脑机接口联合末端驱动型下肢机器人对脑卒中患者平衡及步行功能的影响

目的:观察脑机接口(brain computer interfaces,BCI)联合GEO System?下肢机器人(G-EO gait-therapy system,G-EO)对脑卒中患者平衡及步行功能的影响。方法:在无锡市中心康复医院招募40例脑卒中患者,随机分为对照组和试验组,每组20例。对照组患者在常规康复治疗基础上进行下肢主被动踏车训练和G-EO训练,试验组患者在常规康复治疗基础上进行脑机接口下肢踏车训练和G-EO训练。两组患者均在治疗前、治疗4周后采用Fugl-Meyer下肢运动功能量表(FMA-LE)、Berg平衡量表(Berg balance scale,BBS)、Tecnobody平衡评估系统和Gait Watch三维步态分析仪进行评估。结果:治疗前,两组患者FMA-LE、BBS、压力中心运动椭圆面积、压力中心运动轨迹长度、稳定极限、步频、步态周期、步幅、步速、步长对称性比、踝最大背屈角度无显著性差异(P>0.05)。治疗4周后,两组患者组内比较FMA-LE、BBS、压力中心运动椭圆面积、压力中心运动轨迹长度、稳定极限、步频、步态周期、步幅、步速、步长对称性比、踝最大背屈角度均比治疗前显著性改善(P<0.05)。组间比较,试验组FMA-LE、BBS、压力中心运动椭圆面积、压力中心运动轨迹长度、稳定极限、步频、步态周期、步幅、步速比对照组显著性改善(P<0.05)。结论:4周的BCI联合G-EO训练能够有效改善脑卒中患者的下肢运动功能,提高脑卒中患者平衡及步行能力,具有近期效果。

神经外科机器人在植入式脑机接口中的应用现状及前景

1985年,神经外科医生与医学工程师的共同努力使得手术机器人在神经外科手术中的应用成为现实。Kwoh等[1]率先利用PUMA200机器人成功执行了脑部病变的活检手术,标志着神经外科进入了机器人辅助手术的新纪元。

脑机接口康复机器人电磁兼容性评价及整改对策

基于医用电气设备电磁兼容相关标准,对脑机接口康复机器人电磁兼容评价时的运行模式确定和基本性能符合性判定进行了阐述,结合案例分析了脑机接口康复机器人电磁兼容性能评价时出现的性能偏离及产生的原因,并提出了相应的整改对策,为脑机接口康复机器人制造商提供了技术参考。

脑机接口机器人治疗卒中后运动功能障碍的研究进展

卒中患者常存在不同程度的运动功能障碍,严重影响日常生活,但目前的常规康复治疗对卒中后运动障碍的康复效果有限。近年来,基于脑机接口调控的机器人技术为卒中的康复治疗提供了新的方法,不同范式的脑机接口机器人已被应用于卒中后康复领域。作者简要介绍了不同范式脑机接口机器人的特点及其在卒中康复领域的作用机制,综述了不同范式脑机接口机器人在卒中后运动功能障碍康复中的研究进展,以期为未来的研究及临床应用提供新的思路。

脑机接口康复训练机器人在脑卒中患者上肢功能康复中的研究进展

脑卒中是当前世界导致残疾的主要原因之一,约60%的患者在发生急性脑卒中之后会有上肢功能障碍[1]。由于近年来人工智能的飞速发展,脑机接口系统成为了上肢功能障碍患者的一个重要解决方案。脑机接口系统是一种可以记录中枢神经系统活动并将其转换为可替代、恢复、增强,补充或改善中枢神经系统自然输出的人工输出的系统[2]。脑机接口系统的主要作用是捕捉并转换(解码)大脑信号同时生成高精度的命令,以在患者的真实环境中控制机器人手臂/腿或轮椅等外部设备。

