基于运动想象范式，搭建独特算法，韶脑科技有望将脑卒中康复周期缩短1/3

动脉网 · 公众号 · · 2024-11-07 08:00

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近年来，基于脑机接口调控的机器人技术为卒中的康复治疗提供了新的方法。多种不同范式的脑机接口机器人已被广泛应用于卒中后的康复治疗中，促进患者的功能恢复。

作为国内最早一批从事脑机接口技术研究的学者之一，上海大学杨帮华教授长期致力于脑电波信号处理、脑机接口与虚拟现实技术的结合及其工程应用。获得国家级项目近20项，发表论文150余篇，申请国际及中国专利10余项，入选宝山区领军人才。值得一提的是，她特别关注脑卒中患者的肢体运动功能障碍问题，致力于将研究成果转化为实际应用。

2021年，杨帮华教授成立了韶脑科技公司，进一步推动研究成果的产品化进程，希望让先进的脑机接口技术更广泛地应用于脑卒中患者的康复训练之中，实现更精准、更高效的康复。

专注自适应迁移脑电识别算法，实现精准高效信号解码

由于大脑功能受损，脑卒中患者的某些肢体常无法正常运作。传统的康复训练主要依赖于被动式的肢体锻炼。然而，杨帮华教授团队却另辟蹊径，从“大脑”这一指令发出的源头入手，让患者的大脑主动参与康复过程。

杨帮华教授的目标是基于运动想象范式，读懂人的“想法”。

具体来说，就是脑机接口技术通过探测脑电波，判别患者是否有主动完成康复动作的意图，确认后随即将命令反馈给患者本身和康复机器人等外部设备，从而构成一个闭环的神经康复训练系统，实现从大脑到肢体，肢体到大脑的康复过程。

这种训练方法不仅对患者的能力有所要求，也对设备的性能提出了挑战。患者的运动想象能力，以及他们在运动想象过程中能否产生有效的事件相关去同步或事件相关同步，都直接影响到控制的精确性和最终的康复效果。同时，基于运动想象范式的脑机接口要实现意图检测的准确性和控制的有效性，也必须经过长时间的训练和优化。

韶脑科技也正是沿着这一方向前行。杨帮华教授向动脉网透露，要准确解析运动想象信号，需要对脑机接口中的运动想象编码范式和人体神经生理活动有深入了解，并编写合适的算法进行解析。

据了解，韶脑科技通过自主研发的自适应迁移脑电识别算法，已经集成了多个关键步骤来实现高效且准确的脑电信号分析。首先，团队利用PSD、CSP、小波变换、时-频分析、HHT及深度学习等技术进行特征提取，以区分不同任务的本质特征。接着，团队构建LDA、贝叶斯、SVM、神经网络等多种分类器，精准识别不同的动作任务。

而在神经解码方面，团队不仅提出两类运动想象任务的空-时-频联合优化迁移学习算法，还专注研发异步fMRI-EEG单侧肢体四类MI任务。此外，团队还基于fMRI权重的卷积神经网络，采用卷积进行特征提取，设计从频率、局部空间和特征图三个角度校准相关信息的注意力模块。多特征注意模块自适应地选择特定于个体的有效频带特征；增强对MI相关导联的空间感知；过滤掉冗余特征图，从而进一步提升解码性能。

杨帮华教授强调，在搭建自适应迁移脑电识别算法的过程中，韶脑科技着重构建合适的网络结构，选择合适的参数，从信号中深入挖掘和解析随时间变化的特征。也因此， 这种算法能够更精准、更高效捕捉到脑电波的个体差异性和时变性。

推出脑控康复轮椅，脑卒中康复周期缩短1/3

在过去的一段采访中，杨帮华教授表示，纪阿姨是她印象深刻的一位特殊病人。在上海市第二康复医院，这位70岁退休的小学数学老师因右手失去知觉、无法活动而深感困扰。相比于其他病人，纪阿姨积极尝试脑机接口技术，也是在脑机接口的帮助下，纪阿姨的右手逐渐恢复活动能力。活动能力比之前提高了50%，她表示：“这项技术让我重新找回了生活的信心”。

