上肢運動腦電特征的有效性分析與運動方向識別.pdf

1、運動功能恢復(fù)是中風(fēng)偏癱患者康復(fù)的重要指標之一,目前采用的康復(fù)方法主要有藥物治療和被動康復(fù)訓(xùn)練,雖然起到了一定的效果,但是中風(fēng)患者的康復(fù)率依然很低,不能達到令所有人滿意的程度。在康復(fù)訓(xùn)練中引入由大腦主動意識參與的機械輔助閉環(huán)反饋技術(shù)已經(jīng)成為康復(fù)工程領(lǐng)域的研究熱點,閉環(huán)反饋的關(guān)鍵問題之一就是運動腦電特征的提取和有效性分析。
　　為了研究如何從運動相關(guān)腦電中提取有效的運動特征,本文首先設(shè)計了運動相關(guān)的腦電實驗,由7名受試者完成右手三個方

2、向(左、上、右)的觸及目標任務(wù),運動任務(wù)分為運動準備、運動執(zhí)行和返回階段,采集的數(shù)據(jù)包括此三個階段的腦電信號和手指的運動信息,脈沖信號同步兩種數(shù)據(jù)。
　　然后分析運動相關(guān)腦電的時頻特性,通過小波時頻分析確認和運動相關(guān)的頻率成分主要集中在10Hz以下delta和theta頻帶;據(jù)此,分別提取各導(dǎo)聯(lián)運動準備和執(zhí)行階段的低頻帶(1-8Hz)功率譜密度特征、小波系數(shù)特征以及兩者的聯(lián)合特征;基于單一導(dǎo)聯(lián)腦電的特征,采用支持向量機進行方向識別

3、,19導(dǎo)聯(lián)特征分別計算識別準確率,根據(jù)識別結(jié)果分析提取特征的有效性。結(jié)果表明,功率譜和小波系數(shù)聯(lián)合特征的識別準確率高于單一特征,最高可達62.7％,并且準備階段特征比運動階段特征更有效,識別結(jié)果更好。
　　為進一步提高方向識別準確率,對多導(dǎo)聯(lián)特征運動方向識別進行了研究。通過互信息復(fù)雜度分析,發(fā)現(xiàn)運動任務(wù)引起各個腦區(qū)之間活躍的信息交流,并且準備階段比執(zhí)行階段要強烈;通過格蘭杰因果性分析,得到大腦的因果性網(wǎng)絡(luò),統(tǒng)計各個導(dǎo)聯(lián)信息的入度,

4、以此來測度每個導(dǎo)聯(lián)在全腦進行信息傳輸過程中的重要程度;逐一刪除入度最大的導(dǎo)聯(lián)特征,尋找各個導(dǎo)聯(lián)的最優(yōu)組合;結(jié)果表明,當導(dǎo)聯(lián)數(shù)目處在6-14的區(qū)間時,運動方向的識別準確率在90%以上,可以有效提高運動方向的識別準確率。
　　研究表明:從上肢運動過程中的腦電信號中可以提取出足以有效區(qū)分運動方向的特征并進行運動方向識別,且多導(dǎo)聯(lián)優(yōu)化選擇可以大幅度提高識別準確率;并且可根據(jù)不同受試者優(yōu)選出不同的導(dǎo)聯(lián)組合,具有個體適應(yīng)性;特別是運動準備階段