脑控康复—助力自主复健的脑机AI
成果类型:: 发明专利
发布时间: 2023-07-03 14:18:23
本项目研发了一种新型的多模态脑机接口康复平台,以稳态视觉诱发电位(SSVEP)和运动想象(MI)为主要控制信号,通过自主脑控外骨骼设备,驱动肢体进行复健活动。其功能主要包括:(1)基于 SSVEP 的激活“按钮”,以此实现用户对系统自定节奏的控制。(2)基于 SSVEP 的需求选择功能,及时了解失语患者的治疗状况。(3)通过 MI 与外骨骼结合实现从大脑到肢体的神经反馈训练,帮助运动功能障碍患者的神经重塑,从而恢复肢体功能。
一、多模态联合控制方式: SSVEP是响应速度最快、支持目标数最多的脑机接口。运动想象(MI)的优点是信号稳定,控制信号易于设置,并且主动BCI范式有助于提高大脑参与程度,它可以更好地反应用户的自主意图,实现真正的精神控制。
二、运动想象解码模型: 该项目创新性地在异步在线BCI系统中引入了基于自注意力机制的Transformer作为运动想象解码模型,Transformer具有独特的编码与解码特性支持更少的模型参数,维持了异步在线BCI系统的轻量级,并且可以充分利用脑电信息前后高度相关的特性,在使用较短时序长度的样本时也能具备优秀的识别能力,使系统拥有更快捷的反应速度。
三、多部位外骨骼设备研发: 外骨骼设备可以发挥出改善步态、加强肌肉力量、促进神经再生和减轻康复治疗压力等良好作用。在本项目中自主研发了左手、右手、双腿的多部位外骨骼设备,支持单部位特定训练以及多部位同时训练,满足制定多种康复训练方案的需求。
2020年,非侵入式脑机接口占脑机接口市场规模的86%。目前,无论是各国科研院所还是企业,研究重点都侧重非侵入式脑机接口。2022年全球脑机接口的市场规模达到15亿美元,预计到2027年市场规模达36亿美元,行业市场规模大,增速快,脑机接口行业未来具有很大发展空间。
当前脑机接口技术主要应用于医疗及健康保健场景,数据显示2022年脑机接口在医疗领域的市场规模占比约达62%。随着人口老龄化程度的不断加剧,肢体康复训练市场规模也不断扩大,根据市场调研报告,全球肢体康复训练市场规模在2019年已经达到了160亿美元,预计到2026年将达到210亿美元。结合脑机接口技术的运动康复是一个新兴市场,近年来,国外研究对该技术在不同运动障碍人群中的应用进行了大量探索,随着技术的不断发展和推广,该技术在康复训练市场的份额将会逐步扩大。
该项目主要应用于脑卒中偏瘫患者的运动康复、ICU患者的日常肢体训练。应用场景为和传统康复器械厂商合作,解决产品不足;与医院康复中心合作;和康复中心或养老院合作;面向有高质量康复需求的家庭,可通过租赁形式提供本产品。
安徽大学科学技术处是负责安徽大学理学及应用学科科学研究与技术开发管理的职能部门。主要工作包括科研规划、科研项目管理、科研基地(研究机构)的管理、学术交流、科技开发与成果转化、科技成果与知识产权管理。安徽大学生产力促进中心挂靠科学技术处。
脑机接口技术应用于康复领域的实践大多仍存在准确度低、操作繁琐、外骨骼功能单一等缺陷,相较之下,本项目产品是建议高性能、低时延BCI康复平台的一个新的尝试。相比传统康复训练方法,本项目主要具有以下优势:
1. 降低康复成本:传统的康复训练方法一般是由物理治疗师一对一进行,医疗资源紧张且成本高昂。本项目产品通过脑机接口技术实现患者对康复训练的自主控制,大幅降低患者负担。
2. 提升康复效果:该技术通过从大脑到肢体的完整“闭环回路”实现神经反馈训练,过程中患者大脑主动参与,使得神经激活程度更高,且在康复训练中更加主动积极,从而比传统康复训练效果更好。
本项目初步意向交易方式为合作(作价入股)的形式。与各大医疗机构和康复中心等建立合作伙伴关系,提供产品试用和演示,以及康复师的培训和技术支持,通过售卖或租赁形式提供本项目产品。