[發明專利]基于腦－機接口的智能輪椅控制系統及其腦電信號處理方法

無效

• 申請號: 200810053558.0
• 申請日: 2008-06-18
• 公開（公告）號: CN101301244A
• 公開（公告）日: 2008-11-12
• 發明（設計）人: 明東;宋瑋;朱譽環;萬柏坤
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: A61G5/10
• 分類號: A61G5/10;G05B19/02
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所
• 代理人: 江鎮華

技術領域

本發明涉及一種智能輪椅。特別是涉及一種能夠幫助肢體殘疾人士、老齡化人群，以及重癥癱瘓但腦部有思維的人自由行動，可以與外界進行信息交流和控制，以提高他們的生活質量的基于腦-機接口的智能輪椅控制系統及其腦電信號處理方法。

背景技術

腦-機接口(Brain-Computer?Interface-BCI)是在人腦和計算機或其他電子設備之間建立的一種直接的信息交流和控制通道，是一種不依賴于常規大腦輸出通路(外周神經和肌肉組織)的全新的信息交流系統。

因此，腦-機接口是智能輪椅研究中的重要課題，涉及面廣，包含問題較多。對BCI的研究最早開始于上世紀70年代，美國國防總部看到了戰斗飛行員如果能用思維直接控制飛機將有極大的應用前景，因此對BCI展開研究。由于當時特定的技術限制，成功可能性很小，計劃被取消了。但是當初所作的一些基礎工作卻為今天這一領域的快速發展打下了基礎。當今研究BCI的主要目的是為了幫助遭受腦癱(cerebral?palsy)，或脊柱損傷失去外周神經控制但思維能力尚存的病人，使他們重新實現對外界的交流和控制。在過去的幾十年里，這項研究已經取得了巨大的進步。

一個基本的BCI系統設計和控制如圖1所示。信號通過電阻從頭皮或顱內獲得，經過信號處理提取反映使用者意圖的信號特征，這些特征再被轉化為控制設備的命令(如一個字處理程序，操縱輪椅或神經損傷彌補)，只有使用者協調好信號特征與其意圖之間的關系，同時BCI選擇、特征提取并有效準確地將之轉為設備控制命令，系統才能有效操作。

智能輪椅是將智能機器人技術應用于電動輪椅，融合多種領域的研究，包括機器人導航和定位、模式識別、多傳感器融合及人-機接口等，涉及機械、控制、傳感器、人工智能、通訊等技術，也稱智能輪椅式移動機器人。自1986年英國開始研制第一輛智能輪椅以來，許多國家投入較多資金研究智能輪椅。如美國麻省理工學院WHEELESLEY項目、法國VAHM項目、德國烏爾姆大學MAID(老年人及殘疾人助動器)項目、Bremen?AutonomousWheelchair項目、西班牙SIAMO項目、加拿大AAI公司TAO項目、歐盟TIDE項目、KISS學院TINMAN項目、臺灣中正大學電機系LUOSON項目、我國863智能機器人智能輪椅項目及第三軍醫大學外科研究所項目等。由于各個實驗室的目標及研究方法不盡相同，每種輪椅解決的問題及達到的能力不同。聯合國發表報告指出，全世界人口老齡化進程正在加快，今后50年內，60歲以上的人口比例預計將會翻一番，由于各種災難和疾病造成的殘障人士也逐年增加，他們存在不同程度的能力喪失，如行走、視力、動手及語言等。為了給老年人和殘障人士提供性能優越的代步工具，幫助他們提高行動自由度及重新融入社會，目前美國、德國、日本、法國、加拿大、西班牙及中國等國家對智能輪椅進行了研究，使智能輪椅具有記憶地圖、避障、自動行走、與用戶交互等功能。

腦-機接口是在人腦和計算機或其它電子設備之間建立一種直接的信息交流系統。通常90％腦神經功能正常的人在短時間閉眼后腦電(Electroencephalography，EEG)中alpha(α)波幅均可明顯增強，同時，由于EEG記錄了大腦不同部位神經細胞群的電活動，理論上人的思維意識活動也應該在腦電中反映出來，所以，EEG成為BCI中代替神經和肌肉系統攜帶信息的首選工具。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，提供一種能夠幫助肢體殘疾人士、老齡化人群，以及重癥癱瘓但腦部有思維的人自由行動，可以與外界進行信息交流和控制，以提高他們的生活質量的基于腦-機接口的智能輪椅控制系統及其腦電信號處理方法。

本發明所采用的技術方案是：一種基于腦-機接口的智能輪椅控制系統及其腦電信號處理方法。其中，基于腦-機接口的智能輪椅控制系統，包括有依次相連的：采集受試者腦電信號的前置放大信號預處理電路、信號采集卡A/D轉換、信號處理裝置、信號采集卡D/A轉換、接口電路、循環燈控制面板以及輪椅，其中，循環燈控制面板還與受試者相連接收受試者發出的反饋信號。

所述的前置放大信號預處理電路是通過設置在受試者枕部或耳部兩導聯處的兩個腦電檢測電極來采集受試者腦電信號。

所述的信號處理裝置采用計算機。