[發明專利]一種基于P300信號的智能腦控系統及康復設備

有效

• 申請號: 202010737661.8
• 申請日: 2020-07-28
• 公開（公告）號: CN111880656B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 于揚;劉凱玄;曾令李;劉亞東;周宗潭;胡德文;唐景昇
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科技大學
• 主分類號: G06F3/01
• 分類號: G06F3/01;G06F18/2415;A61H3/04
• 代理公司: 長沙市護航專利代理事務所(特殊普通合伙) 43220
• 代理人: 莫曉齊

本發明公開了一種基于P300信號的智能腦控系統及康復設備，包括：控制模塊及分別與其相連的腦電信號采集處理模塊、深度及距離判別模塊、目標識別模塊和操作執行模塊，控制模塊用于綜合處理腦電信號采集處理模塊、深度及距離判別模塊和目標識別模塊發送的信息，并將處理結果實時反饋給操作執行模塊，同時，將操作執行模塊做出的相關操作反饋給腦電信號采集處理模塊、深度及距離判別模塊和目標識別模塊。本發明具有適用范圍廣，實用性強，魯棒性高的優點。

技術領域

本發明涉及醫療器械技術領域，特別是涉及一種基于P300信號的智能腦控系統及包括上述智能腦控系統的康復設備。

背景技術

我國正面臨著日益嚴重的老齡化問題和數量龐大的殘疾人群，腦機接口技術的研究和應用有望為老年人和殘障人士等有運動方面障礙的群體提供有力的輔助運動手段。目前主流的腦機接口技術主要針對三種腦電信號EEG信號(運動感知節律信號)、SSVEP信號(穩態視覺誘發電位信號)和P300信號。據對于患者的腦部功能磁共振研究表明，腦機接口，尤其是運動感知類型的腦機接口可以在一定程度上改善殘障患者大腦運動相關區域的功能，從而在一定程度上起到恢復性訓練的效果。由于大腦視覺中樞對穩態視覺閃爍刺激的頻率響應帶寬有限，且頻率分辨率不能太低，一般當兩個閃爍的頻率差距低于0.5Hz時產生的SSVEP信號就無法區分，因此SSVEP信號可輸出的命令數相對較少。運動感知節律相對準確率較低，且需要對于被試對象進行較長時間的訓練。同時，大多數基于P300信號的腦機接口系統實際信息傳輸率較低，準確率較低，無法實現異步控制，發出的腦控指令未結合多種外部設備，無法真正利用系統的腦控指令控制外部設備，因此難以適應復雜環境，不具備很好的實用性和魯棒性。

發明內容

有鑒于此，本發明提出一種基于P300信號的智能腦控系統及康復設備，使用準確率、實際信息傳輸率都較高且無需預先訓練的P300信號作為整個智能腦控系統的輸入信號，整個系統依據OddBall范式操作，同時結合結合Kinect深度點云信息提取、YOLOv3機器視覺目標識別、Kinova機械臂、聲納技術，實現了異步動態的在現實場景中識別選擇目標，在線顯示結果并自動執行相關操作的功能，很好地解決了上述技術問題。

一方面，本發明提供了基于P300信號的智能腦控系統，應用于康復車，包括：

腦電信號采集處理模塊，用于采集并識別康復車上用戶的腦電信號；

深度及距離判別模塊，用于判斷當前環境中障礙物的位置及其與康復車的距離；

目標識別模塊，用于將拍攝的當前環境各個圖片中的障礙物目標框出，并附帶上其分類、分類概率信息；

操作執行模塊，用于接收控制模塊發送的用戶指令并做出相關操作；

控制模塊用于綜合處理腦電信號采集處理模塊、深度及距離判別模塊和目標識別模塊發送的信息，并將處理結果實時反饋給操作執行模塊，同時，將操作執行模塊做出的相關操作反饋給腦電信號采集處理模塊、深度及距離判別模塊和目標識別模塊；

所述腦電信號采集處理模塊、深度及距離判別模塊、目標識別模塊、操作執行模塊分別與控制模塊相連。

進一步地，所述腦電信號采集處理模塊包括腦電放大器、放大器電池包、64通道電極帽、64通道腦電信號濕電極傳感器和顯示器，所述腦電放大器、放大器電池包和顯示器均安裝于康復車上，所述64通道電極帽用于用戶腦佩戴，所述顯示器用于誘發P300信號；

和/或，所述深度及距離判別模塊包括并行設置且分別與控制模塊相連的第一子模塊和第二子模塊，所述第一子模塊和第二子模塊均用于判斷當前環境中障礙物的位置及其與康復車的距離，所述第一子模塊包括Kinect深度相機，Kinect深度相機放置于康復車的中軸線上，所述第二子模塊包括激光雷達和聲納；

和/或，所述操作執行模塊包括麥克拉姆輪底盤和機械臂，所述麥克拉姆輪