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腦機(jī)接口理論與應(yīng)用腦機(jī)接口概述:腦與計(jì)算機(jī)交互技術(shù)腦機(jī)接口種類:有創(chuàng)、半有創(chuàng)、無(wú)創(chuàng)腦機(jī)接口原理:腦信號(hào)采集與譯碼腦機(jī)接口應(yīng)用:醫(yī)學(xué)、游戲、國(guó)防腦機(jī)接口優(yōu)勢(shì):速度快、帶寬大、直接性強(qiáng)腦機(jī)接口局限:安全性、穩(wěn)定性、倫理問題腦機(jī)接口未來(lái)展望:小型化、智能化、多功能化腦機(jī)接口倫理思考:隱私、安全、責(zé)任ContentsPage目錄頁(yè)腦機(jī)接口概述:腦與計(jì)算機(jī)交互技術(shù)腦機(jī)接口理論與應(yīng)用#.腦機(jī)接口概述:腦與計(jì)算機(jī)交互技術(shù)腦機(jī)接口概述1.腦機(jī)接口(BCI)是一種允許大腦與計(jì)算機(jī)或其他設(shè)備直接交互的技術(shù)。2.BCI使得能夠?qū)⒋竽X的信號(hào)轉(zhuǎn)化為控制信號(hào),從而實(shí)現(xiàn)對(duì)外部設(shè)備的控制。3.BCI技術(shù)具有廣泛的應(yīng)用前景,包括醫(yī)療、康復(fù)、娛樂、安全等領(lǐng)域。腦機(jī)接口原理1.BCI系統(tǒng)通常由三部分組成:信號(hào)采集、信號(hào)處理和信號(hào)輸出。2.采集大腦信號(hào)的方法主要有:腦電圖(EEG)、腦磁圖(MEG)、功能性磁共振成像(fMRI)和近紅外光譜(NIRS)等。3.信號(hào)處理的目的是提取相關(guān)的大腦信號(hào),并將其轉(zhuǎn)化為控制信號(hào)。4.信號(hào)輸出則負(fù)責(zé)將控制信號(hào)傳輸給外部設(shè)備,實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的控制。#.腦機(jī)接口概述:腦與計(jì)算機(jī)交互技術(shù)1.BCI技術(shù)可分為侵入式和非侵入式兩種。2.侵入式BCI技術(shù)是指在人腦中植入電極,直接采集大腦信號(hào)。3.非侵入式BCI技術(shù)是指在人腦外部采集大腦信號(hào),如EEG、MEG、fMRI和NIRS等。4.侵入式BCI技術(shù)具有更高的信號(hào)質(zhì)量和控制精度,但存在手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)和感染風(fēng)險(xiǎn)。5.非侵入式BCI技術(shù)更加安全,但信號(hào)質(zhì)量和控制精度相對(duì)較低。腦機(jī)接口應(yīng)用領(lǐng)域1.醫(yī)療領(lǐng)域:BCI技術(shù)可用于治療癲癇、帕金森病、中風(fēng)和脊髓損傷等神經(jīng)系統(tǒng)疾病。2.康復(fù)領(lǐng)域:BCI技術(shù)可用于幫助殘疾人恢復(fù)肢體功能和言語(yǔ)功能。3.娛樂領(lǐng)域:BCI技術(shù)可用于開發(fā)腦控游戲和腦控玩具。4.安全領(lǐng)域:BCI技術(shù)可用于開發(fā)腦控門禁系統(tǒng)和腦控安全系統(tǒng)。腦機(jī)接口技術(shù)類型#.腦機(jī)接口概述:腦與計(jì)算機(jī)交互技術(shù)腦機(jī)接口技術(shù)挑戰(zhàn)1.BCI技術(shù)仍然面臨著許多挑戰(zhàn),包括信號(hào)采集、信號(hào)處理、信號(hào)輸出和倫理問題等。2.信號(hào)采集方面,需要提高大腦信號(hào)的質(zhì)量和信噪比。3.信號(hào)處理方面,需要開發(fā)更加有效的算法來(lái)提取相關(guān)的大腦信號(hào)。4.信號(hào)輸出方面,需要開發(fā)更加安全和可靠的設(shè)備來(lái)傳輸控制信號(hào)。5.