[發明專利]一種基于人腦運動意圖的智能輪椅控制方法及系統

有效

• 申請號: 201711184676.0
• 申請日: 2017-11-23
• 公開（公告）號: CN107981997B
• 公開（公告）日: 2019-11-29
• 發明（設計）人: 張銳
• 申請（專利權）人: 鄭州布恩科技有限公司
• 主分類號: A61G5/04
• 分類號: A61G5/04;A61G5/10
• 代理公司: 51230 成都弘毅天承知識產權代理有限公司
• 代理人: 徐金瓊;劉東<國際申請>=<國際公布>=

本發明公開了一種基于人腦運動意圖的智能輪椅控制方法及系統，涉及智能輪椅領域；其包括如下步驟：1)通過采集的腦電信號構建EEG腦網絡；2)根據EEG腦網絡的節點特征對注意狀態分類，判斷被測試對象是否處于注意力集中狀態，若是，啟動輪椅行走模式，并跳至步驟3；若否，則跳至步驟1；3)提取采集的腦電信號的運動準備電位、ERD特征和閉眼節律特征，根據其生成左轉、右轉、直行和停止直行指令控制輪椅；本發明解決了現有技術中僅分析局部腦區，導致腦電信號處理不準確從而使輪椅的控制精度差的問題，達到了提高輪椅控制的精度和實時性的效果。

技術領域

本發明涉及智能輪椅領域，尤其是一種基于人腦運動意圖的智能輪椅控制方法及系統。

背景技術

近年來，腦機接口技術的快速發展使得采用人腦信號直接控制外部設備的想法成為現實，為部分四肢癱瘓但大腦功能正常的殘疾患者的生活質量改善帶來希望，這其中最有應用前景的技術便是基于腦機接口控制的智能輪椅，它可以解碼殘疾患者的腦電信號，并用其控制智能輪椅的行走，極大的擴展患者的生活空間；當前已發展的用于控制智能輪椅的腦機接口類型主要有三種：運動想象，P300電位和穩態視覺誘發電位；其中，P300電位和穩態視覺誘發電位均需外界對患者大腦進行刺激才能產生特定的腦電特征，殘疾患者使用極其不便利；運動想象腦機接口不需外界刺激，但實時性較差，控制意圖產生與執行間的滯后性極大影響使用者的體驗且容易導致在復雜的家庭環境中使用發生碰撞等危險性事故。

研究發現，人肢體自主運動前的準備階段的腦電信號中包含了能夠預測將要發生的運動的信息，主要包含兩類特征：一為運動準備電位，大約自運動執行前的1500～1200ms產生，直到運動執行時結束，為負波；二為事件相關去同步(ERD)，大約自運動執行前的2000ms產生，直到運動執行完畢，表現為腦電Alpha和Beta節律能量的下降，運動準備電位和ERD為在運動開始前預測人腦的運動意圖提供了依據；基于運動準備電位的意圖控制的實時性因運動準備電位為時域特征，受干擾較大，從而影響系統的反應速度，導致其實時性不高；

現有通過構建腦網絡，采取功率譜或者熵等方法提取腦區特征進行分類，從而區分注意狀態和非注意狀態，但是采用現有方式只針對局部腦區，分類的正確率低從而無法確定注意力集中，導致對應腦電信號的處理不當，輪椅控制的精度差；所以需要一種基于人腦運動意圖的智能輪椅控制方法及系統實現精確控制的同時提高控制的實時性。

發明內容

本發明的目的在于：本發明提供了一種基于人腦運動意圖的智能輪椅控制方法及系統，解決了現有技術中僅分析局部腦區，導致腦電信號處理不準確從而使輪椅的控制精度差、運動意圖對應電位受干擾影響導致輪椅控制的實時性差的問題。

本發明采用的技術方案如下：

一種基于人腦運動意圖的智能輪椅控制方法，包括如下步驟：

步驟1：通過采集的腦電信號構建EEG腦網絡；

步驟2：根據EEG腦網絡的節點特征對注意狀態分類，判斷被測試對象是否處于注意力集中狀態，若是，啟動輪椅行走模式，并跳至步驟3；若否，則跳至步驟1；

步驟3：提取采集的腦電信號的運動準備電位、ERD特征和閉眼節律特征，根據其生成左轉、右轉、直行和停止直行指令控制輪椅。

優選地，所述步驟1包括如下步驟：

步驟1.1：使用電極帽采集腦電信號后，對腦電信號使用陷波器去除工頻干擾，使用模板匹配法消除眼電偽跡，使用帶通濾波器去除運動偽跡后得到預處理后的腦電信號；

步驟1.2：基于預處理后的腦電信號得到EEG數據，將EEG數據的電極導聯定義為EEG腦網絡的節點，將基于電極對之間EEG數據計算的相干系數定義為EEG腦網絡的邊完成構建EEG腦網絡；

優選地，所述步驟2包括如下步驟：