[發明專利]一種基于運動想象的混合腦機接口系統及方法

在審

• 申請號: 201710238130.2
• 申請日: 2017-04-13
• 公開（公告）號: CN107037883A
• 公開（公告）日: 2017-08-11
• 發明（設計）人: 吳小培;劉錦;胡盼;張磊;周蚌艷;郭曉靜
• 申請（專利權）人: 安徽大學
• 主分類號: G06F3/01
• 分類號: G06F3/01
• 代理公司: 蚌埠鼎力專利商標事務所有限公司34102
• 代理人: 王琪

1.一種基于運動想象的混合腦機接口系統，其特征是：該系統包括腦電(EEG)與眼電(EOG)的采集/處理模塊、基于獨立分量分析(ICA)的空域濾波器設計模塊、零訓練MIEEG分類模塊、目標運動控制和路徑顯示模塊以及信息反饋模塊；系統開始工作后，可在線采集100秒EEG數據設計ICA空域濾波器，也可以讀取事先設計好的ICA空域濾波器；然后，使用者根據事先規定的眨眼動作，產生同步眼電(EOG)脈沖信號，用于啟動運動想象數據處理和肢體運動想象識別模塊，識別結果將轉化成相應的命令，控制運動目標小球按預設的運動軌跡運動；使用者可根據運動目標當前位置和運動方向，自主決定肢體運動想象類型，屏幕同時顯示被控目標的真實運動軌跡與規劃路徑，兩者對比產生的反饋信息可供使用者及時進行MI方式和類型調整，盡可能準確地控制目標在預設的路徑上運動；當目標的一次運動控制過程結束后，系統重新進入眨眼檢測和MI模式，直至目標運動到指定位置。

2.一種基于運動想象的混合腦機接口系統的控制方法，其特征是：包括如下步驟：

步驟1：將實驗相關設備連接并調試好，使用者戴好電極帽坐在計算機屏幕前，電極所接收的EEG與EOG信號經NuAmps腦電放大器放大后，再通過USB接口傳輸到NeuroScan數據采集系統，NeuroScan軟件對原始信號進行時域濾波預處理后，再利用TCP/IP協議，向BCI系統傳輸EEG與EOG信號數據；

步驟2：BCI系統在線采集訓練數據設計ICA空域濾波器或讀取離線設計的ICA空域濾波器；在線設計的過程為采集使用者在休閑狀態下100s時長的EEG數據，再依據ICA算法設計空域濾波器；

步驟3：ICA濾波器設計完成后，系統進入眨眼檢測模式，眨眼檢測方法為：采集使用者的EOG信號，采用滑動時間窗機制和雙向閾值法，在線實時檢測時間窗內使用者的連續眨眼次數；當眨眼檢測次數達到2次以上時，系統進入MI模式，并同步向使用者發出“開始運動想象”聲音提示信息，否則使用者繼續休息狀態；

步驟4：進入MI模式后，使用者根據計算機屏幕上顯示的運動目標當前位置和規劃路徑方向，進行相應類型的肢體運動想象，計算機同步提取有效MIEEG數據段(MI提示信息后的0.5～5s)，利用步驟2所設計的ICA濾波器對MIEEG數據進行預處理和特征提取，并結合零訓練分類器，對MI類型進行識別和分類，然后將識別結果轉化為目標運動控制命令；

步驟5：系統運動控制模塊在接收到控制命令后，運動目標按指定方向在屏幕上移動，并自動繪制出運動軌跡；使用者根據目標真實運動軌跡與規劃路徑的對比所形成的反饋信息，即時調整MI模式和自身精神狀態，以盡可能保證目標按在規定路徑上運動；單步運動控制過程結束后，系統重復執行步驟3，4，5，直至運動目標到達終點。

3.根據權利要求2所述的一種基于運動想象的混合腦機接口系統的控制方法，其特征是：所述步驟1中的NuAmps腦電放大器為輕便式40導DC放大器，采樣頻率為250Hz，對原始信號的預處理為50Hz的工頻陷波，0.5～100Hz的帶通濾波。

4.根據權利要求2所述的一種基于運動想象的混合腦機接口系統的控制方法，其特征是：所述步驟1中的利用TCP/IP協議為將NeuroScan軟件所在計算機與BCI系統計算機的IP地址設置在同一網段下，再用一根網線實現兩臺電腦的互聯通信。