倫理問題方面,需要對(duì)BCI技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行倫理審查和規(guī)范。腦機(jī)接口技術(shù)展望1.BCI技術(shù)是一門快速發(fā)展的領(lǐng)域,具有廣闊的應(yīng)用前景。2.隨著技術(shù)的發(fā)展,BCI技術(shù)將變得更加安全、可靠和易用。3.BCI技術(shù)在醫(yī)療、康復(fù)、娛樂、安全等領(lǐng)域的應(yīng)用將會(huì)更加廣泛。腦機(jī)接口種類:有創(chuàng)、半有創(chuàng)、無(wú)創(chuàng)腦機(jī)接口理論與應(yīng)用腦機(jī)接口種類:有創(chuàng)、半有創(chuàng)、無(wú)創(chuàng)有創(chuàng)腦機(jī)接口1.通過手術(shù)植入電極或其他設(shè)備,直接與大腦皮層或其他腦區(qū)進(jìn)行信息交互。2.具有較高的空間分辨率和時(shí)間分辨率,能夠記錄和刺激單個(gè)神經(jīng)元或神經(jīng)元群體的活動(dòng)。3.創(chuàng)傷性較大,存在感染、出血、組織損傷等風(fēng)險(xiǎn),需要專業(yè)的醫(yī)療團(tuán)隊(duì)進(jìn)行手術(shù)植入。半有創(chuàng)腦機(jī)接口1.將設(shè)備植入顱骨表面或皮下組織,但不直接接觸大腦皮層。2.具有較好的空間分辨率,能夠記錄和刺激腦電信號(hào)或局部腦區(qū)的神經(jīng)活動(dòng)。3.創(chuàng)傷性較小,但仍需手術(shù)植入,可能存在感染、出血等風(fēng)險(xiǎn)。腦機(jī)接口種類:有創(chuàng)、半有創(chuàng)、無(wú)創(chuàng)無(wú)創(chuàng)腦機(jī)接口1.不需要手術(shù)植入設(shè)備,通過非侵入性方式與大腦進(jìn)行信息交互,如頭皮腦電圖(EEG)、功能性磁共振成像(fMRI)、經(jīng)顱磁刺激(TMS)等技術(shù)。2.創(chuàng)傷性極小,但空間分辨率和時(shí)間分辨率較低,只能記錄或刺激整個(gè)大腦區(qū)域或皮層的神經(jīng)活動(dòng)。3.便攜性和靈活性較高,可用于日常生活中,目前主要用于研究和臨床診斷。腦機(jī)接口原理:腦信號(hào)采集與譯碼腦機(jī)接口理論與應(yīng)用腦機(jī)接口原理:腦信號(hào)采集與譯碼腦電信號(hào)采集1.腦電信號(hào)采集技術(shù)主要包括有創(chuàng)和無(wú)創(chuàng)技術(shù)兩種。有創(chuàng)技術(shù)通過植入電極到大腦皮層或深部腦組織中來(lái)記錄腦電信號(hào),而無(wú)創(chuàng)技術(shù)則通過在頭皮表面放置電極來(lái)記錄腦電信號(hào)。2.無(wú)創(chuàng)腦電信號(hào)采集技術(shù)包括腦電圖(EEG)、腦磁圖(MEG)和近紅外光譜(NIRS)等。EEG是目前最常用的無(wú)創(chuàng)腦電信號(hào)采集技術(shù),它通過測(cè)量頭皮表面的電活動(dòng)來(lái)反映大腦活動(dòng)。MEG通過測(cè)量頭皮表面的磁場(chǎng)變化來(lái)反映大腦活動(dòng)。NIRS通過測(cè)量頭皮表面的近紅外光吸收變化來(lái)反映大腦活動(dòng)。3.腦電信號(hào)采集技術(shù)在腦機(jī)接口系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的作用,它決定了腦機(jī)接口系統(tǒng)能夠獲取的腦電信號(hào)的質(zhì)量和數(shù)量,進(jìn)而影響了腦機(jī)接口系統(tǒng)的性能。腦機(jī)接口原理:腦信號(hào)采集與譯碼腦電信號(hào)預(yù)處理1.腦電信號(hào)預(yù)處理技術(shù)是將采集到的腦電信號(hào)進(jìn)行處理,以去除噪聲和干擾,提取出有用的信息。