基于脑机接口技术的偏瘫辅助康复系统的研制

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1、摘要脑机接口(brain-computerinterface，BCI)是近十年发展起来的一种新颖的人机接口方式。它是不依赖于脑的正常输出通路(外周神经系统及肌肉组织)的脑一机(计算机或其它装置)通讯系统。脑机接口的一个重要途径是为那些思维正常但有严重功能障碍的患者提高语言交流和环境控制途径，提高其生存质量。对于失神经控制的患者，可以采用功能性电刺激仪(FunctionalelectricalstimulationFES)产生电刺激，利用神经细胞对电刺激的响应来传递外加的人工控制信号，通过外电流的作用使神经细胞能产生一个与自然激发引起的动作电位完全一样的

2、神经冲动，使其支配的肌肉纤维产生收缩，从而获得运动的效果。本文针对中枢神经系统受到损伤，外周神经保持良好的偏瘫病人开展了基于脑机接口技术的偏瘫病人辅助康复系统的研究。本研究将BCI与FES相结合，提出了整个系统的设计方案：将大脑因为想象肢体运动产生的事件相关同步电位和事件相关去同步电位转化为FES的控制命令，控制FES对肢体进行刺激，同时刺激过程产生的运动、感觉信息经完好的外周神经通路反馈给大脑，也就完成对损伤中枢的刺激，加速其自身的康复过程，提高康复质量。本文在电刺激原理的基础上，结合现代微处理技术和集成电路技术，并采用模块化的软件设计，研制了智能化

3、功能性电刺激仪。该电刺激仪采用ADuC832单片机和CPLD作为控制核心，带有液晶显示功能，能够通过触摸键盘实现参数设定、数值显示、多通道独立输出控制。参数包括输出脉冲的频率、宽度、幅度、刺激时间以及通道输出间隔时问。并可将设定好的参数存储，成为预置模式，方便下一次的使用。在联机模式下，通过串口与上位机通信，接受控制命令，调用预置模式下各通道的参数，进行刺激。脑机接口的实验表明，脑电信号分类正确率达至1J90％，FES系统在控制命令下能够刺激控制肢体运动的神经与肌肉群，证明了本文提出的将BCI与FES相结合的系统设计方案是可行的，这样的系统将是恢复神经

4、功能障碍的一种很有应用前景的技术，本研究为未来的临床应用起到了探索的作用。关键词：堕扭撞旦功能壁鱼型邀胞鱼篮曼堡瘗ABSTRACTBrain-computerinterface(BCI)isanovelwayofhumancomputerinterfacewhichhasbeenexploredsincelastdecade．Withoutdependingonbrain’snormaloutputchannelsofperipheralnervesandmuscles．BCIsgivetheiruserscommunicationandcontrol

5、sthrou吐computerbasedsystem．CurrentinterestsinBCIdevelopmentcomemainlyfromtheexpectationthatthistechnologyWOuldbeanewandvaluableaugmentativecommunicationoptionforpeoplewithseveremotordisabilitiesthatpreventthenlfromusingconventionalaugmentativetechnologies．Tothose∞rsonswhoareouto

6、fthenervescontrol，weuseFEStogenerateelectricalstimulationandmakellseofthenervecells’responsetothesestimulationstotransfer0111"artificialcontrollingsignals．‰Ughthestimulationofadscititioaselectxiealcurrent,nervecellsat'esupposedtogenerateangl"veimpulsethatisthesameastheoneinduced

7、bynaturalinspiration．Thenthenerveimpulsecontractsthecorrespondingmusclefiberswhichfinallygeneratesexpectedmovemetat．Experimentalstudyhasbeencarriedoutbasedonthebrain-computerinterfacetodeveloptheFESsystemforthedisab】edperson．Forthefirsttime,thisworkcon]bi．tiesBCIandFESanddesigns

8、awholesystem：Convertingbrain’SERD，ERSgeneratedw