醒脑开窍针法联合脑机接口手部康复机器人治疗中风后手功能障碍的临床观察

目的:观察醒脑开窍针法联合脑机接口手部康复机器人治疗中风后手功能障碍的临床疗效。方法:将符合纳入标准的中风后手功能障碍患者90例随机分为对照组(45例)及治疗组(45例)。其中对照组行康复科常规针刺、常规手功能康复训练、常规偏瘫肢体康复治疗、内科常规药物治疗,治疗组在对照组常规治疗基础上,将常规针刺治疗替换为上肢醒脑开窍针法治疗,再加用脑机接口手部康复机器人训练,所有训练每日1次,每周治疗6次,共治疗4周。在治疗前、治疗第14天及治疗第28天,对每例患者进行Wolf运动功能评价量表(Wolf motor function test,WMFT)和上肢动作研究量表(Action research arm test,ARAT)评定。结果:与治疗前相比,对照组及治疗组WMFT及ARAT评分均升高(P<0.05),与对照组相比,治疗组两项评分提高更为明显(P<0.01),且随着治疗时间增长,各项评分提高更为显著(P<0.05)。结论:醒脑开窍针法联合脑机接口手部康复机器人训练可有效改善中风后手功能障碍。

直接脑控机器人接口技术

直接脑控机器人接口(Brain-controlled robot interface,BCRI)是一种新型的人-机器人接口技术,是脑-机器接口/脑-计算机接口(Brain-machine interface,BMI/Brain-computer interface,BCI)在机器人控制领域的重要应用和研究方向.研究者相继在Nature、Science和其他重要国际期刊上报道了相关的实验研究和开发,目前已成为国际前沿研究热点.本文主要围绕BCRI中的控制策略、BMI/BCI模块与机器人多层控制模块的适应和融合、BCRI中的脑信号自适应分类算法以及人、BMI/BCI模块和机器人控制系统的三边自适应展开论述,分析了目前的研究情况、存在的局限和面临的若干重要问题,指出进一步的研究思路和方向.

听觉脑-机接口的智能机器人控制系统

脑-机接口系统普遍存在控制命令单一、控制效率低和控制负担重等问题.通过改进控制目标的功能或加入智能化模块可以从一定程度上改善这个问题;但这方面的研究工作相对较少.如何针对残疾人的实际情况,研究智能控制与脑-机接口系统的有效切合点,是脑-机接口系统智能化的关键所在.本文针对视觉缺陷残疾人,提出一种结合机器视觉功能的听觉脑-机接口系统,将机器人自动视觉搜索,目标智能识别与听觉脑-机接口系统相结合,利用听觉脑-机接口系统向机器人发出简单人名指令,机器人将根据指令自动搜索识别,实现目标的自动跟踪.在一定程度上弥补视觉损伤病人在日常生活中的缺陷,也为脑-机接口的智能化提供了一个依据.

基于脑-机接口的无线智能机器人控制系统

提出一种基于思维脑电的无线智能机器人控制系统设计方案。该系统采用想象左右手运动时产生的脑电信号作为智能服务机器人运动的控制信号,实现对服务机器人的控制,改善瘫痪患者生活自理能力。采用基于小波包分解的方法提取特征向量,利用基于欧式距离的方法进行模式识别,进而产生机器人运动控制信号,并通过LabVIEW串口发给单片机,单片机对该信号进行红外编码后发给智能机器人,用以控制其运动方向。实验结果证明,该设计方案有利于提高脑-机接口的实用性。

一种基于SSVEP的仿人机器人异步脑机接口控制系统

设计了稳态视觉诱发电位(SSVEP)空闲状态检测的特征提取方法,建立了基于SSVEP的异步脑机接口二级分类器结构,开发了基于TI CC2430芯片的无线传感器网络模块,实现了机器人控制命令的远程传送,使该仿人机器人系统具有脑电控制、语音交互、游戏手柄交互、机器视觉与避障等功能.通过SSVEP空闲状态检测实验验证了脑机接口系统异步控制的有效性.