腦電信號(hào)預(yù)處理技術(shù)主要包括濾波、去偽跡、重定位和標(biāo)準(zhǔn)化等。2.濾波技術(shù)是去除腦電信號(hào)中噪聲和干擾的一種方法,常用的濾波技術(shù)包括低通濾波、高通濾波和帶通濾波等。3.去偽跡技術(shù)是去除腦電信號(hào)中偽跡的一種方法,常用的去偽跡技術(shù)包括眼電偽跡去除技術(shù)、肌肉偽跡去除技術(shù)和心電偽跡去除技術(shù)等。4.重定位技術(shù)是將腦電信號(hào)從頭皮坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到大腦坐標(biāo)系的一種方法,常用的重定位技術(shù)包括表面重定位技術(shù)和容積重定位技術(shù)等。5.標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)是將不同個(gè)體的腦電信號(hào)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理,以消除個(gè)體差異的一種方法,常用的標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)包括Z-score標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)和小波變換標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)等。腦機(jī)接口原理:腦信號(hào)采集與譯碼腦電信號(hào)特征提取1.腦電信號(hào)特征提取技術(shù)是從預(yù)處理后的腦電信號(hào)中提取出具有代表性的特征,這些特征可以用來(lái)表示大腦活動(dòng)。腦電信號(hào)特征提取技術(shù)主要包括時(shí)域特征提取技術(shù)、頻域特征提取技術(shù)、時(shí)頻域特征提取技術(shù)和空間特征提取技術(shù)等。2.時(shí)域特征提取技術(shù)是從腦電信號(hào)的時(shí)間序列中提取出具有代表性的特征,常用的時(shí)域特征提取技術(shù)包括峰值檢測(cè)技術(shù)、平均值檢測(cè)技術(shù)和方差檢測(cè)技術(shù)等。3.頻域特征提取技術(shù)是從腦電信號(hào)的頻譜中提取出具有代表性的特征,常用的頻域特征提取技術(shù)包括功率譜密度分析技術(shù)、相位譜分析技術(shù)和互譜分析技術(shù)等。4.時(shí)頻域特征提取技術(shù)是從腦電信號(hào)的時(shí)頻譜中提取出具有代表性的特征,常用的時(shí)頻域特征提取技術(shù)包括短時(shí)傅里葉變換技術(shù)、小波變換技術(shù)和希爾伯特-黃變換技術(shù)等。5.空間特征提取技術(shù)是從腦電信號(hào)的空間分布中提取出具有代表性的特征,常用的空間特征提取技術(shù)包括腦地形圖技術(shù)、腦連接圖技術(shù)和腦網(wǎng)絡(luò)分析技術(shù)等。腦機(jī)接口原理:腦信號(hào)采集與譯碼腦電信號(hào)分類1.腦電信號(hào)分類技術(shù)是將提取出的腦電信號(hào)特征進(jìn)行分類,以識(shí)別不同的腦電信號(hào)模式。腦電信號(hào)分類技術(shù)主要包括監(jiān)督學(xué)習(xí)技術(shù)和非監(jiān)督學(xué)習(xí)技術(shù)等。2.監(jiān)督學(xué)習(xí)技術(shù)是利用已知標(biāo)簽的腦電信號(hào)數(shù)據(jù)來(lái)訓(xùn)練分類器,然后使用訓(xùn)練好的分類器對(duì)新的腦電信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類。常用的監(jiān)督學(xué)習(xí)技術(shù)包括支持向量機(jī)、決策樹和隨機(jī)森林等。3.非監(jiān)督學(xué)習(xí)技術(shù)是利用沒有標(biāo)簽的腦電信號(hào)數(shù)據(jù)來(lái)訓(xùn)練分類器,然后使用訓(xùn)練好的分類器對(duì)新的腦電信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類。