[發明專利]腦電控制方法和腦電控制裝置

在審

• 申請號: 201610401860.5
• 申請日: 2016-06-07
• 公開（公告）號: CN107479685A
• 公開（公告）日: 2017-12-15
• 發明（設計）人: 林闖
• 申請（專利權）人: 林闖
• 主分類號: G06F3/01
• 分類號: G06F3/01;G06K9/62
• 代理公司: 寧波理文知識產權代理事務所(特殊普通合伙)33244
• 代理人: 匡霖,孟湘明

技術領域

本發明涉及控制系統領域，特別涉及腦電控制方法和腦電控制裝置。

背景技術

腦機接口(brain-computer interface，BCI)是在人或動物的腦(或者腦細胞的培養物)與外部設備間建立的直接連接通路。在單向腦機接口的情況下，計算機或者接收腦傳來的命令，或者發送信號到腦(例如視頻重建)，但不能同時發送和接收信號。而雙向腦機接口允許腦和外部設備間的雙向信息交換。

腦機接口按照與人腦的連接方式，可以區分為侵入式腦機接口、部分侵入式腦機接口和非侵入時腦機接口。其中非侵入式腦機接口作為有潛力的應用已得到深入研究，這主要是因為該技術良好的時間分辨率、易用性、便攜性和相對低廉的價格。

腦電圖(EEG)信號非常混亂，而且大部分都是無法解讀的電信號，但是與運動相關的信號被證明是相當強烈而且可重復的。因而，在腦機接口中，從EEG信號中檢測自主運動意圖來用于觸發外部設備，這可以應用于運動輔助或者神經康復應用。為了這些用途，需要以非常短的延遲(例如，幾百ms)從EEG信號檢測用戶的運動意圖，無論是想象、執行或者嘗試，以使得基于腦電的控制可以被感知為閉環。

對于閉環BCI研究的用于檢測運動意圖的兩種主要類型的非侵入式運動相關的皮層信號模是感覺運動節律(SMR)和運動相關皮層電位(MRCP)。基于SMR的系統無論對于忙碌和空閑狀態，或者對于不同運動類型，都可以實現好的檢測精確性，但是具有相對長的延遲(即，運動意圖和相應的檢測之間的延遲)，例如，這種延遲可能以秒為量級。相反，研究表示，可以以非常短的延遲(不超過300ms)來通過MRCP檢測運動意圖。

在BCI應用中，BCI系統通過從腦電信號MRCP檢測運動意圖并將其轉化為用于外部設備的命令，以驅動外部設備進行操作。因而，希望開發新穎的腦電控制方法和腦電控制裝置，從而實現精確和便捷的控制。

發明內容

本發明的目的在于針對上述現有技術的缺陷和不足，提供能夠實現精確和便捷的控制的腦電控制方法和腦電控制裝置。

根據本發明的一方面，提供了一種腦電控制方法，其特征在于，包括：從至少一個信道接收表示第一運動意圖的第一腦電信號；應用局部保持投影算法將所述第一腦電信號從高維特征空間映射到低維特征空間；應用線性判別分析分類器將所述低維特征空間中的映射的第一腦電信號分類為兩個類別，其中第一類別對應于表示所述第一運動意圖的第一脈沖信號，且第二類別對應于噪聲；提取所述表示第一運動意圖的第一脈沖信號；和，使用所述第一脈沖信號激勵控制對象，以操作所述控制對象。

在上述腦電控制方法中，所述第一腦電信號是運動相關皮層電位信號。

在上述腦電控制方法中，所述第一運動意圖是運動準備、運動執行和運動想象的其中之一。

在上述腦電控制方法中，所述控制對象是包括以下的至少其中之一的人體仿真機械部件：機械手臂、機械腿、機械頸部等。

在上述腦電控制方法中，所述從至少一個信道接收表示第一運動意圖的第一腦電信號的步驟具體包括：從九個信道采集所述第一腦電信號，且所述九個信道的采集電極分別位于根據標準國際10-20系統的Cz、Fz、FC1、FC2、C3、C4、CP1、CP2和Pz位置。

在上述腦電控制方法中，在應用局部保持投影算法將該第一腦電信號從高維特征空間映射到低維特征空間之前進一步包括：以0.05-3Hz的帶通濾波器和大拉普拉斯算子空域濾波器使用Cz位置以外的8個位置的第一腦電信號以Cz為中心對在Cz采集到第一腦電信號進行濾波，并將處理過的信號作為第一腦電信號。

在上述腦電控制方法中，在應用局部保持投影算法將該第一腦電信號從高維特征空間映射到低維特征空間之前進一步包括：以窗口截取所述第一腦電信號以將所述第一腦電信號劃分為多個分段；應用局部保持投影算法將該第一腦電信號從高維特征空間映射到低維特征空間具體為：應用局部保持投影算法將所述第一腦電信號的每個分段從高維特征空間映射到低維特征空間；和，應用線性判別分析分類器將所述低維特征空間中的映射的第一腦電信號分類為兩個類別具體為：應用線性判別分析分類器將所述低維特征空間中的映射的所述第一腦電信號的每個分段分類為所述兩個類別。

在上述腦電控制方法中，所述窗口的寬度為2ms，且以0.1ms的間隔遞增。

在上述腦電控制方法中，提取所述表示第一運動意圖的第一脈沖信號具體為：在所述第一腦電信號的連續兩個分段被分類為表示所述第一運動意圖的第一脈沖信號的情況下，提取所述表示第一運動意圖的第一脈沖信號。