上肢運(yùn)動(dòng)腦電特征的有效性分析與運(yùn)動(dòng)方向識(shí)別.pdf

1、運(yùn)動(dòng)功能恢復(fù)是中風(fēng)偏癱患者康復(fù)的重要指標(biāo)之一,目前采用的康復(fù)方法主要有藥物治療和被動(dòng)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(dá)到令所有人滿(mǎn)意的程度。在康復(fù)訓(xùn)練中引入由大腦主動(dòng)意識(shí)參與的機(jī)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(diǎn),閉環(huán)反饋的關(guān)鍵問(wèn)題之一就是運(yùn)動(dòng)腦電特征的提取和有效性分析。
　　為了研究如何從運(yùn)動(dòng)相關(guān)腦電中提取有效的運(yùn)動(dòng)特征,本文首先設(shè)計(jì)了運(yùn)動(dòng)相關(guān)的腦電實(shí)驗(yàn),由7名受試者完成右手三個(gè)方

2、向(左、上、右)的觸及目標(biāo)任務(wù),運(yùn)動(dòng)任務(wù)分為運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)備、運(yùn)動(dòng)執(zhí)行和返回階段,采集的數(shù)據(jù)包括此三個(gè)階段的腦電信號(hào)和手指的運(yùn)動(dòng)信息,脈沖信號(hào)同步兩種數(shù)據(jù)。
　　然后分析運(yùn)動(dòng)相關(guān)腦電的時(shí)頻特性,通過(guò)小波時(shí)頻分析確認(rèn)和運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)準(zhǔn)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(jī)進(jìn)行方向識(shí)別

3、,19導(dǎo)聯(lián)特征分別計(jì)算識(shí)別準(zhǔn)確率,根據(jù)識(shí)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(shí)別準(zhǔn)確率高于單一特征,最高可達(dá)62.7％,并且準(zhǔn)備階段特征比運(yùn)動(dòng)階段特征更有效,識(shí)別結(jié)果更好。
　　為進(jìn)一步提高方向識(shí)別準(zhǔn)確率,對(duì)多導(dǎo)聯(lián)特征運(yùn)動(dòng)方向識(shí)別進(jìn)行了研究。通過(guò)互信息復(fù)雜度分析,發(fā)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)任務(wù)引起各個(gè)腦區(qū)之間活躍的信息交流,并且準(zhǔn)備階段比執(zhí)行階段要強(qiáng)烈;通過(guò)格蘭杰因果性分析,得到大腦的因果性網(wǎng)絡(luò),統(tǒng)計(jì)各個(gè)導(dǎo)聯(lián)信息的入度,

4、以此來(lái)測(cè)度每個(gè)導(dǎo)聯(lián)在全腦進(jìn)行信息傳輸過(guò)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(gè)導(dǎo)聯(lián)的最優(yōu)組合;結(jié)果表明,當(dāng)導(dǎo)聯(lián)數(shù)目處在6-14的區(qū)間時(shí),運(yùn)動(dòng)方向的識(shí)別準(zhǔn)確率在90%以上,可以有效提高運(yùn)動(dòng)方向的識(shí)別準(zhǔn)確率。
　　研究表明:從上肢運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的腦電信號(hào)中可以提取出足以有效區(qū)分運(yùn)動(dòng)方向的特征并進(jìn)行運(yùn)動(dòng)方向識(shí)別,且多導(dǎo)聯(lián)優(yōu)化選擇可以大幅度提高識(shí)別準(zhǔn)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(gè)體適應(yīng)性;特別是運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)備階段