常用的非監(jiān)督學(xué)習(xí)技術(shù)包括K-means聚類、層次聚類和譜聚類等。腦電信號(hào)譯碼1.腦電信號(hào)譯碼技術(shù)是將分類后的腦電信號(hào)模式轉(zhuǎn)換為控制命令或其他有用的信息。腦電信號(hào)譯碼技術(shù)主要包括線性譯碼技術(shù)和非線性譯碼技術(shù)等。2.線性譯碼技術(shù)是用線性模型將分類后的腦電信號(hào)模式轉(zhuǎn)換為控制命令或其他有用的信息。常用的線性譯碼技術(shù)包括線性回歸分析技術(shù)、嶺回歸分析技術(shù)和最小二乘法技術(shù)等。3.非線性譯碼技術(shù)是用非線性模型將分類后的腦電信號(hào)模式轉(zhuǎn)換為控制命令或其他有用的信息。常用的非線性譯碼技術(shù)包括神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、支持向量回歸技術(shù)和核支持向量回歸技術(shù)等。腦機(jī)接口原理:腦信號(hào)采集與譯碼1.腦機(jī)接口技術(shù)在醫(yī)學(xué)、康復(fù)、娛樂和軍事等領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用前景。2.在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域,腦機(jī)接口技術(shù)可以用于治療癲癇、帕金森病和阿爾茨海默病等神經(jīng)系統(tǒng)疾病。3.在康復(fù)領(lǐng)域,腦機(jī)接口技術(shù)可以幫助殘疾人恢復(fù)失去的功能,如運(yùn)動(dòng)功能、語(yǔ)言功能和視覺功能等。4.在娛樂領(lǐng)域,腦機(jī)接口技術(shù)可以用于開發(fā)新的娛樂方式,如腦控游戲和腦控音樂等。5.在軍事領(lǐng)域,腦機(jī)接口技術(shù)可以用于開發(fā)新的武器系統(tǒng),如腦控?zé)o人機(jī)和腦控機(jī)器人等。腦機(jī)接口應(yīng)用腦機(jī)接口應(yīng)用:醫(yī)學(xué)、游戲、國(guó)防腦機(jī)接口理論與應(yīng)用#.腦機(jī)接口應(yīng)用:醫(yī)學(xué)、游戲、國(guó)防腦機(jī)接口在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用:1.腦機(jī)接口在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用主要包括:治療神經(jīng)系統(tǒng)疾病、恢復(fù)功能和增強(qiáng)人類能力。2.腦機(jī)接口可以幫助治療帕金森病、癲癇、中風(fēng)和阿爾茨海默病等神經(jīng)系統(tǒng)疾病。腦機(jī)接口可以幫助恢復(fù)運(yùn)動(dòng)功能、語(yǔ)言功能和認(rèn)知功能。腦機(jī)接口可以增強(qiáng)人類的記憶力、注意力和學(xué)習(xí)能力。3.腦機(jī)接口在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用前景廣闊。隨著腦機(jī)接口技術(shù)的發(fā)展,腦機(jī)接口將可以治療更多的神經(jīng)系統(tǒng)疾病,幫助更多的人恢復(fù)功能,并增強(qiáng)人類的能力。腦機(jī)接口在游戲中的應(yīng)用:1.腦機(jī)接口在游戲中的應(yīng)用主要包括:控制游戲角色、增強(qiáng)游戲體驗(yàn)和創(chuàng)造新的游戲玩法。2.腦機(jī)接口可以幫助玩家控制游戲角色,使玩家能夠更直觀地控制游戲角色。腦機(jī)接口可以增強(qiáng)游戲體驗(yàn),使玩家能夠更沉浸在游戲中。腦機(jī)接口可以創(chuàng)造新的游戲玩法,使游戲更加有趣和具有挑戰(zhàn)性。3.