拟现实实际任务的运动轨迹对比分析，建立虚拟现实环境下的任务评分指标P_c：

其中，Q为运动轨迹完整性系数，Rc为系统给出的与虚拟现实任务轨迹的对比评分，X_i为预处理后肌电信号，N为肌电信号对应的时间窗长度，n为肌电信号的采样点数，θ、为深度摄像机图像信号中肩关节和肘关节的关节活动最大角度；

任务评估模块基于数据驱动的权重分析机制，从脑功能连接指标、专注度指标和任务评分指标三方面建立患者康复训练任务完成度指标F：

F＝C₁*L_i+C₂*Z_a+C₃*P_c

其中，C₁、C₂、C₃权重系数；

数据驱动的权重分析机制如下：

其中，C_j表示第j个特征的权重系数，p_j表示第j个特征在所收集的关于患者康复训练任务完成度样本数据库中的波动程度，即第j个特征的标准差，设第j个特征的n个样本值为x_j(1)、x_j(2)...x_j(n),

w_j表示偏差系数，可由下式获得：

其中，w_j表示偏差系数，λ为门限值。