基于3D虚拟现实技术的康复训练系统及其应用于脑卒中患者运动想象训练研究

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脑卒中已成为世界上成年人长期残疾的主要原因之一,而且具有高发病率、高病死率、高致残率及高复发率的特点。卒中后最常见的症状是偏瘫,由于身体一侧活动能力受损,偏瘫患者患有严重的肢体损伤和日益下降的生活质量。运动想象训练作为一种康复疗法,可以通过神经可塑性进行网络重组,在一定程度上促进运动皮层的兴奋性和增加大脑皮层中神经网络的活动,具有促进卒中后患者康复的潜力。然而,传统的运动想象疗法存在一些局限性。首先,运动想象通常由康复治疗师语音指导患者重复进行简单动作的想象,训练过程不仅依赖治疗师的引导,且单调的训练过程可能降低参与者的积极性;其次,由于患者在训练过程缺乏实时监测和反馈评估,无法确定患者是否能够集中精力并正确完成治疗师的指令。围绕以上问题,本文结合新兴的虚拟现实技术,并利用肌电检测技术作为实时反馈和评估方法,开发了一套基于肌电实时反馈的虚拟现实康复训练系统,可用于脑卒中患者的运动想象训练研究。这套系统一方面具有沉浸式、可交互性和想象空间大的特点,另一方面可量化患者参与度,提供个性化的运动想象训练手段。而且,为了验证康复训练系统对临床脑卒中患者在运动想象训练中的适用性和影响,本文研究共招募了8名脑卒中患者参与四个实验:评估实验、运动想象实验、动作观察实验、运动想象和动作观察实验。通过使用大脑活动映射图和非参数Friedman检验方法对患者的大脑激活活动进行分析,实验结果显示运动想象和动作观察实验在alpha频段比其它实验产生更明显的事件相关去同步化特征,在beta频段比动作观察实验能够诱导相对明显的事件相关去同步化特征。此外,肌电实时反馈对训练的影响表明运动想象和动作观察实验的肌力值高于运动想象实验,两者均高于其它实验,而且运动想象和动作观察实验的总体训练得分优于动作观察实验。因此,本文研究认为肌电信号能够作为一种可量化评估患者在运动想象训练过程中的参与度的方法,并提供个性化训练,而且基于肌电实时反馈的虚拟现实康复训练系统可促进脑卒中患者的运动想象训练,有潜力成为面向卒中后康复的有价值的工具。本文的创新点可以概括为以下两点:(1)将3D虚拟现实技术和传统运动想象疗法结合,为强化脑卒中患者的运动想象康复训练效果提供一种方法。(2)提出了以肌电信号作为虚拟现实场景的实时反馈技术,提供了量化患者运动想象训练参与度的方法和个性化训练方案。
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