脑机镜像康复训练系统及方法与流程

1.本发明涉及康复训练技术领域，具体而言涉及脑机镜像康复训练系统及方法。


背景技术：

2.在日常生活中，因脑卒、工伤、交通事故等因素所引起的手部功性障碍的患者越来越多；在治疗过程中，不仅需要手术或药物治疗，还需要科学的康复训练计划；目前，有两种康复训练方式：一是采用人工康复训练，即通过治疗师帮助患者完成每个指定的动作；二是采用康复训练机器人，辅助患者完成指定的动作。
3.采用人工康复训练，不仅增加了工作人员的工作量、劳动强度大，康复训练效果差；采用康复训练机器人，尽管能降低工作量、劳动强度，但只能起到被动训练的作用，即通过康复机器人带动患肢动作，使患肢对大脑的单向刺激来促进神经通路的重塑，这种方式缺乏患者的主动参与，缺乏主动运动意念的激发，康复治疗效果差。


技术实现要素：

4.针对现有技术中脑机镜像康复训练系统的缺陷与不足，本发明的目的在于能通过虚拟动画的方式造成患肢正常动作的假象，从而使大脑对患肢进行主动刺激，来重塑神经通路，促进患肢功能的康复。
5.本发明第一方面提出一种脑机镜像康复训练系统，包括：
6.脑电采集装置，所述脑电采集装置用于采集大脑的脑电信号并发出；
7.控制器，所述控制器用于接收所述脑电采集装置采集的脑电信号，并根据脑电信号发出第一执行信号；
8.镜像康复装置，所述镜像康复装置上设置有显示屏，所述显示屏用于接收控制器发出的第一执行信号，并根据第一执行信号显示仿真手的动作；
9.其中，所述镜像康复装置上还设置有用于供患肢放置的容纳腔，当患肢放置于容纳腔内后，患者只能看到显示屏上的仿真手。
10.本发明第二方案提出一种技术方案，一种脑机镜像康复训练系统，还包括手部活动仪，所述手部活动仪设置于容纳腔内，并用于带动患肢动作；
11.其中，所述控制器根据接收到的脑电信号，发出第二执行信号，所述手部活动仪接收所述第二执行信号，并根据第二执行信号带动患肢动作。
12.优选的，还包括安装托，所述安装托与所述镜像康复装置滑动连接所述手部外骨骼设置于安装托上。
13.优选的，所述镜像康复装置为镜像康复桌，所述镜像康复桌包括底座、调节机构和承载组件，所述调节机构设置于底座与承载组件之间，并用于调节承载组件的高度，所述容纳腔和显示屏均设置于承载组件上。
14.优选的，所述承载组件包括第一连接件、第二连接件、桌板和抽屉，所述第一连接件和第二连接件沿第一方向依次设置，所述桌板设置于第一连接件的第一端和第二连接件
的第一端，所述抽屉设置于第一连接件的第二端和第二连接件的第二端，所述第一连接件、第二连接件、桌板和抽屉围成所述容纳腔；
15.其中，所述第一连接件和第二连接件之间的距离从其第一端到第二端逐渐增大。
16.优选的，所述抽屉可沿第二方向往复滑动的设置于第一连接件和第二连接件上。
17.优选的，所述镜像康复桌还包括遮挡件，所述遮挡件设置于容纳腔的开口处，并用于开闭容纳腔。
18.优选的，所述镜像康复桌还包括位置传感器，所述位置传感器用于检测患肢的位置，并发出相应的位置信号，所述控制器接收位置信号，并发出执行信号，所述显示屏接收执行信号，且根据所述执行信号，显示屏上的仿真手沿第一方向或第二方向调整跳动，使所述显示屏上的仿真手与患肢重合。
19.本发明第三方面提出一种技术方案，一种脑机镜像康复训练方法，使用第一种方案所述的脑机镜像康复训练系统，包括以下步骤：
20.将患肢放置于容纳腔内，使得患者的眼睛看不到容纳腔内的患肢；
21.将脑电帽外戴于患者的头上，获取患者大脑想象患肢动作的脑电信号并发出；
22.通过控制器接收脑电信号，并分析处理发送至显示屏；
23.根据控制器的处理结果，控制器控制显示器上的仿真手动作，使仿真手的动作与大脑想象的患肢的动作相同，患者获取显示器上仿真手动作，可当做患肢正常动作，以主动刺激患肢的运动神经康复。
24.本发明第四方面提出一种技术方案，一种脑机镜像康复训练方法，使用第二种方案所述的脑机镜像康复训练系统，包括以下步骤：
25.将患肢放置于容纳腔内，使得患者的眼睛看不到容纳腔内的患肢；
26.将脑电帽外戴于患者的头上，获取患者大脑想象患肢动作的脑电信号并发出；
27.通过控制器接收脑电信号，并分析处理发送至显示屏；
