1. 研究目的与意义（文献综述）

1.1 研究目的及意义

大脑是人类活动的中枢系统，它通过从外界获取某些信息来决定神经肌肉完成某些特定的活动，从而达到与外界交流的目的。然而，不少异常疾病，如脊髓损伤、肌萎缩侧索硬化症、脑中风等都能降低或者损伤神经系统的传送功能和对肌肉的控制能力。如何帮助患者达到生活上的自理，实现其与外界的交流与控制，已经成为了现代生物医学和工程控制领域的一个重要研究领域。对于瘫痪患者，治疗中除了必要的药物介入和手术外，辅以一定的康复训练将极大的提高疗效。除了传统的由治疗师来进行的训练外，很多机构都在开展使用脑神经康复机器人进行康复治疗的研究。不过目前大多数的康复机器人训练方式，对患者来说仅仅是被动的运动治疗，缺乏对患者主动参与性的刺激。根据脑可塑性理论，脑功能重组的恢复训练应该强调患者的主观参与，按照科学的运动学习方法对患者进行再教育以恢复其运动功能。同时，实践也表明，患者积极参与到功能恢复训练中能够获得更好的恢复效果。

脑－机接口是基于脑神经活动与外界交流的一种全新交流方式，它绕开了人类神经末梢和肌肉等通常的信息通道，直接和大脑进行沟通，通过分析脑电信号将用户的运动等意图转换为语言、设备的控制输入量等，使用户直接通过脑电信号与外面的环境进行实时的交互，在一定程度上解决了神经末梢、肌肉受损等患者与外界环境交流难的问题，为残疾人带来了福音。基于bci技术的康复技术主要有三种：第一种，利用bci系统直接与外界交流，如控制神经假肢、智能轮椅、电脑荧幕上的光标等；第二种，对于那些神经阻断但肢体尚在的残疾人可利用bci系统直接控制其肢体肌肉，使肢体完成日常生活基本动作；第三种，由于神经科学的发展，科学家发现人在整个生命过程中中枢神经系统的功能在合理的生理电位作用下可以重塑，那么可以利用bci系统进行神经再恢复，如通过观察运动而产生相应脑电来推动神经再恢复。基于虚拟现实的康复训练系统中采用基于虚拟现实的辅助训练软件，通过虚拟环境来鼓励患者积极主动地参与康复训练，可以进一步地提高康复训练的效果。

2. 研究的基本内容与方案

基于bci的虚拟现实康复训练平台包括bci系统以及vr环境两个部分。原始eeg信号通过bci系统的放大、滤波和在线处理后转换成为实时的控制信号。此控制信号输入到vr环境，其中的虚拟人物做出相应的反应，这样，在线的反馈就通过计算机屏幕传递给了受试者。受试者通过反馈，可以适时地调整想象运动的方式。整体康复bci系统框图如图1所示。

图1 系统框图

首先针对脑电信号的特点分析出有效的信号处理方法，这样才能准确识别出患者的运动意图。信号处理部分主要包括信号采集、预处理、特征提取以及模式识别，首先通过脑电信号采集设备对原始的脑电信号进行提取。这些被提取出的微弱脑电信号经过滤波放大、模数转换等预处理方式将其转换成可识别的数字信号，从而降低各种噪声的影响，提高信号的信噪比，便于进行后续处理。经过上述预处理的脑电信号是时域上的离散信号，只能在时域上看到时间与幅值的关系，需要从中提取出能反映使用者意图的信号特征，可以从时域、频域或者空域中进行数据转换和降维，得到可靠有效的分类特征向量。接下来就要将表征神经电活动的特征向量经过特征分类映射为指定的类别，通过一定的判别标准，把没有识别的模式划分到各自的模式中去，从而将特征向量转换成对外部设备的控制命令，完成最终的脑-机接口的目标。有些时候还可以设置反馈环节，这些环节可以帮助受试者适配地来改变自己发出的动作，以使控制设备来得更加容易。

3. 研究计划与安排

第1－3周：查阅相关文献资料，明确研究内容，了解研究所需理论基础。确定方案，完成开题报告。

第4－5周：熟悉掌握基本资料，完成英文资料的翻译，熟悉vc 的使用。

第6－10周：设计并实现康复训练软件。

4. 参考文献（12篇以上）

[1]蔡新波.基于脑电信号的电动轮椅控制方法研究[d].杭州电子科技大学,2012.

[2]昌凤玲.多类运动想象脑电模式识别及其在电动轮椅控制上的应用[d].杭州电子科技大学, 2014.

[3]马赟,基于脑-机接口技术的虚拟现实康复训练平台[j].中国生物医学工程学报,2007,26(3):373-378.