在康复治疗的众多领域中，脑卒中康复无疑是一个潜在需求强烈且具备刚需性的细分领域。除了骨折与运动损伤后的患者，脑卒中患者在康复住院患者中占比最高。据《国家康复医学专业医疗服务与质量安全报告》显示，在1897家样本医院的康复医学科主要收治病种中，脑卒中出院人群占比高达31%，仅次于骨折康复患者。而韶脑科技的创新技术有望显著改善这一现状。随着脑卒中发病率的逐年提升，其收治率却仍处于低位。据弗若斯特沙利文数据显示，2018年我国脑卒中患病人数已超过1600万人，且发病率呈现年轻化趋势，但收治率却不足30%。

针对这一矛盾， 韶脑科技推出了拳头产品——脑控康复轮椅。这款轮椅无需肢体动作即可控制轮椅运动，为肢体行为受限人员提供了自由可靠的康复和代步工具 。拆分来看，这套大脑神经康复和神经调控一体化的医疗设备以石墨烯脑电帽为感知硬件，以电动轮椅、外骨骼为执行器，通过脑电采集、信号处理、意图解码驱动执行器带动用户移动。

简单来说，主要设备由一块显示屏、一顶能采集脑电波信号的“帽子”，以及一台轮椅组成。

当显示屏界面中的按钮闪烁时，患者只需用眼睛注视按钮，按钮即变成红色并被选中，轮椅便会根据指令前进或停止。同时，患者通过想象左手或右手运动来刺激脑部神经发出相应的脑电信号。这些信号经过成功检测和解码后，就能识别出患者左右转向的真实意图。

韶脑科技总经理张永怀在接受动脉网采访时表示，经过五代迭代和优化，脑控康复轮椅在舒适性和人机应用参数方面均取得了显著提升。尤其是在临床应用上，脑控康复轮椅能够帮助患者缩短1/3的脑卒中康复周期。

搭建临床合作矩阵，加速推动产品落地

韶脑科技核心产品正处于医疗器械注册阶段，目前已经应用于北京天坛医院，上海岳阳医院，同济阳光医院等国家著名医院的相关科室 ，在经过不断的验证和升级后有望实现快速推广，惠及广大民众。

谈及未来研究方向，张永怀告诉动脉网，韶脑科技已经多家医院达成深度合作，所有的方向都是来自于院方医院。杨帮华教授也同样认为，只有与医院进行大量沟通，准确了解医生和患者的需求，才能开发出更加个性化、人性化的产品，真正促进科研成果产业化。

例如，利用脑机接口深度检测患者麻醉程度为围术期患者提供了更安全、更高质量的医疗服务。这也是韶脑科技根据院方需求形成的研究方向。 此外，韶脑科技还在抑郁症辅助评估系统、重症患者意图表达系统、注意力增强训练系统以及手指关节持续被动康复训练等多个领域进行了布局 。

而在探索老年人认知，阿尔茨海默症监测，注意力训练方面，韶脑科技从未停下脚步，致力于将先进的脑机接口应用于康复健康领域。

据了解，未来，韶脑科技将从三个阶段进一步优化脑机接口技术。

首先开发专用的集成芯片，用于实时处理和分析脑电信号，实现低功耗和高效率，研究和开发先进的算法，以提高信号处理的速度和准确性，降低误识别率；其次，脑机信息交互手段预计将从原来的以电为主，走向电、光、磁、声等各种手段的多模态联合应用，通过不同交互手段的联用，提升脑机接口技术应用的效果；最后，结合VR&AR技术，脑机接口技术可实现个性化、精准化、情感化脑功能健康状态监测与干预的大规模人群普惠应用，成为大数据与算法驱动的智能数字疗法。

目前韶脑科技也在积极开启融资，促成脑机接口技术产业化，韶脑科技将继续致力于脑机接口技术的研发与应用，为脑卒中患者带来更加美好的生活。

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