基于深度学习的手功能主动康复系统及其改善运动功能神经机制的研究
批准号:
32071372
项目类别:
面上项目
资助金额:
62.0 万元
负责人:
王刚
依托单位:
学科分类:
生物仿生与人工智能
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
王刚
中文摘要
手部运动功能的恢复一直是脑卒中后康复治疗的焦点和难点。本项目拟针对脑卒中患者手功能康复的治疗需求,研究能够提高单手多类动作模式识别准确率的脑机接口算法,进而研发康复训练系统改善手功能康复治疗效果,并通过临床实验阐明与手功能主动康复相关的脑神经机制。第一,提出了两种脑机接口算法,包括脑肌电深度学习融合算法和基于最优多元经验模态分解的共空域模式算法,并通过临床实验来验证其有效性。第二,在课题组前期研发设备的基础上,结合上述算法研究多类动作模式手功能主动康复训练系统。第三,利用脑电微状态、神经血管耦合、脑电近红外光谱融合和多模态脑连接及脑网络分析,揭示手功能主动康复训练时大脑功能状态的变化规律。预计该课题的研究成果能够为手功能康复临床治疗提供新的思路和理论基础。项目申请人已具有肌电动作模式分类、脑电神经成像、脑连接及脑网络分析的研究经历,并已获得脑机接口控制系统和所提出算法的初步研究结果。
英文摘要
The recovery of hand motor function has always been the focus and difficulty of post-stroke rehabilitation therapy. Aiming at the treatment demands of hand functional rehabilitation of stroke patients, this project will investigate the brain-computer interface (BCI) algorithm which can improve the accuracy of single hand multi movement pattern recognition, and then develop a rehabilitation training system to improve the treatment effect of hand function rehabilitation, and clarify the brain nerve mechanism related to the active rehabilitation of hand function through clinical experiments. Firstly, two kinds of BCI algorithms will be proposed, including electroencephalography-electromyography (EEG-EMG) deep learning fusion algorithm and the common spatial pattern algorithm based on the optimal multiple empirical mode decomposition. The effectiveness of these algorithms will be validated through clinical experimental experiments. Secondly, on the basis of the equipment developed earlier by our research group, an active rehabilitation training system of hand function using multi-movement patterns will be studied by combining the above BCI algorithms. Thirdly, the changes of brain functional state during hand function active rehabilitation training will be revealed by the EEG microstates, neurovascular coupling, the fusion of EEG and functional near-infrared spectrum (fNIRs), multimodal brain connectivity, and brain networks analysis. It is expected that the research results of this project can provide new ideas and theoretical basis for clinical treatment of hand functional rehabilitation. The project applicant already has the research experiences about EMG-based movement classification, EEG neuroimaging, brain connectivity, and brain network analysis. Moreover, the project applicant has obtained the preliminary research results of the BCI control system and the proposed algorithm.
手部运动功能的恢复一直是脑卒中后康复治疗的焦点和难点。本项目拟针对脑卒中患者手功能康复的治疗需求,研究能够提高单手多类动作模式识别准确率的脑机接口算法,进而研发康复训练系统改善手功能康复治疗效果,并通过临床实验阐明与手功能主动康复相关的脑神经机制。研究获得以下成果:1)利用传感器空间脑电信号开展了基于多元经验模态分解(MEMD)和共空域模式(CSP)以及卷积神经网络(CNN)的手部动作分类方法研究,利用源空间脑电信号开展了基于动态图卷积神经网络(DGCNN)的手部动作分类方法研究,结果表明上述方法可以较为准确的识别四种不同的手部运动,为进一步开发手功能康复训练奠定了基础;2)开发了眼动仪引导的脑肌电融合手功能主动康复训练系统,包括气动式软体手功能康复机器人系统、上位机软件系统和运动意图识别算法,该系统可利用Unity通过眼动仪引导患者选择训练模式,分析脑肌电信号后对脑卒中患者的手功能进行主动康复训练;3)开展了脑卒中患者运动功能康复的脑网络重塑神经机制研究和基于功能近红外的脑卒中患者运动功能评估方法的研究,结果表明我们所开发的系统能够实现脑卒中患者运动功能的有效康复训练和评估。本课题实施过程基本按照计划进行,并取得了预期的成果。在项目执行期间,在国内外重要学术期刊上和重要国际学术会议上发表论文20篇,其中:国外学术期刊论文11篇,国内核心学术期刊论文4篇,国际学术会议分组论文5篇,其中SCI检索11篇,EI检索6篇,北大中文核心期刊4篇。授权中国发明专利6项,授权实用新型专利1项,授权软件著作权7项。培养博士研究生1名,硕士研究生4名,其中3名硕士生已毕业。
腕带式多模态跨被试癫痫发作智能监测系统研发及应用研究
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批准号:62271385
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项目类别:面上项目
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资助金额:56万元
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批准年份:2022
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负责人:王刚
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依托单位:
利用高密度脑电和近红外光谱的全身麻醉大脑状态监测研究
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批准号:31571000
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项目类别:面上项目
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资助金额:61.0万元
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批准年份:2015
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负责人:王刚
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依托单位:
癫痫大脑神经电活动的定位和预测方法研究
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批准号:81201162
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:23.0万元
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批准年份:2012
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负责人:王刚
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依托单位:
磁流与Maxwell方程组在有耗媒质中的有效性
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批准号:69601002
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:8.0万元
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批准年份:1996
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负责人:王刚
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依托单位:
国内基金
海外基金