基于状态监控的主动式运动神经康复技术研究

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随着当前社会的老龄化程度的加剧,我国中老年人脑卒中患病的概率持续增加,其病后康复尤其重要,已引起社会各界的高度关注。常规的康复训练,往往需要患者在专业康复医师的指导下进行,不仅操作繁琐、训练周期长,而且多为被动式训练,由此导致患者主动参与度不高。运动想象(Motor Imagery,MI)疗法,亦称主动式运动神经康复技术,已经成为当前康复领域和脑机接口(Brain Computer Interface,BCI)领域的研究热点。但也存在着诸多的问题:由于患者个体差异导致MI执行效果的较大差别;同时,治疗程度的好坏易受个人状态影响;此外,患者主动参与度不够,且难以持续保持,需要合理调动。由于个人状态监控的指标众多,诸如疲劳度、情绪、注意状态等,鉴于增强注意力对提升运动想象效果的重要影响,同时注意力也可以反映注意状态,因此本文选用注意状态作为状态监控的指标。为了更好地解决运动想象疗法与状态监控的问题,提升康复效果,本文设计了一种基于监控注意状态的运动想象康复系统,进行了以提升被试注意状态为目的的实验,并构建了相关的系统进行验证。本文的主要研究内容如下:首先,设计离线实验系统,并进行硬件设备的连接与调试,实验范式的设计。在此基础之上进行实验,并且对实验数据先进行预处理,然后通过时域、频域、时频域、配对t检验与阿尔法调制指数(Alpha Modulation Index,AMI)等方法进行多角度的特征提取与分析,验证了AMI指标对评价注意状态的有效性,并进行最佳脑区和导联优化选择;然后,设计了在线试验系统,通过Theta与Beta节律的能量的比值(Theta/Beta Ratio,TBR)指标、小波能量、功率谱密度(Power Spectral Density,PSD)与脑电地形图等指标的可视化,实时反馈被试的运动想象效果与注意状态;最后,通过与对照数据的对比,系统可以评估被试的注意状态,据此控制机械臂的移动来将结果直观的反馈给被试。
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