[發明專利]一種基于腦機接口的光標控制系統及方法

有效

• 申請號: 201310111544.0
• 申請日: 2013-04-01
• 公開（公告）號: CN103150023A
• 公開（公告）日: 2013-06-12
• 發明（設計）人: 畢路拯;介科;范新安;李云
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G06F3/01
• 分類號: G06F3/01
• 代理公司: 北京瑞恒信達知識產權代理事務所(普通合伙) 11382
• 代理人: 苗青盛;王鳳華

技術領域

本發明涉及腦科學應用技術，更具體地，涉及一種基于腦機接口的光標控制系統及方法。

背景技術

腦機接口(Brain-Computer?Interface)是一種基于腦電信號實現人與外界進行信息交流的通訊和控制系統，是人腦和計算機或者其他電子設備之間建立的直接交流和控制通道。腦機接口技術可以把電生理學活動或有機器官的神經系統活動轉化為機械裝置可以識別的信號，把大腦的信息直接轉化為相應的控制命令，在人腦和計算機或其它外界設備之間建立一種直接的信息交流通道。

P300誘發電位是ERP(事件相關電位)的一種，其是指在人認知靶刺激之后300ms左右的時間，在腦電圖上會出現一個明顯的正電位波峰。SSVEP（Steady?State?VEP）誘發電位（穩態視覺誘發電位）是誘發電位（VEP）中的一種，是指當以持續的閃光頻率對人眼進行刺激時，大腦皮層的神經元會使其發放率與閃光刺激頻率同步，枕、頂部在腦電圖上將出現與刺激頻率相同或成諧振關系，并與刺激有一定相位關系的頻率波，使得腦電信號中與刺激頻率及其諧波頻率對應的節律成分明顯增強。穩態誘發電位的刺激頻率一般要大于6Hz，這樣各次刺激引起的響應在時間上就不斷重疊，從而加強了信號的特征。

目前存在的利用腦機接口技術進行光標控制的主要是利用P300誘發電位和ERD/ERS電位技術，如中國專利“一種腦-機接口的二維光標控制方法及裝置”（201010509561.6）利用P300誘發電位控制光標的垂直位移，利用運動想象來控制光標的水平位移。中國專利“一種基于運動想象與P300腦電電位的功能鍵選擇方法”（201010509550.8）利用某種腦機接口控制光標移動到相應的位置后，再利用P300誘發電位和運動想象確認光標是否到達了使用者的預定目的地。但是，ERD/ERS電位對人的要求較高，需要使用者在使用前進行大量的訓練(例如數個周，甚至更長的時間)。

發明內容

為克服現有技術的上述缺陷，本發明提出一種基于腦機接口的光標控制系統及方法。

根據本發明的一個方面，提供一種基于腦機接口的光標控制系統，包括視覺誘發刺激模塊、腦電采集儀和處理器；其中，所述視覺誘發刺激模塊用于將P300誘發電位視覺刺激和SSVEP誘發電位視覺刺激以界面顯示方式提供給使用者；腦電采集儀用于實時采集腦電信號并且進行放大和模數轉換，通過數據線與處理器進行數據傳輸；其中，處理器用于接收腦電信號并且對腦電信號進行處理，判斷使用者的控制意圖并且控制光標移動。

其中，處理器包括信號處理模塊和光標控制模塊；其中，信號處理模塊用于對實時采集到的一段腦電信號進行有、無SSVEP誘發電位的判斷；信號處理模塊還用于當識別結果為使用者未選擇SSVEP刺激時，判斷使用者選擇的是屏幕上部的P300刺激，還是屏幕下方的P300刺激；其中，光標控制模塊用于根據信號處理模塊的處理結果，控制光標進行相應方向的移動。

根據本發明的另一個方面，提供一種基于腦機接口的光標控制方法，包括：步驟1，將P300誘發電位視覺刺激和SSVEP誘發電位視覺刺激以界面顯示方式提供給使用者；步驟2，實時采集腦電信號并且進行放大和模數轉換；步驟3，處理器接收腦電信號，并且對腦電信號進行處理，判斷使用者的控制意圖；以及步驟4，根據所述控制意圖，控制光標進行相應方向的移動。

其中，步驟3包括：步驟31，對實時采集到的一段腦電信號進行有、無SSVEP誘發電位的判斷;當確定選擇左側或右側SSVEP刺激，則將判斷結果傳遞用于光標控制，該周期結束；步驟32，當識別結果為使用者未選擇SSVEP刺激時，對采集到的原始腦電信號重新進行處理，判斷使用者選擇的是屏幕上部的P300刺激，還是屏幕下方的P300刺激。

本發明提出一種應用范圍廣泛、使用簡便、準確率較高的光標控制方法，利用P300誘發電位和SSVEP誘發電位兩類視覺誘發電位，分別代表垂直方向和水平方向，進行光標控制。對絕大多數使用者而言，不需要進行訓練，可以直接使用，并且準確率較高，控制過程更靈活簡便。

本發明與現有的通過腦-機接口控制光標的方法相比，結合了P300誘發電位和SSVEP誘發電位的優點，適用人群數量大；由于P300誘發電位和SSVEP誘發電位的普適性，使用者不需經過訓練，可以直接使用；準確率高，P300誘發電位和SSVEP誘發電位都是通過視覺誘發產生，誘發條件簡單，相對應的腦電信號特征明顯，易識別分類；并且該光標控制方法對于那些有肢體障礙的殘疾人有重大意義。

附圖說明