基于bci技术的手部运动功能康复研究

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1、中文图书分类号：TP18密级：公开UDC：621.3学校代码：10005硕士学位论文MASTERALDISSERTATION论文题目：基于BCI技术的手部运动功能康复研究论文作者：郭硕达学科：控制科学与工程指导教师：李明爱论文提交日期：2015年5月UDC：621.3学校代码：10005中文图书分类号：TP18学号：S201202147.密级：公开北京工业大学工学硕士学位论文题目基于：BCI技术的手部运动功能康复研究RESEARCHONHANDREHABILITATION英文题目：BASEDONB

2、CI论文作者：郭硕达学科：控制科学与工程研究方向：智能系统与智能信息处理申请学位：工学硕士指导教师：李明爱副教授所在单位：电子信息与控制工程学院答辩日期：2015年6月授予学位单位：北京工业大学独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明

3、并表示了谢意。签名：郭硕达日期：2015年06月08日关于论文使用授权的说明本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。（保密的论文在解密后应遵守此规定）签名：郭硕达日期：2015年06月08日导师签名：李明爱日期：2015年06月08日摘要摘要随着全球老龄化的加剧，由脑血管疾病或脊髓损伤造成的偏瘫患者的数量不断增加，同时，因交通事故而造成脊髓受损的人数也越

4、来越多，这些患者丧失了肢体的运动功能，不仅生活难以自理，给家人带来沉重的经济和精神负担。传统的康复手段不仅费用十分昂贵，并且由于缺乏患者的主动参与，恢复效果较差。如何更加有效对这些患者进行康复治疗，是全球老龄化的现实需求，也是信息科学、神经科学、康复工程等交叉学科的研究热点。脑机接口(Brain-computerinterface,BCI)是一种通过采集人的脑电信号(EEG)实现人脑与外界计算机或其他电子设备间进行通讯或控制的系统，能够建立不依赖外周神经和肌肉的大脑输出通道。利用BCI技术可以使偏

5、瘫患者主动参与康复训练，改善偏瘫部位的运动功能康复效果。本文以手部运动功能康复为目标，对手部运动想象脑电信号(MI-EEG)的实时采集、眼电伪迹自动去除、自适应特征提取以及在线康复系统设计等内容进行研究，取得的主要成果如下：(1)基于快速核独立成分分析与离散小波变换的眼电自动去除方法为了改善脑电中的眼电伪迹过估计问题及环境干扰耦合引起的非线性混合对眼电去除效果的影响，提出一种基于快速核独立成分分析(FastKICA)与离散小波变换(DWT)的眼电自动去除方法，即FKD方法。首先，利用FastKIC

6、A方法对脑电信号分离得到独立成分，并以相关系数为依据识别出眼电伪迹；进而，基于离散小波变换对眼电伪迹进一步分析，去除逼近分量，保留细节分量，重构出眼电伪迹成分；最后，利用FastKICA逆变换重建眼电去除后的脑电信号。实验结果表明：FKD不仅有效改善了眼电过估计问题，增强了抗干扰能力和鲁棒性，而且在线性混合和非线性混合情况下，均得到较好的伪迹去除效果，特别是在非线性混合时优势更为明显，适合于实际在线应用。(2)基于正交经验模态分解和共同空间模式的脑电自适应特征提取方法针对MI-EEG的时变性和个体

7、差异性等特点，将正交经验模态分解(OEMD)法、有限单位脉冲响应(FIR)滤波器和共同空间模式(CSP)算法相结合，提出一种新的自适应特征提取方法，即OEFCSP方法。首先，利用导联选择算法对经过滤波处理后的脑电信号选取最优的导联组合；然后，应用OEMD方法将每导脑电信号分解成多阶的正交固有模态函数(IMF)，并对每阶IMF分量采用多重FIR带通滤波器，将其均分成多个频段；进而，通过CSP方法对每个子代信号进行特征提取，并利用特征排序算法对特征进行排序；最后，结合特征选择算法和分类器根据分类准确率

8、选择最优的脑电特征。基于国际标准数据库进行实验研究，结-I-北京工业大学工学硕士学位论文果表明：OEFCSP特征提取算法相对于其他常用方法取得了更高的分类准确率，具有更好的稳定性和自适应性。(3)手部运动想象脑电信号的采集与分析为了将MI-EEG康复研究推向实际应用，自行设计了手部张/握运动想象脑电采集实验，并将上述研究成果应用于实际采集MI-EEG的离线分析，验证方法的有效性。基于Java的SWT技术设计并编写了实验采集程序，并用JMF调用手部张/握动作提示视频画面；脑电采集装置