腦機(jī)接口在游戲中的應(yīng)用前景廣闊。隨著腦機(jī)接口技術(shù)的發(fā)展,腦機(jī)接口將可以在游戲中發(fā)揮更大的作用,使游戲更加有趣和具有挑戰(zhàn)性。#.腦機(jī)接口應(yīng)用:醫(yī)學(xué)、游戲、國(guó)防腦機(jī)接口在國(guó)防中的應(yīng)用:1.腦機(jī)接口在國(guó)防中的應(yīng)用主要包括:控制無(wú)人機(jī)、增強(qiáng)士兵能力和創(chuàng)建新的武器系統(tǒng)。2.腦機(jī)接口可以幫助士兵控制無(wú)人機(jī),使士兵能夠更有效地執(zhí)行任務(wù)。腦機(jī)接口可以增強(qiáng)士兵的能力,使士兵能夠更有效地作戰(zhàn)。腦機(jī)接口可以創(chuàng)建新的武器系統(tǒng),使軍隊(duì)能夠更有效地應(yīng)對(duì)敵人。腦機(jī)接口優(yōu)勢(shì):速度快、帶寬大、直接性強(qiáng)腦機(jī)接口理論與應(yīng)用腦機(jī)接口優(yōu)勢(shì):速度快、帶寬大、直接性強(qiáng)腦機(jī)接口速度快1.神經(jīng)信號(hào)的傳輸速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于傳統(tǒng)的人工輸入設(shè)備(如鍵盤、鼠標(biāo)等)。腦機(jī)接口直接從大腦讀取信息,無(wú)需復(fù)雜的處理過程,因此可以實(shí)現(xiàn)更高效的通信和控制。2.腦機(jī)接口不受物理?xiàng)l件的限制,可以在任何環(huán)境下使用。例如,在高輻射或失重等特殊環(huán)境中,腦機(jī)接口仍然可以正常工作。3.腦機(jī)接口可以實(shí)現(xiàn)更自然的交互方式。傳統(tǒng)的人工輸入設(shè)備需要用戶學(xué)習(xí)和適應(yīng)特定的操作方式,而腦機(jī)接口可以直接讀取用戶的大腦指令,無(wú)需額外的學(xué)習(xí)和適應(yīng)。腦機(jī)接口帶寬大1.腦機(jī)接口可以同時(shí)處理大量信息。大腦每秒產(chǎn)生數(shù)十億個(gè)神經(jīng)信號(hào),而腦機(jī)接口可以同時(shí)讀取這些信號(hào),并從中提取有用的信息。2.腦機(jī)接口可以傳輸高分辨率的感官信息。例如,腦機(jī)接口可以將視覺信號(hào)直接傳輸?shù)酱竽X,讓用戶看到高分辨率的圖像。3.腦機(jī)接口可以傳輸復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)指令。例如,腦機(jī)接口可以將運(yùn)動(dòng)指令直接傳輸?shù)郊∪?,讓用戶做出?fù)雜的運(yùn)動(dòng)。腦機(jī)接口優(yōu)勢(shì):速度快、帶寬大、直接性強(qiáng)腦機(jī)接口直接性強(qiáng)1.腦機(jī)接口可以直接訪問大腦中的信息,無(wú)需通過外部設(shè)備或傳感器。這使得腦機(jī)接口可以獲取更加原始和真實(shí)的數(shù)據(jù)。2.腦機(jī)接口可以實(shí)現(xiàn)雙向通信。不僅可以從大腦讀取信息,還可以向大腦發(fā)送信息。這使得腦機(jī)接口可以用于治療疾病、增強(qiáng)認(rèn)知能力等。3.腦機(jī)接口可以實(shí)現(xiàn)更深入的交互。腦機(jī)接口可以直接與大腦中的神經(jīng)元進(jìn)行交互,這使得腦機(jī)接口可以實(shí)現(xiàn)更深入和細(xì)致的控制。腦機(jī)接口局限:安全性、穩(wěn)定性、倫理問題腦機(jī)接口理論與應(yīng)用#.腦機(jī)接口局限:安全性、穩(wěn)定性、倫理問題主題名稱腦機(jī)接口技術(shù)安全性問題:1.外科手術(shù)風(fēng)險(xiǎn):腦機(jī)接口設(shè)備的植入需要外科手術(shù),這存在手術(shù)并發(fā)癥的風(fēng)險(xiǎn),如感染、出血、神經(jīng)損傷等。2.