[发明专利]一种识别下肢多关节运动想象的方法

说明书

本发明属于运动想象的技术领域，具体涉及一种识别下肢多关节运动想象的方法，包括步骤一、在患者对某肢体关节做运动想象时，采集脑电信号，经信号预处理、特征提取及分类识别；步骤二、解码出患者当前想象的动作；步骤三、通过驱动刺激器控制患肢做被动运动来作为反馈形成闭环，并反复训练。本发明能够识别下肢多关节运动想象，让患者在康复训练过程中更精细地控制下肢的想象动作，有助于提高康复治疗效果。

技术领域

本发明属于运动想象的技术领域，具体涉及一种识别下肢多关节运动想象的方法。

背景技术

运动想象作为BCI的重要范式之一，其对运动行为的心理演练而未有明显运动输出，可直接映射用户运动意图，而且对无法进行自主运动患者的康复训练具有独特优势。MI-BCI基于此从而能以自然、直观的命令方式实现控制，给大脑完好但肢体运动功能严重受损的患者提供一种直接使用大脑控制外设的信息通路，能够在康复训练中改善病患肢体运动功能的同时，一定程度上修复病患受损伤的运动神经，得以广泛研究。

已有研究显示运动想象可以使脑卒中患者增强并激活大脑中某些特定的运动功能区，进而达到恢复运动能力的效果，对中风患者或其他有神经功能障碍的患者的康复具有重要的意义。运动想象与运动执行有相似的认知过程。大脑在运动想象过程中，会激活或抑制特定的神经细胞，导致脑电信号部分频段出现信号的幅值减弱或能量下降的现象，这种现象称为事件相关去同步(event related desynchronization,ERD)。相对而言，大脑在静息状态下出现信号的幅值增加或能量上升的现象就是事件相关同步现象。不同的想象动作的神经活动所诱发的ERD在位置上与能量上有一定差别，通过检测这种ERD特征差异可以识别出具体的想象动作模式。

目前运动想象脑-机接口主要依赖ERD/ERS的空间分布特征来区分不同的运动想象任务，比如基于左右手的运动想象，因为需要精细控制的上肢(如手臂、手指等)映射到大脑皮层外表面且占据运动皮质较大区域，左手和右手对应的大脑运动感觉皮层区分别分布在大脑的右侧和左侧，在进行手部的运动想象时，会出现明显的对侧现象。所以此类脑-机接口系统的分类准确率相对较高。对下肢运动障碍尤其是下肢瘫痪的患者来说，若能使用MI-BCI进行运动想象辅助训练，重塑神经通路，由大脑直接控制外部机构牵引下肢相应部位运动，将对患者带来很大的便利，并且康复医学上认为由主动运动意识引导肢体运动的康复训练效果要好于完全被动的牵引训练。因此对上述病患人群来说，下肢MI-BCI有着极大的应用价值和实用性。研究表明，当进行下肢部位的运动想象时，ERD现象也会出现，因此理论上MI-BCI系统可以根据ERD特征的差异解码出下肢的运动意图，驱动执行结构牵引相应部位做出所想象的动作，完成大脑对下侧患肢的主动控制，如此具有较好的神经诱导效应，从而带来更好的康复治疗效果。

但是，下肢的运动想象所诱发的出现能量下降的ERD现象主要集中在大脑皮层区中央处，这一点与手部运动想象时的对侧性ERD现象不同，左右下肢在大脑皮层基本对应相同的投射区域，由此造成下肢较上肢的分类难度更大，不仅如此，根据已有研究的实验现象，单侧左脚和右脚运动想象在头皮上的脑电图地形图分布中没有表现出差异，这意味着ERS/ERD不是区分想象左脚、右脚运动的EEG特征。在左脚和右脚脚踝运动想象中，在顶点附近几乎相同的位置观察到ERD现象，这表明两个运动想象任务(左脚和右脚)的ERD特征不能提供辨别信息，因此利用ERD的能量和分布差异进行运动意识解码的下肢MI-BCI系统一直以来并未有较好的效果。因此在实验范式方面有必要进行进一步地改善和设计。