28.根据控制器的处理结果，控制器控制显示器上的仿真手动作，使仿真手的动作与大脑想象的患肢的动作相同，患者获取显示器上仿真手动作，可当做患肢正常动作，以主动刺激患肢的运动神经康复；
29.将手部活动仪佩戴到患肢上，控制器控制手部活动仪使患肢动作，使患肢动作与大脑想象的患肢的动作相同。
30.与现有技术相比，本发明的优点在于：
31.采用该康复训练系统，可减少工作人员的工作量，通过预制程序控制训练过程，能保证康复训练的一致性。
32.通过仿真手对患肢的镜像作用，在大脑想象患肢动作时，通过控制器控制显示屏上的仿真手动作，造成患肢正常动作的假象，从而使大脑对患肢进行主动刺激，来重塑神经通路，促进患肢功能的康复。
33.通过将显示屏设置于桌体上，并且在桌体上设置容纳腔，不仅便于患者使用，还具有结构紧凑性高的优点。
34.通过手部活动仪的设置，能通过大脑主动刺激和手部活动仪共同完成康复训练，进一步提高康复训练效果。
35.采用该镜像康复桌，能根据不同患者的身高调节桌板的高度，不仅便于患者观看
显示屏上的仿真手，同时，还使患肢放置舒适。
附图说明
36.附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本发明的各个方面的实施例，其中：
37.图1为脑机镜像康复训练系统的第一结构示意图；
38.图2为脑机镜像康复训练系统的第二结构示意图；
39.图3为康复桌不含遮挡件的轴测图；
40.图4为康复桌与手部活动仪的轴测图；
41.图5为图3中的局部爆炸图；
42.图6为图5中的调节机构的轴测图；
43.图7为图5中的承载组件的轴测图；
44.图8为图7中承载组件的爆炸图；
45.图9为图7中承载组件的第一剖视图(未加抽屉)；
46.图10为图7中承载组件的第二剖视图；
47.图11为图7中第一连接件的轴测图；
48.图12为图7中抽屉的轴测图；
49.图13为控制器的算法结构图；
50.图14为图13中第一阶段训练建模的结构图；
51.图15为康复桌的遮挡件封闭容纳腔的示意图；
52.1-桌体；1a-容纳腔；11-底座；12-调节机构；121-第一调节杆；122-第二调节杆；123-支撑杆；13-承载组件；13a-第一腔室；13b-第二腔室；131-第一连接件；1311-第一端板；1312-第一连接板；1313-第二端板；132-第二连接件；133-底板；133a-第二通孔；134-桌板；134a-安装槽；135-抽屉；135a-第一通孔；1351-第一限位板；1352-第二限位板；1353-加强板；136-分隔板；137-门板；137a-条形孔；14-万向轮；15-辅助连接件；16-遮挡件；161-遮挡件本体；162-第一连接部；163-第一圆环部；164-第二连接部；165-第二圆环部；166-第三连接部；17-位置传感器；
53.2-显示屏；
54.3-手部活动仪。
具体实施方式
55.为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。
56.实施例1
57.如图1、图3所示，本发明第一方面提出一种技术方案，一种脑机镜像康复训练系统，包括脑电帽、控制器和镜像康复桌，该脑电帽用于外戴于患者的头上，并基于患者大脑的意念(大脑想象患肢的动作，比如伸展、弯曲等)获取相应的脑电信号；控制器与脑电帽电连接，控制器用于接收脑电帽的脑电信号，并分析处理；镜像康复桌包括桌体1和显示屏2，该显示屏2安装于桌体1的上侧，并与控制器电连接，显示屏2在控制器的控制下，根据对脑
电信号的分析结果，显示仿真手的正常动作(仿真手的动作与大脑想象患肢的动作相同)，并供患者的眼睛观看。
58.其中，桌体1上还设置有容纳腔1a，用于放置患者的患肢，使得患者的眼睛不能看到患肢动作，只能看到显示屏2上的仿真手动作；这里显示屏2上的仿真手起到对患肢的镜像作用，即患者将仿真手的动作误判为患肢的动作，从而造成患肢正常动作的假象，使得患者持续想象，对患肢进行主动刺激，来重塑神经通路，进而提高患肢康复效果。
