[發(fā)明專利]基于腦機接口的觸感手指運動康復(fù)系統(tǒng)及方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611061234.2
• 申請日: 2016-11-25
• 公開（公告）號: CN106774851A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 金晶;周思捷;王行愚
• 申請（專利權(quán)）人: 華東理工大學(xué)
• 主分類號: G06F3/01
• 分類號: G06F3/01
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司31213
• 代理人: 王敏杰

1.一種基于腦機接口的觸感手指運動康復(fù)系統(tǒng)，其特征在于，所述運動康復(fù)系統(tǒng)包括：振動觸發(fā)設(shè)備，信號采集設(shè)備，信號處理模塊，手指抬起裝置；

所述振動誘發(fā)設(shè)備為P300誘發(fā)設(shè)備，采用微動馬達產(chǎn)生振動，誘發(fā)和觸覺有關(guān)的P300信號；該設(shè)備分為2套各5個振動單元；使用中，10個單元被按照次序，分別固定在使用者的10根手指上；

所述信號采集設(shè)備采集頭皮處的腦電活動，將采集到的模擬信號轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號，通過USB端口傳輸?shù)叫盘柼幚砟K；

所述信號處理模塊用以實時分析采集到的數(shù)據(jù)；腦電波數(shù)據(jù)從信號采集設(shè)備輸入到信號處理模塊，信號處理模塊對數(shù)據(jù)進行巴特沃茲帶通濾波，特征提取，最后利用貝葉斯線性分類器進行分類；

所述信號處理模塊同時用以控制實驗流程；信號處理模塊同時作為上位機，控制整個實驗流程，采集腦電信號，輸出控制振動的命令，輸出控制手指抬起裝置的命令；

所述手指抬起裝置包括兩套，分別固定在使用者的兩個手背上，每一套裝置有5個抬起支架，分別通過各自的拉伸裝置連接5根手指；抬起支架用來將使用者的手指向上抬起；手指抬起裝置會按照上位機發(fā)出的命令，來控制某一根手指做出抬起動作；

所述運動康復(fù)系統(tǒng)的運動康復(fù)方法包括：

步驟S1、振動刺激控制步驟；

在系統(tǒng)開始工作前，數(shù)據(jù)處理模塊將按如下規(guī)則計算振動刺激出現(xiàn)的次序；(1)同一個位置不能連續(xù)出現(xiàn)振動刺激2次；(2)所有5個手指上刺激必須出現(xiàn)，而且僅出現(xiàn)一次，完成一個組；之后下一個組開始；

需要振動刺激時，數(shù)據(jù)處理模塊按照固定時間間隔，逐個發(fā)送序列中的指令，振動刺激誘發(fā)模塊接收命令后，啟動相應(yīng)手指上的振動裝置；

步驟A、運動想象離線數(shù)據(jù)采集步驟，包括：

-步驟A1、使用者接收指令，想象左手還是右手；

-步驟A2、使用者想象左手或者右手抬起，持續(xù)若干秒；

-步驟A3、想象結(jié)束，如果采集沒有結(jié)束，轉(zhuǎn)到步驟A1，直到采集到足夠多的數(shù)據(jù)；

步驟B、P300振動數(shù)據(jù)采集步驟，包括：

-步驟B1、使用者接收指令，數(shù)哪一根手指上的振動；

-步驟B2、10個手指上的馬達會按照一定次序振動；

-步驟B3、當被要求的馬達振動時，使用者在心中默數(shù)振動次數(shù)；

-步驟B4、其他手指上馬達振動時候，使用者不用關(guān)心；

-步驟B5、當馬達振動一定次數(shù)之后，停止振動；

-步驟B6、返回步驟B1，直到收集完足夠多的數(shù)據(jù)；

步驟C、運動想象和P300的離線數(shù)據(jù)被用來訓(xùn)練各自的分類模型，以供在線使用中識別腦電信號。

步驟S2、運動想象信號識別步驟；

使用者開始想象抬起某一個手運動；從開始后，一段時間內(nèi)的腦電信號被記錄；對數(shù)據(jù)進行預(yù)處理；分類器根據(jù)離線數(shù)據(jù)做出的模型，分類出使用者所想象的手；

步驟S3、在線P300信號處理步驟；

每一個振動刺激出現(xiàn)后，數(shù)據(jù)處理程序?qū)⒔邮盏降臄?shù)據(jù)存放在緩存中；

當緊接著某個刺激的800ms的數(shù)據(jù)被記錄下后，程序開始處理數(shù)據(jù)；

對數(shù)據(jù)進行預(yù)處理；

分類器根據(jù)利用離線數(shù)據(jù)得到的模型，進行計算，得出每個振動刺激對應(yīng)分類系數(shù)；

當5根手指都收到振動刺激后，每個刺激都有對應(yīng)的分類系數(shù)，從中選出最大的一個分類系數(shù)，其所代表的手指為目標手指；

如果連續(xù)的兩次得出的手指都相同，該手指作為控制信號輸出，同時暫停振動刺激。

2.一種基于腦機接口的觸感手指運動康復(fù)系統(tǒng)，其特征在于，所述運動康復(fù)系統(tǒng)包括：振動觸發(fā)設(shè)備，信號采集設(shè)備，信號處理模塊，手指抬起裝置；

所述振動誘發(fā)設(shè)備包括若干振動單元，用來觸發(fā)振動信號；

所述信號采集設(shè)備采集頭皮處的腦電活動，將采集到的模擬信號轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號，傳輸?shù)叫盘柼幚砟K；

所述信號處理模塊用以實時分析采集到的數(shù)據(jù)；腦電波數(shù)據(jù)從信號采集設(shè)備輸入到信號處理模塊，信號處理模塊對數(shù)據(jù)進行濾波、特征提取、分類；所述信號處理模塊同時用以控制實驗流程；信號處理模塊同時作為上位機，控制整個實驗流程，采集運動想象信號，輸出控制振動的命令，輸出控制手指抬起裝置的命令；

所述手指抬起裝置分別固定在使用者的兩個手背上，每一套裝置有若干抬起支架，分別通過各自的拉伸裝置連接對應(yīng)手指；抬起支架用來將使用者的手指向上抬起；手指抬起裝置會按照上位機發(fā)出的命令，來控制某一根手指做出抬起動作。