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基于脑电和肌电相干性的辅助中风病人主动康复方法研究，硕士学位论文，共128页。
摘要
中风是一种高死亡率和高致残率的脑血管疾病。大部分的中风幸存患者会丧失很多功能,诸如运动功能、语言功能、记忆功能、视觉功能等。现代康复医学研究认为康复训练对中风患者的功能康复具有重大的促进作用。因此研究有效的康复训练方法对中风患者的恢复具有重大的实际意义。中风患者的康复可以分为被动康复和主动康复两大类。在被动康复中,中风患者的主动意识并没有参与到康复训练中。然而在主动康复中,中风患者自主意识主动参与到康复训练中。研究表明主动康复的效果比被动康复效果要理想。另外中风患者手部功能在曰程生活中占有很大的比重,如何恢复手部功能具有重要意义。
为了中风患者手部功能的康复,本文以建立有效的主动康复方法为研究目标。在分析了关键技术和难点以后,本文从两个方面出发分别提出有效的解决方法,1)建立了一种基于肌电模型调制的电刺激系统用于辅助手部功能康复方法;2)在此基础上本文基于脑电肌电相千性(Cortico-muscular coherence (CMC))分析,提取患者的自主意识信号,建立了一套有效的主动康复方法,用于手部功能的康复训练。
本文根据健康被试抓握不同直径不同重量物体时发放的肌电信号建立一个肌电模型,克服了抓握不同物体时肌电信号难以表达的问题;通过该肌电模型来调制电剌激系统形成一个相应的电刺激模型,使该电刺激模型刺激强度和正常人肌电发放模型相一致,这与传统恒压或者恒流电刺激相比,通过肌电模型调制的电刺激模型可以有效延缓肌肉疲劳,延长使用时间。由于中风患者肌肉存在肌痉挛、肌萎缩、肌无力等症状,导致单纯利用肌电信号不能有效的提取出自主意识信号以区分不同的动作。另一方面脑电信号对手部精细动作的区分率不高,有效的提取出被试的自主意识信号也存在一定的问题。考虑到上述的不足,本文对基于现有的肌电信号(Electromyography (EMG))、脑电信号(electroencephalography (EEG))以及脑电肌电相干性信号(CMC)提取自主意识信号进行了重点研究。本文对EMG信号、EEG信号和CMC信号分类准确率进行了对比,发现在健康被试进行指伸vs.拇内收,指伸vs.指屈,指伸vs.静息手部不同动作时,单纯用EEG脑电信号的分类准确率分别为71. 27+12. 32%, 71. 12+12. 80%,81. 39+11. 52%;而采用 CMC 分类准确率则分别为 78. 96+4. 29%, 81. 00+7. 34% 和 78. 025+9. 39%。在中风患者进行指伸VS.指屈,指伸vs.静息手部不同动作时,单纯用EMG肌电信号的分类准确率为分别为68. 79土0. 41%,97. 42+0. 27%;单纯用EEG脑电信号的分类准确率分别为81. 90+0. 53%, 85. 89之0. 23%;而利用CMC脑电肌电相干性的分类准确率则分别为85. 44+1. 06%,91. 87+1 m。健康被试的CMC与EEG信号相比,指伸vs.拇内收,指伸vs.指屈提高了 10%左右。中风患者的CMC与EEG相比,指伸vs.指屈,指伸vs.静息分别提高了 3. 54%和5. 98%。CMC与EMG相比,指伸vs.指屈提高了 16. 65%。以上研究结果证明了无论是健康被试还是中风患者与单纯丨j -: EEG信号或单纯使用EMG信号相比,CMC能更有效的提取自主意识信号。
根据以上的研究基础,本文设计了一个用于中风患者手部功能康复的系统。该系统以利用CMC信号用于准确提取中风患者主动意识信号,该主动意识信号有效的用于控制外部的多通道电刺激系统设备辅助中风患者的手部功能康复。
纵观本文的研究成果,主要创新点在于(1)以健康被试抓握不同直径、不同重量物体时的肌电信号为依据,建立了一个肌电模型,对手部不同动作进行了定量的表达,通过肌电模型调制电刺激强度建立一个电刺激模型,可以用于中风患者的电刺激(electrical stimulation,ES)治疗,相比恒定强度的电刺激方法,该电刺激可以延缓肌肉疲劳,增加使用时间;(2)研究表明,基于脑电肌电相干性信号(CMC信号)与EEG信号,EMG信号相比可以提高分类准确率,能有效的提取自主意识信号。
本研究为中风患者手部的主动康复提供客观的依据,有利于系统的进一步研制。
关键词:电刺激,肌电信号,脑电信号,脑电肌电相干性,中风

第1章绪论
1.1中风
中风是由于脑部供血受阻(脑血管堵塞和脑血管破裂)而导致脑功能迅速丧失,进而影响到受损脑区功能的一种脑血管疾病。早在公元前460至370年,希波克拉底(Hippocrates )就第一次描述了突然雍痪这种现象,即中风[1]。在1599年,中风(Stroke)这一词被首次使用,希腊原文译作“中风抽搐” [2]。
近来受到中风的影响越来越大,中风受到世界范围的关注。中风主要分为两种中风:出血性中风和缺血性中风[3,4]。出血性中风是由于血管破裂导致脑内某些部位/?内压过高,进一步导致脑组织损伤的一种急性脑疾病现象[3]。缺血性中风是由于血栓或者栓塞堵塞血管导致脑中某些部位供血缺乏而形成脑组织损伤的一种急性脑疾病现象[3],如图1.1所示。缺血性中风在总的中风中占有较大的比例,大约80%左右[3, 5]。由于不同种类的中风病因不同导致治疗方法明显不同,例如在中风初期缺血性中风可能需要进行药物溶栓治疗,然而出血性中风在中风初期可能需要考虑开烦手术对血管进行修复、降低领内压等治疗[3]。因此区分中风属于哪种中风具有重大意义中凤是一种高死亡率、高致残率的脑生管疾病[3,5-9]。根据世界卫生组织的统计,脑血管疾病中的中风已经是当今世界上死亡率最高的疾病之一,是世界上第1号死亡杀手[6,9]。在我国,脑血管疾病也是不容小觑的一个存在,根据《2011中国卫生统计年鉴》,脑血管疾病的死亡率在125. 15/10万。脑血管疾病不仅死亡率很高,幸存者的致残率也非常高[3,5,6]。脑血管疾病的幸存患者在生活上不能自理,不仅给患者的家庭带来极重的负担,而且给社会、国家也带来极重的负担。据世界卫生组织2002年中风患者负担程度统计,每年世界上各个国家都花很大一部分财政用于脑血管患者的康复。其中,中凤在脑血管疾病占有很大的比重[3]。如何有效的预防和治疗中风患者,不仅可以降低个人家庭负担,更可以促进国家的健康事业发展。中风患者若得到及时有效的治疗(3小时内溶栓治疗,48小时内阿司匹林治疗),患者大部分受损脑区可以达到较好的恢复效果[3]。
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