59.采用该镜像康复训练系统，不再需要康复师完成每个指定的康复动作，从而降低了工作人员的工作量及工作强度，同时，还能保证康复训练的一致性(避免因康复师不同或其它因素造成康复训练不一)，进一步提高康复训练效果。如图3-4所示，该桌体1包括底座11、调节机构12和承载组件13；调节机构12设置于底座11与承载组件13之间，并用于调节承载组件的高度，从而满足不同身高的患者。
60.该显示屏2设置于承载组件13的上侧，便于患者观看，该容纳腔1a设置于承载组件13的下侧，便于患肢的放置。
61.见图3中所示，定义k向、l向、m向分别对应于镜像康复桌的长度方向、宽度方向、高度方向，底座11有两个，沿k向依次设置，且两底座11的下侧还分别设置有两个万向轮14，万向轮14的设置便于底座11的移动，在移动该镜像康复桌时，能降低工作人员的工作强度。
62.如图5-6所示，该调节机构12包括第一调节杆121、第二调节杆122、支撑杆123和控制手柄(图中未体现)，第一调节杆121、第二调节杆122的下端分别安装于两底座11上，支撑杆123的两端分别连接于第一调节杆121的上端和第二调节杆122的上端，控制手柄安装于支撑杆123上，通过按动控制手柄，第一调节杆121和第二调节杆122沿m向同步移动，从而起到调节支撑杆123的高度的作用。
63.采用该调节机构，不仅具有调节高度的作用，还具有结构简单、便于装配、成本低廉的优点。
64.如图5、图7-10所示，该承载组件13包括第一连接件131、第二连接件132、底板133、桌板134、抽屉135、分隔板136和门板137，第一连接件131和第二连接件132沿k向依次外套于支撑杆123上，且第一连接件131、第二连接件132之间的距离沿m向从下到上逐渐增大，从而增大了第一连接件与第二连接件之间的空间。
65.进一步的，底板133的两端分别连接于第一连接件131、第二连接件132的下端，底板133的设置，能增加第一连接件131和第二连接件132安装的稳固性；桌板134的下端安装(可直接安装，还可设置中间构件)于第一连接件131和第二连接件132的上端，该桌板134的上平面上开设有安装槽134a，显示屏2安装于安装槽134a内，通过将该屏幕2安装于安装槽134a内，相较于直接安装于桌板134的上平面上，能提高结构紧凑性。
66.其中，第一连接件131、底板133、第二连接件132和桌板134围成沿l向贯穿的开口腔室，分隔板136分别连接于第一连接件、第二连接板132和底板133上，并将开口腔室分隔成第一腔室13a和第二腔室13b，该门板137铰接于底板133的后端，并用于开闭第二腔室13b；该第二腔室内用于安装电气元件。
67.进一步的，抽屉135设置于第一腔室13a内，该抽屉135可沿l向滑动(通过滑轨的方式实现)的安装于第一连接件131和第二连接件132上，该第一连接件131、抽屉135、第二连接件132和桌板134围成容纳腔1a，并且该抽屉135用于放置患肢或手部活动仪用，该抽屉采
用滑动的设置，便于患者使用。
68.具体的，该容纳腔1a的截面形状可为梯形、矩形、弧形状，在本例中，该容纳腔1a的截面形状呈梯形状，不仅增大了容纳腔1a的空间，同时，还提高了结构稳定性。
69.如图11所示，第一连接件131包括第一端板1311、第一连接板1312、第二端板1313，第一连接板1312可拆卸的连接于第一端板1311和第二端板1313之间，采用可拆卸式连接，具有结构简单，互换性高的优点。
70.优选的，支撑件123上还设置有辅助连接件15，第一端板1311安装于辅助连接件15上，辅助连接件15的设置，增大了与第一端板1311之间的接触面积，从而降低了应力，提高了结构稳定性，该第二端板1313与底板133连接，且该抽屉135的第一端与第二端板1313滑动连接(抽屉与第二端板之间通过滑块与滑轨实现滑动功能)。
71.相应的，第二连接板与第一连接板结构相同设置，在此不再赘述。
72.如图12所示，该抽屉135上沿l向依次设置有第一限位板1351、第二限位板1352和加强板1353，该第一限位板1351和第二限位板1352用于对患肢或手部活动仪进行限位，避免患肢或手部活动仪滑脱抽屉135或伸入过多，同时还能加强抽屉的结构强度，该加强板1353用于对抽屉的结构强度进行加强。
