结合脑机接口的功能电刺激调节方法、系统和存储介质与流程

本技术涉及脑机接口，具体而言是涉及一种结合脑机接口的功能电刺激调节方法、系统和存储介质。

背景技术：

1、脑卒中是一种常见的神经系统疾病，通常会导致大脑损伤和运动功能障碍，尤其是上肢运动功能的丧失。在病情严重的情况下，被试者可能对外界无反应，视觉和运动功能普遍受损，同时神经肌肉通路也可能会受到损害。因此，针对脑卒中后遗症留的严重运动功能障碍，如何提高被试者患侧肢体运动功能，尤其是改善上肢功能，从而提高被试者生活质量，是康复治疗实际应用的难点和重点。由于中枢运动神经通路受损，被试者相应的躯干、肢体运动能力可能会大幅下降或消失，从而严重影响日常基本活动。

2、目前，上肢运动功能的康复训练主要依赖于康复治疗师的指导和帮助，或者使用一些机械式的被动运动装置，但这些方法产生的康复效果有限，且成本高昂，难以满足被试者的个性化需求。为了提高上肢运动功能的康复效果，近年来，脑机接口技术和功能性电刺激技术被广泛应用于中风被试者的康复训练中。脑机接口技术是一种利用大脑信号控制外部设备的技术，可以反映被试者的运动意图和运动状态，提供神经反馈和神经调节。功能性电刺激技术是一种利用电流刺激肌肉收缩的技术，可以提供肌肉反馈和肌肉锻炼。结合脑机接口和功能性电刺激两种技术，可以实现一种主动型的运动康复训练方式，即通过脑机接口检测被试者的运动想象信号，根据信号强度控制功能性电刺激的输出强度，从而实现对被试者上肢的运动辅助和运动引导，促进大脑和肌肉之间的神经可塑性重塑，提高运动功能的恢复水平。

3、然而，现有的基于运动想象脑机接口和功能电刺激的上肢运动功能康复系统仍存在一些不足之处，主要表现在以下几个方面：(1)功能电刺激的输出强度不够灵活，通常只有两种或三种固定的强度等级，无法根据被试者的运动想象信号的强度变化进行自适应调节，无法提供分级的运动反馈，限制了康复训练的效率和质量；(2)功能电刺激的输出强度不够激励，通常只有低或中等的强度等级，无法给予被试者足够的运动刺激，无法激发被试者进行高强度的运动想象，影响了康复训练的动力和效果。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明实施例希望提供一种结合脑机接口的功能电刺激调节方法、系统和存储介质，以解决或缓解现有技术中存在的技术问题，为上述技术问题至少提供一种有益的选择。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、第一方面，本技术实施例提供一种结合脑机接口的功能电刺激调节方法，包括：

4、对被试者的脑电信号进行采样；

5、对所述脑电信号进行解码，获得各类别的概率分布和所属类别；

6、根据所属类别对应的概率分布，获得信号强度预测值；

7、根据所述信号强度预测值和所属类别，确定对应的功能电刺激强度；

8、对被试者待刺激的肌群输出所述功能电刺激强度的电刺激。

9、作为本技术进一步的方案，对所述脑电信号进行解码，获得各类别的概率分布和所属类别，包括：

10、将所述脑电信号映射为特征矩阵；

11、将所述特征矩阵输入至transformer编码器，获得编码输出矩阵；

12、将所述编码输出矩阵展开成一列编码输出向量；

13、将所述编码输出向量输入分类层获得各类别的概率分布，将概率分布最大值对应的类别确定为所属类别。

14、作为本技术进一步的方案，所述方法还包括：

15、根据运动想象任务的时长划分各反馈时点，所述各反馈时点之间的时间间隔相等；

16、对所述对被试者当前反馈时点的运动想象脑电信号进行采样；

17、将所述运动想象脑电信号映射为(1，md)的特征向量，md为预设的特征维度；

18、将当前反馈时点与之前各反馈时点的特征矩阵进行合并获得汇总特征矩阵，若当前反馈时点与之前各反馈时点的数量之和不足反馈时点总数，则用0补充；

19、将所述汇总特征矩阵和掩码矩阵按照元素进行乘积运算，获得更新特征矩阵，所述汇总特征矩阵和所述掩码矩阵同型，所述掩码矩阵在对应当前反馈时点之后反馈时点的位置被设置为0，而在当前反馈时点和之前反馈时点的位置被设置为1；