基于脑机接口技术的康复机器人综述

简述了脑-机接口系统的基本结构及其工作原理,归纳了系统信号采集、特征提取、选择分类及人机交互四个部分的基本技术处理方法,提出了脑-机接口系统存在的问题。重点阐述了基于脑机接口技术的康复机器人研究现状、研究中存在的问题及其研究前景。

基于脑-机接口技术的智能服务机器人控制系统

结合脑-机接口技术和机器人技术,对脑电Alpha波阻断现象进行特征识别和提取,成功地在实验室实现了对服务机器人的控制。实验通过控制服务机器人在4个方向上运动的组合实验,考察了系统的实时性和控制的准确性。实验结果表明,经过简单的训练,受试者可达到91.5%的控制准确率。证明了利用Alpha波进行多选项控制设计的合理性及其应用价值。

脑机接口在机器人控制中的应用研究现状

本文首先介绍了脑机接口(BCI)系统,接着论述了近年来脑机接口在机器人控制中的应用研究现状,最后总结了当前研究存在的问题及发展方向。

基于运动想象的脑机接口系统联合不同末端效应器对慢性期脑卒中患者上肢运动功能改善的初步研究

目的:在接受基于运动想象的脑机接口康复训练的患者中,初步探究不同末端效应器对慢性期脑卒中患者上肢运动功能改善的有效性。方法:本研究纳入在我院接受基于运动想象的脑机接口康复训练的慢性期脑卒中患者32例,根据其所接受的训练不同,分为脑机接口联合虚拟现实反馈和脑机接口联合腕关节机器人反馈两组。在干预前后评估患者的上肢运动功能(简化Fugl-Meyer量表上肢部分)、偏瘫侧腕关节主动关节活动范围、偏瘫侧伸腕肌群主动收缩时的表面肌电信号和偏瘫侧运动诱发电位,比较虚拟现实反馈和腕关节机器人反馈对慢性期脑卒中患者上肢运动功能恢复的影响。结果:干预前,两组受试者的人口学资料、上肢运动功能基线数据无显著性差异(P=0.160),干预后,两组受试者的上肢运动功能较干预前显著改善(P<0.001),与虚拟现实反馈组相比,腕关节机器人反馈组干预后的Fugl-Meyer评分和干预前后评分的变化无显著性差异(P=0.06);在偏瘫侧腕关节主动关节活动范围上,干预前,两组受试者都无主动屈-伸腕活动,干预后腕关节机器人组改善为33.13°±24.96°,虚拟现实组改善为27.81°±37.17°,两组比较无显著性差异(P=0.638);在偏瘫侧伸腕肌群表面肌电图评定上,干预后两组的平均波幅和曲线下面积都较干预前显著改善(P<0.001),组间比较提示腕关节机器人组改善更为显著(P<0.001);在运动诱发电位评估上,干预后的引出率在腕关节机器人组为56.25%,在虚拟现实组为18.75%。结论:与BCI-虚拟现实反馈训练相比,BCI-腕关节机器人训练或能更好地改善慢性期脑卒中患者上肢运动功能,这或许是由于整合了感觉-运动信息的反馈方式对上肢运动功能改善的效果更为明显,本研究的结果或有助于优化基于运动想象的BCI训练系统的反馈策略。

基于EEG的康复机器人脑-计算机接口技术研究

脑-计算机接口(brain-computer interface,BCI)是一种新型的人机接口方式,是康复机器人关键技术之一。介绍了基于脑电信号EEG的康复机器人BCI技术,论述BCI系统结构、工作原理以及关键技术。设计了基于事件相关电位P300虚拟矩阵,通过在头皮上放置电极,采集诱发脑电信号,经放大、滤波后,依据独立分量分析(ICA)原理,应用FastICA算法对特征信号进行了提取。从仿真结果可以看出,提取信号能较好地逼近期望信号。通过判断运动或意识的类型与特征信号之间的关系,从而识别出不同的用户意图,为帮助病人建立一种新的通信、交流方式以及康复治疗等方面提供了依据。