73.具体的，在抽屉135上还开设有第一通孔135a，该第一通孔135a有三个，沿k向依次设置，并且该第一通孔135a沿l向位于第二限位板1352和加强板1353之间，第一通孔的开设，具有减重、通风的效果，还不会对患肢或手部活动仪造成影响。
74.如图8所示，门板137上开设有条形孔137a，该条形孔的布置呈平行四边形状，不仅具有减重、通风散热，还具有美观的效果。
75.在该底板133上开设有第二通孔133a，该第二通孔有多个，呈阵列式布置于底板上，该第二通孔的开设同样具有减重、通风散热的效果。
76.在使用时，首先按动控制手柄，根据患者的身高，将桌板134调节到合适的高度，将抽屉135拉出容纳腔1a，待患肢放到抽屉135上后，再将抽屉推送入容纳腔内，此时患者的眼睛只能看到显示屏，不能看到患肢；同时，将脑电帽外套于患者的头上，通过患者的大脑想象患肢的正常动作(伸张、弯曲等)，脑电帽获取大脑想象的脑电信号并发出；通过控制器获取脑电帽发出的脑电信号，并分析处理，通过控制器的分析结果，控制显示屏2上仿真手动作(该仿真手与大脑想象的动作相同)，患者能从显示屏2上直观的看到仿真手的动作，通过仿真手对患肢的镜像作用，造成患肢正常动作的错觉，使大脑主动对患肢的运动神经进行刺激，从而起到主动康复的效果，同时，患者看到仿真手动作，会强化大脑的想象，提高专注度。
77.具体的，结合图13-14所示，该控制器的信息处理过程：第一阶段训练建模(用于建模)
→
第二阶段训练测试(通过采集到的脑电信号，控制仿真手动作)
→
结束。
78.其中，第一阶段和第二阶段根据患者的严重程度，设定不同的次数，每次均经过预制程序进行分类训练，例如握拳，伸展手指等动作，在此之前，处理器通过对脑电信号处理进行特征提取。
79.在上述的实施例中，镜像康复桌还包括位置传感器，位置传感器用于检测患肢的位置，并发出相应的位置信号，控制器接收位置信号，并发出执行信号，显示屏2接收执行信号，且根据执行信号，显示屏2上的仿真手沿第一方向或第二方向调整跳动，使显示屏2上的
仿真手与患肢重合。
80.如此，显示屏2不仅可以显示患者手的伸张、弯曲等动作，同时也可以追踪患者手的移动(第一方向或第二方向)，令患者更容易产生患肢正常动作的错觉。
81.本发明第三方面提出一种技术方案，一种脑机镜像康复训练方法，使用第一种方案所述的脑机镜像康复训练系统，包括以下步骤：
82.步骤1、将患肢放置于容纳腔内，使得患者的眼睛看不到容纳腔内的患肢；
83.步骤2、将脑电帽外戴于患者的头上，获取患者大脑想象患肢动作的脑电信号并发出；
84.步骤3、通过控制器接收脑电信号，并分析处理发送至显示屏；
85.步骤4、根据控制器的处理结果，控制器控制显示器上的仿真手动作，使仿真手的动作与大脑想象的患肢的动作相同，患者获取显示器上仿真手动作，可当做患肢正常动作，以主动刺激患肢的运动神经康复。
86.实施例2
87.如图2、4所示，本发明第二方面提出一种技术方案，与实施例1不同之处在于，该脑机镜像康复系统包括脑电帽、控制器、镜像康复桌和手部活动仪3(左、右手)，该脑电帽用于外戴于患者的头上，基于患者大脑的意念(大脑想象患肢的动作，比如伸展、弯曲等)获取相应的脑电信号；控制器与脑电帽5电连接，控制器用于接收脑电帽5的脑电信号，并分析处理；镜像康复桌包括桌体1和显示屏2，该显示屏2安装于桌体1的上侧，并与控制器电连接，显示屏2在控制器的控制下，显示仿真手的动作(仿真手的动作与大脑想象的动作相同)，并供患者的眼睛观看。
88.该桌体1上设置有容纳腔1a，手部活动仪3与控制器电连接，并被控制器驱动，该手部活动仪3用于外套于患肢上，并将手部活动仪3放置于容纳腔1a内，使得患者的眼睛不能看到手部活动仪3，只能看到显示屏上的仿真手，从而使得显示屏上的仿真手对患肢起到镜像作用，即通过患者大脑想象，仿真手动作，让大脑误以为是患肢在正常动作，使得大脑主动刺激大脑的运动神经。
