基于身心共融运动训练的肢体康复机器人多模态反馈方法研究

There is a certain limitation in the existing rehabilitation training systems, which are designed based on the body-level consideration of the patients and fail to achieve mind-level interactive training. This project will investigate the multimodal feedback methods of limb rehabilitation robot for physical and mental integration training from psychological perspective. The project mainly includes the following elements:.(1) Studying the features of motion and physiological response characterized the attention state of patient in rehabilitation training..(2) Studying the methods for feature selection, optimization and attention state identification, analyzing the performance and characteristics of classification methods, proposing and establishing the referee-type identification model, and perceiving the attention state online..(3) Studying visual-auditory-touch perception elements and measurement scale design to reflect the individual cognitive style, and analyzing the perception tendency of patient by measurement scale..(4) Studying multimodal attention-interaction feedback method based on patient's cognitive style, and adopting the psychological perception and guidance to the design of rehabilitation system. Constructing the rehabilitation training platform and verifying the effectiveness in clinical application..The execution of this project will help to explore more effective concepts and methods of rehabilitation from psychological point, and lay the foundation for the realization of "patient-centered" rehabilitation services.

现有从患者“身”的层次分析所设计的康复训练系统，未能实现有效的“心”的层次交互训练，具有一定的局限。本项目拟从心理层次开展肢体康复机器人身心共融运动训练多模态反馈方法研究，主要包括：（1）研究康复训练中表征患者注意力状态的运动及生理响应特征；（2）研究特征选择、优化及注意力状态辨识算法，通过分析分类方法的性能和特点，提出并建立裁判式辨识模型，实现注意力状态在线感知；（3）研究反映个体认知风格的视-听-触感知要素及测量量表设计，通过量表分析个体视-听-触感知倾向；（4）研究与患者认知风格相一致的多模态注意交互反馈方法，将心理感知和引导融入到康复训练系统设计中，搭建康复训练平台，验证临床康复效果。本项目研究，将促进从心理层次探索更有效的康复理念和方法，也为进一步实现“以患者为中心”的康复训练服务提供技术支撑。

针对中风患者开展的肢体康复运动训练，本项目以“患者为中心”的康复理念为指导，以心理感知和引导为基础，以视-听-触多模态反馈为策略，以激发患者康复热情实现有效康复为目的，研究基于身心共融运动训练的视-听-触多模态反馈方法。由于项目实际获资助研究期为1年。在这1年内主要研究了：（1）康复训练中表征患者内在心理状态的运动及生理响应特征分析及心理状态辨识；（2）基于个体认知风格的视-听-触感知特点分析。.为监测训练者高兴、悲伤、愉悦、生气等不同的心理状态，提出了时频特征融合分析及模糊逻辑降维的心理状态表征方法，并结合SVM分类器实现心理状态辨识，实验结果表明本研究平均辨识率为96.79%，较德国奥格斯堡大学研究成果提高了16.11%。针对训练中随着训练任务的进行，训练者往往容易产生一定的焦虑情绪，本项目开展了训练者不同焦虑情绪（高度、中度、低度）的心理状态监测研究，并进一步创新性地提出了基于焦虑状态监测的自适应任务调节控制训练交互方法，实验表明所设计的康复训练系统具有更高的训练满意度。为实现更平稳平滑的康复运动训练，提出了基于上肢扰动状态观察的动态插补运动控制方法，通过定性和定量的两类实验研究表明所提方法能够实现高平稳平滑的康复运动训练。针对临床康复训练中的自由运动康复训练，本项目创新性提出了机器人辅助自适应任务等级的自由运动康复训练方法，取得了很好的康复效果。此外，针对SVM分类通常采用单一核函数的局限性，为提高辨识精度，创新性地提出了基于核函数融合的分类方法，前期已将该创新分类方法在齿轮故障诊断方面进行了验证。从归纳视-听-触觉感知常见的呈现类型角度出发，设计了个体视-听-触感知特点类型分析量表，并在健康实验者中得到了很好的验证。.在该项目的资助下，目前发表/录用论文4篇，发表/录用会议论文2篇，申请国家发明专利2件，很好地完成了项目原定研究内容和目标。