脑机接口在机器人控制中的研究现状

脑机接口(brain-computer interface,BCI)是一种直接通过大脑与外部设备进行信息交流的技术。首先,介绍BCI系统的基本原理,BCI系统由信号采集、信号处理、输出设备和操作协议构成;其次,详述BCI的研究现状,重点介绍BCI在机器人假肢、轮式机器人及智能仿人机器人上的典型应用。最后指出:BCI这种非肌肉的通信与控制方法是可行的,这种方法可为无法使用传统方法的残障人士提供新的对外交流手段。

基于SSVEP信号的下肢外骨骼机器人控制系统研究

为了降低脑控下肢外骨骼机器人的研发成本,促进脑机接口技术的快速发展,提出一种基于深度学习与Matlab/Simulink联合仿真控制方法。该方法建立具有多个自由度的下肢外骨骼机器人样机模型,并进行运动学仿真,验证模型的合理性。利用EEGLAB对SSVEP信号进行滤波预处理,通过FFT变换将信号从时域转换到频域,提取SSVEP信号的频域特征。结合深度学习理论对特征进行分类,将分类结果转换成控制指令,控制仿真模型进行运动。实验结果表明,该方法控制的平均准确率达到了79.8%,验证了其可行性。

“基于脑-机接口技术的服务机器人系统研究”项目通过部科技办鉴定

由我院自动化系副教授赵丽博士承担的国家劳动和社会保障部科技项目“基于脑-机接口技术的服务机器人系统研究”于2006年9月29日通过了由国家劳动和社会保障部科技办组织的专家鉴定。

上肢康复训练机器人的脑机接口系统研究

脑机接口(brain-computer interface,BCI)可以把大脑皮层的电活动信号转化为机器语言直接控制外界设备。本研究提出一种基于稳态视觉诱发电位(steady state visual evoked potential,SSVEP)与Alpha波混合的脑机接口上肢康复训练机器人系统。本系统通过检测使用者枕部脑电信号Alpha波的阻断现象来切换空闲与工作状态,采用典型相关分析算法区分不同频率的SSVEP信号。利用该脑机接口系统,用户可以自主控制上肢康复训练机器人进行上肢康复训练,包括训练动作与训练时间。在线实验结果验证了本研究提出的异步脑机接口上肢康复训练机器人的可行性与有效性,该系统分析速度快且分析准确率高,为异步脑机接口的实现与应用提供了良好的理论与实践基础。

脑机接口康复机器人在脑卒中急性期患者下肢运动功能康复中的应用研究

目的探讨脑机接口康复机器人在脑卒中急性期患者下肢运动功能康复中的应用效果。方法80例脑卒中急性期患者作为研究对象,按照随机数字表法分为实验组和对照组,各40例。对照组患者采用常规康复训练,实验组患者采用脑机接口康复机器人+常规康复训练。比较两组患者简式Fugl-Meyer量表(FMA)评分、康复效果、神经营养因子[脑源性神经营养因子(BDNF)和神经生长因子(NGF)]水平。结果实验组治疗前和治疗后2、4周的FMA评分分别为(14.27±2.64)、(24.06±3.05)、(29.81±2.73)分,对照组分别为(14.56±2.19)、(19.67±2.88)、(23.76±3.91)分;治疗后2、4周,两组患者的FMA评分均显著高于本组治疗前,且实验组高于对照组,差异具有统计学意义(P<0.05)。实验组患者的康复优良率95.00%高于对照组的77.50%,差异具有统计学意义(P<0.05)。治疗后,两组患者的BDNF、NGF水平均显著高于本组治疗前,实验组患者BDNF(6.01±1.13)ng/ml、NGF(145.73±12.64)pg/ml均高于对照组的(4.85±1.02)ng/ml、(130.54±16.39)pg/ml,差异具有统计学意义(P<0.05)。结论脑卒中急性期患者治疗恢复期间,在开展康复训练的基础上应用脑机接口康复机器人,可以有效促进患者下肢运动功能的恢复,提升其康复效果,进而改善其生活质量,尽早摆脱疾病的困扰。