89.进一步的，对于损伤严重的患者，在使用时，首先将手部活动仪3外套于患者的患肢上，按动控制手柄，根据患者的身高，将桌板134调节到合适的高度，再将抽屉135拉出容纳腔1a，待手部活动仪放到抽屉135上后，再将抽屉推送入容纳腔内，此时患者的眼睛只能看到显示屏，不能看到手部活动仪；将脑电帽5外套于患者的头上，患者的大脑想象患肢的正常动作(伸张、弯曲等)，通过脑电帽5获取大脑想象的脑电信号；控制器获取脑电信号，并分析处理，将大脑想象的意念(大脑想象患肢的动作，比如伸展、弯曲)，作为仿真手显示于显示屏上，使得患者能从显示屏上直观的看到仿真手的动作，该仿真手的动作与大脑想象的动作相同，使得患者产生患肢正常动作的错觉；同时，控制器控制手部活动仪3带着患肢动作，通过大脑主动刺激和手部活动仪共同完成康复训练；当患肢恢复一部分后，可取下手部活动仪，将患肢直接放置于容纳腔内，通过仿真手的镜像作用，在控制器控制仿真手动作时，患者产生患肢正常动作的错觉，从而使得通过大脑主动刺激大脑的运动神经，起到主动训练的目的，促进患肢功能康复。
90.进一步的，镜像康复桌还包括安装托17，安装托17上安装手部活动仪，并且安装托17可沿k向/l向滑动的安装于抽屉上，其中，安装托上设置位置传感器(图中未示出)。
91.位置传感器用于检测患肢的位置，并发出相应的位置信号，控制器接收位置信号，并发出执行信号，显示屏2接收执行信号，且根据执行信号，显示屏2上的仿真手沿第一方向或第二方向调整跳动，使显示屏上的仿真手与患肢重合。
92.如此，显示屏2不仅可以显示患者手的伸张、弯曲等动作，同时也可以追踪患者手的移动(第一方向或第二方向)，令患者更容易产生患肢正常动作的错觉。
93.实施例3
94.结合图15所示，镜像康复桌还包括遮挡件16，遮挡件16设置于容纳腔1a的开口处，遮挡件16被设置成患者的手臂可以穿过遮挡件16，伸入容纳腔1a内，并且通过该遮挡件16遮挡容纳腔1a内的手臂，使得在康复训练过程中，患者的眼睛不能看到容纳腔1a内的仿真手。
95.如图5、图15所示，该遮挡件16包括遮挡件本体161、第一连接部162、第一圆环部163、第二连接部164、第二圆环部165、第三连接部166。
96.其中，该遮挡件本体161的上端铰接于底板133上，且遮挡件本体161上开设有贯穿遮挡件本体的矩形槽。
97.进一步的，第一连接部162、第一圆环部163、第二连接部164、第二圆环部165、第三连接部166依次连接，且该第一连接部161的第一端连接于矩形槽的第一侧面上，第三连接部166的第二端连接于矩形槽的第二侧面上。
98.该第一连接部162、第二连接部164、第三连接部166可沿k向伸长/缩短(可通过弹性变形、折叠的方式实现)，使得第一圆环部163、第二圆环部165均沿k向往复移动，第一连接部、第二连接部、第三连接部始终保持封闭矩形槽。
99.在可选的实施例中，第一连接部162、第二连接部164、第三连接部166为柔软的硅胶膜一体成型，其边缘与遮挡件本体161固定，例如通过压接或卡合等方式。
100.在使用时，患者的手臂穿过第一圆环部163和/或第二圆环部165伸入容纳腔1a内，从而通过该遮挡件16遮挡容纳腔内的患肢手，避免被患肢的眼睛看到；
101.由于第一连接部162、第二连接部164、第三连接部166的弹性形变，使第一圆环部、第二圆环部可沿k向移动，满足患肢手的移动。
102.具体的，该第一圆环部、第二圆环部的内径可调，即可根据患者的手臂大小调节，例如第一圆环部、第二圆环部的内径是通过弹性带束紧制成的，当手臂伸入时，弹性带被拉伸而变大，包裹在手臂表面。
103.本发明第四方面提出一种技术方案，一种脑机镜像康复训练方法，使用上述的脑机镜像康复训练系统，包括以下步骤：
104.步骤1、将患肢放置于容纳腔内，使得患者的眼睛看不到容纳腔内的患肢；
105.步骤2、将脑电帽外戴于患者的头上，获取患者大脑想象患肢动作的脑电信号并发出；
106.步骤3、通过控制器接收脑电信号，并分析处理发送至显示屏；
107.步骤4、根据控制器的处理结果，控制器控制显示器上的仿真手动作，使仿真手的动作与大脑想象的患肢的动作相同，患者获取显示器上仿真手动作，可当做患肢正常动作，以主动刺激患肢的运动神经康复；
108.步骤5、将手部活动仪佩戴到患肢上，控制器控制手部活动仪使患肢动作，使患肢
动作与大脑想象的患肢的动作相同。
109.虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。