生物相容性問題:腦機(jī)接口設(shè)備與大腦組織之間可能存在生物相容性問題,導(dǎo)致組織損傷、炎癥反應(yīng)等。3.電磁干擾:腦機(jī)接口設(shè)備可能受到電磁干擾,導(dǎo)致設(shè)備故障或數(shù)據(jù)失真。主題名稱腦機(jī)接口技術(shù)穩(wěn)定性問題:1.長(zhǎng)期穩(wěn)定性:腦機(jī)接口設(shè)備在長(zhǎng)期使用中可能出現(xiàn)穩(wěn)定性問題,如植入設(shè)備松動(dòng)、電極失效等,導(dǎo)致設(shè)備功能下降或失效。2.數(shù)據(jù)可靠性:腦機(jī)接口設(shè)備采集的數(shù)據(jù)可能存在可靠性問題,如電極噪聲、信號(hào)失真等,影響數(shù)據(jù)分析和決策的準(zhǔn)確性。3.能耗問題:腦機(jī)接口設(shè)備通常需要較高的功耗,這可能限制設(shè)備的便攜性和使用壽命。#.腦機(jī)接口局限:安全性、穩(wěn)定性、倫理問題主題名稱腦機(jī)接口技術(shù)倫理問題:1.大腦隱私:腦機(jī)接口設(shè)備可以讀取和寫入大腦信號(hào),這涉及個(gè)人隱私和數(shù)據(jù)安全問題。2.人機(jī)邊界:腦機(jī)接口技術(shù)可能會(huì)模糊人與機(jī)器的界限,引發(fā)對(duì)人類本質(zhì)和尊嚴(yán)的思考。腦機(jī)接口未來(lái)展望:小型化、智能化、多功能化腦機(jī)接口理論與應(yīng)用腦機(jī)接口未來(lái)展望:小型化、智能化、多功能化小型化1.縮小的尺寸和重量:下一代腦機(jī)接口設(shè)備將更加小型化,甚至可以植入到大腦中,從而減少對(duì)大腦組織的損傷和不適感。2.更大的集成度和功能性:小型化器件將允許更復(fù)雜的傳感器和電子元件集成在一起,從而實(shí)現(xiàn)更強(qiáng)大的功能和更準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)采集。3.更低的成本和更廣泛的可及性:小型化和集成化可以降低腦機(jī)接口設(shè)備的生產(chǎn)成本,使其更易于負(fù)擔(dān)和獲得,從而使更多的人受益。智能化1.自適應(yīng)和可調(diào)節(jié)的性能:未來(lái)的腦機(jī)接口設(shè)備將具有自適應(yīng)和可調(diào)節(jié)的功能,能夠根據(jù)用戶的需求和環(huán)境條件調(diào)整其性能,以提供最佳的用戶體驗(yàn)。2.實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析和反饋:腦機(jī)接口設(shè)備將配備先進(jìn)的算法和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù),能夠?qū)崟r(shí)分析腦電波和其他神經(jīng)信號(hào),并提供反饋給用戶或醫(yī)療專業(yè)人員,以便及時(shí)干預(yù)和治療。3.無(wú)縫集成和協(xié)同工作:智能化的腦機(jī)接口設(shè)備將能夠與其他設(shè)備和系統(tǒng)無(wú)縫集成,協(xié)同工作,從而提供更加全面的健康監(jiān)測(cè)和治療解決方案。腦機(jī)接口未來(lái)展望:小型化、智能化、多功能化多功能化1.多種信號(hào)檢測(cè)和分析:未來(lái)的腦機(jī)接口設(shè)備將能夠檢測(cè)和分析多種神經(jīng)信號(hào),包括腦電波、腦磁圖、神經(jīng)元活動(dòng)等,從而提供更全面的神經(jīng)信息。2.廣泛的醫(yī)療應(yīng)用:腦機(jī)接口技術(shù)將在醫(yī)療領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用,包括腦癱、癲癇、帕金森病、中風(fēng)、精神疾病等,為患者提供新的治療和康復(fù)手段

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