20、将所述更新特征矩阵输入至transformer编码器，获得编码输出矩阵；

21、将所述编码输出矩阵展开成一列编码输出向量；

22、将所述编码输出向量输入分类层获得当前反馈时点的各类别的概率分布；

23、将概率分布最大值对应的类别确定为所属类别，所属类别用于指示运动想象针对的患侧部位。

24、作为本技术进一步的方案，根据所属类别对应的概率分布，获得信号强度预测值，包括：

25、设置概率参数pn；

26、若所属类别对应的概率分布小于所述概率参数，则信号强度预测值y计算公式为：

27、

28、若所属类别对应的概率分布大于或等于所述概率参数，则信号强度预测值y计算公式为：

29、

30、其中pl为所属类别对应的概率分布。

31、作为本技术进一步的方案，所述概率参数pn设为0.5。

32、作为本技术进一步的方案，根据所述信号强度预测值和所属类别，确定对应的功能电刺激强度，包括:

33、按照以下表达式确定功能电刺激强度：

34、i＝apey+b；

35、其中y为信号强度预测值，a是关系信号强度预测值y与功能电刺激强度i映射关系的第一参数，b是关系信号强度预测值y与功能电刺激强度i映射关系的第二参数；p为控制参数，当所属类别与实际运动想象任务针对的患侧部位相同，则将控制参数p确定为1；当所属类别与实际运动想象任务针对的患侧部位不相同，则将控制参数p确定为0。

36、作为本技术进一步的方案，所述方法还包括预先对第一参数a和第二参数b进行训练，具体包括：

37、确定最大电刺激强度imax和最小电刺激强度imin；

38、确定第一参数a的初始值，基于所有所述运动想象类别与实际运动想象任务针对的患侧部位相相同的所述运动想象脑电信号，迭代执行以下步骤：

39、根据第一参数a和第二参数b的函数关系确定第二参数b；

40、计算所述功能电刺激强度i；

41、调整第一参数a；

42、直至所有运动想象脑电信号中预设比例对应的功能电刺激强度均处于最大电刺激强度imax和最小电刺激强度imin之间，退出迭代执行步骤。

43、作为本技术进一步的方案，所述第一参数a和第二参数b的函数关系表达式为：

44、

45、其中yi为单次运动想象强度预测值，n为所有所属类别与实际运动想象针对的患侧部位相的运动想象脑电信号的样本数。

46、第二方面，本技术实施例提供一种结合脑机接口的功能电刺激调节系统，包括：

47、采样模块，被配置为对被试者的脑电信号进行采样；

48、解码模块，被配置为对所述脑电信号进行解码，获得各类别的概率分布和所属类别；

49、预测模块，被配置为根据所属类别对应的概率分布，获得信号强度预测值；根据所述信号强度预测值和所属类别，确定对应的功能电刺激强度；

50、电刺激模块，被配置为对被试者待刺激的肌群输出所述功能电刺激强度的电刺激。

51、第三方面，本技术实施例提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如第一方面任一可能的实时方式所提供的结合脑机接口的功能电刺激调节方法的步骤。

52、与现有技术相比，本技术实施例提供的结合脑机接口的功能电刺激调节方法能够取得的有益技术效果：

53、通过对被试者的脑电信号进行采样和解码，可以获得被试者与特定运动或认知任务相关的脑电信号强度预测值，基于信号强度预测值，可以精确地确定被试者的意图或需要，从而根据被试者的具体需求和情况，灵活地调整电刺激的参数，能够提供个性化的电刺激调节，这种个性化与精准性有助于提高治疗或康复的效果。

54、相应地，本发明实施例还提供了与上述结合脑机接口的功能电刺激调节方法相对应的结合脑机接口的功能电刺激调节系统，具有上述技术效果，在此不再赘述。