基于脑肌电反馈的虚拟康复系统研究

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1、硕士学位论文MASTER’SDISSERTATION论文题目基于脑肌电反馈的虚拟康复系统研究作者姓名魏秀利学科专业检测技术与自动化装置指导教师谢平教授2015年5月-I-中图分类号：TP391学校代码：10216UDC：62密级：公开工学硕士学位论文基于脑肌电反馈的虚拟康复系统研究硕士研究生：魏秀利导师：谢平教师申请学位：工学硕士学科专业：检测技术与自动化装置所在单位：电气工程学院答辩日期：2015年5月授予学位单位：燕山大学-III-ADissertationinDetectionTechnologya

2、ndAutomaticEquipmentRESEARCHOFVIRTUALREHABILITATIONSYSTEMBASEDONEEG-EMGbyWeiXiuliSupervisor:ProfessorXiePingYanshanUniversityMay,2015-V-燕山大学工学硕士学位论文燕山大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文《基于脑肌电反馈的虚拟康复系统研究》，是本人在导师指导下，在燕山大学攻读硕士学位期间独立进行研究工作所取得的成果。论文中除已注明部分外，不包含他人

3、已发表或撰写过的研究成果。对本文的研究工作做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。作者签字：日期：年月日燕山大学硕士学位论文使用授权书《基于脑肌电反馈的虚拟康复系统研究》系本人在燕山大学攻读硕士学位期间在导师指导下完成的硕士学位论文。本论文的研究成果归燕山大学所有，本论文的研究内容不得以其它单位的名义发表。本人完全了解燕山大学关于保存、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门送交论文的复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅。本人授权燕山大学，可以采用影印、

4、缩印或其它复制手段保存论文，可以公布论文的全部或部分内容。本学位论文属于保密□，在年解密后适用本授权书。不保密□。（请在以上相应方框内打“√”）作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日-VI-摘要摘要虚拟康复是中风康复领域的新技术，具有很强的逼真度和沉浸感，可以使患者在愉快的心情下完成特定的任务，因此越来越受到国内外学者的青睐。然而，现有的虚拟康复训练方法主要停留在满足患者人机交互的趣味性，却难以体现患者的主动性及缺乏个体适应性，容易造成患者过度疲劳训练及肌肉拉伤等问题，进而限制了虚拟康复的推广。本文

5、针对上述问题，将能够反映患者运动模式和疲劳状态的脑肌电信号引入虚拟康复训练中，探讨融合脑肌电综合特征实现虚拟场景的控制及反馈调节，本文具体工作如下：首先，介绍了虚拟现实技术在康复领域中的发展历程，分析了基于脑电信号、肌电信号反馈的虚拟康复训练研究现状，总结了当前虚拟康复训练的不足，进而确定了基于脑肌电反馈的虚拟康复系统的研究内容；介绍了中风偏瘫的本质特点及中风患者的脑肌电信号特征，并结合脑卒中患者恢复期康复训练的需要，设计出基于脑肌电综合特征分析的虚拟康复训练系统方案。其次，针对患者在康复运动中会出现相应

6、肢体及对于脑部运动区域疲劳的特点，提出脑疲劳指数分析方法以有效刻画对应脑部运动区的疲劳状态，应用平均功率频率分析方法对肢体运动疲劳状态进行评估，并进行了理论验证。再次，针对现有线性分析方法无法有效地刻画肌电信号的非平稳、非线性等特性，提出自排序熵方法定量描述表面肌电信号的内在动力学特性和耦合特性，通过健康受试者上肢肘关节不同弯曲角度的运动模式实验及对比分析，验证该方法作为肢体运动模式分类指标的有效性。最后，搭建基于脑肌电反馈的虚拟康复系统，同步采集4名脑卒中患者和4名健康被试者脑肌电信号，利用肌电信号特征

7、分析方法实现对虚拟康复训练场景的交互控制，完成指定的康复训练任务；再利用脑肌电综合特征分析方法对虚拟康复训练场景的难易度进行反馈调节。通过健康人与脑卒中患者对比分析实验，验证系统的可行性及有效性；同时为了验证该系统相对于传统虚拟康复训练系统优越性，实验过程中屏蔽了该系统难易度反馈调节功能，构成对比实验，并与该系统进行了对比分析。关键词：虚拟康复；中风患者；脑电信号；肌电信号；反馈调节-VII-燕山大学工学硕士学位论文AbstractVirtualrehabilitationisanewtechnology

8、inthefieldofstrokerehabilitation,whichcanhelppatientscompletespecifictaskswithstrongfidelityandimmersiveenjoyably,somoreandmoredomesticandforeignscholarsgetthefavourofit.However,theexistingvirtualrehabilitationtrain