[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

说明书

本发明公开了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。本发明结合了神经信息检测手段及其响应机制，强化了各反馈环节的耦合效应，提升了脑‑肌‑肢体多源信息反馈与电刺激辅助康复训练的匹配效率，从而实现了最优运动康复反馈训练效果。

技术领域

本发明涉及肢体运动康复训练领域，尤其涉及一种基于多源信息耦合反馈的电刺激康复训练系统。

背景技术

功能性电刺激属于神经肌肉电刺激类物理技术，是通过预先设计的低频序列脉冲电流以特定的波形、强度和重复频率，按照既定程序刺激特定肌群，诱发肌肉模拟正常自主运动或依据治疗方案完成特定动作，能够加速脑卒中患者神经可塑性转变进程，并逐渐恢复肢体运动功能。目前，功能性电刺激在临床康复中大多以被动训练为主，以固定的频率、时间等进行刺激，缺乏脑-肌-体等多源信息的反馈和实时调整，难以充分发挥功能电刺激的最大行为增益。而脑卒中后运动功能障碍是由脑部血管病变引起神经肌肉通路损伤及肌群协调功能异常导致，往往伴随有大脑不同脑区间的振荡、大脑与肢体肌肉间的信息传递、肢体肌肉间的协同作用、神经血管间的功能耦合等多层次的信息交互特性变化，其康复过程需大脑、肌肉、肢体、生理信息等多级单元共同参与及协调作用，不同运动下交互作用关系也体现一定的时变、双向、非线性耦合特征。尽管现在多模态运动神经反馈训练研究在一定程度上有效克服了上述局限性，但各反馈模式间的同步性与协同性方面仍有待加强。

为此，本发明提出了一种基于多源信息耦合反馈的电刺激康复训练系统。结合了神经信息检测手段及其响应机制，强化了各反馈环节的耦合效应，提升了脑-肌-肢体多源信息反馈与电刺激辅助康复训练的匹配效率，从而实现了最优运动康复反馈训练效果。

发明内容

为实现本发明之目的，采用以下技术方案予以实现：

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，其中：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；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。

所述的基于多源信息耦合反馈的电刺激康复训练系统，其中：信息采集模块包括：近红外脑功能设备，用于采集患者在康复训练过程中的脑氧近红外光神经信号；肌电信息采集仪，用于采集患者在康复训练过程中的肌电信号；心电采集仪，用于采集患者在康复训练过程中的心电信号；深度摄像机，用于采集患者在康复训练过程中的肢体运动图像信息。

所述的基于多源信息耦合反馈的电刺激康复训练系统，其中信息处理分析模块用于对信息采集模块采集到的信号进行预处理：信息处理分析模块用于对信息采集模块采集到的信号进行预处理，即：对脑氧近红外光神经信号进行滤波以去除长距离的基线漂移和干扰噪声；对肌电信号使用高斯滤波器处理以去除肌电信号的工频噪声；对心电信号使用带通滤波器处理以去除心电信号的伪迹；对肢体运动图像信息进行图像预处理。

所述的基于多源信息耦合反馈的电刺激康复训练系统，其中：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。

所述的基于多源信息耦合反馈的电刺激康复训练系统，其中：任务评估模块按如下方式建立患者任务完成度评估模型：