[發明專利]一種基于閾值判別方法的多模態腦電信號檢測方法

在審

• 申請號: 202110363543.X
• 申請日: 2021-04-02
• 公開（公告）號: CN113110738A
• 公開（公告）日: 2021-07-13
• 發明（設計）人: 董恩增;張浩然;佟吉鋼;張祖鋒;于航
• 申請（專利權）人: 天津理工大學
• 主分類號: G06F3/01
• 分類號: G06F3/01;G06K9/00;G06K9/62
• 代理公司: 合肥晨創知識產權代理事務所(普通合伙) 34162
• 代理人: 康培培

本發明屬于屬于腦?機接口應用研究領域，更具體地，涉及一種基于閾值判別方法的多模態腦電信號檢測方法。包括如下步驟，步驟S1、受試者根據提示做出運動想象或注視SSVEP刺激界面，從而產生相應腦電信號；步驟S2、腦電信號被實時采集，經過去噪和信號放大，通過計算機I/O口傳給計算機腦電處理模塊；步驟S3、腦電信號預處理，計算腦電信號與參考信號相關關系，得到腦電信號與參考信號的最大相關系數；步驟S4、閾值決策，是將最大相關系數與設定的閾值進行比較，最大相關系數大于等于設定閾值，進行SSVEP分類，反之進行MI分類；步驟S5、輸出分類結果。

技術領域

本發明屬于屬于腦-機接口應用研究領域，更具體地，涉及一種基于閾值判別方法的多模態腦電信號檢測方法。

背景技術

腦-機接口(Brain-Computer Interface,BCI)是通過對人的神經系統電活動和特征信號的收集，識別及轉換,使人腦與計算機或其他電子設備之間建立起直接的交流和控制通道。腦-機接口技術在人與機器人的交流溝通領域具有重大創新意義和使用價值，其已廣泛的應用于助殘康復，并在改善殘疾人生活質量中做出了巨大貢獻。在非侵入式腦-機接口技術的人工智能康復工程領域，基于腦電信號(EEG) 的BCI系統由于其便捷，無創并且成本低等優點而受到了廣泛的關注。在BCI系統中使用的常見范式包括穩態視覺誘發電位(Steady-state visual evoked potentials,SSVEP)，事件相關電位(event-relatedpotential，ERP)和與運動想象(Motor Imagery，MI)相關的事件相關去同步/同步(EventRelated Desynchronization，ERD/Event Related Synchronization，ERS)電位。

基于運動想象的腦-機接口(MI-BCI)，通過檢測識別用戶運動想象產生的腦電信號來判斷用戶意圖，進而實現人腦與外部設備之間的直接通信與控制。用戶在運動想象的過程中，大腦皮層會產生兩種變化明顯的節律信號，分別是8-15Hz的Mu節律信號和18-24Hz的Beta節律信號。同時，大腦皮層對側運動感覺區的腦電節律能量會明顯降低，而同側運動感覺區的腦電節律能量增大，這種現象稱為ERD/ERS。并且不同部位的軀體運動想象與該軀體對應的感覺運動皮層ERD/ERS現象有關，即ERD/ERS現象有空間分布的特性。

基于P300的腦-機接口(P300-BCI)，以ERP中P300電位作為目標信號。P300電位是與大腦決策過程相關的ERP成分，反映著大腦對外界刺激的評價與分類過程。實驗中，通常利用oddball范式誘發 P300電位。從EEG上看，P300是在大腦接收目標刺激后大概250-500ms內出現的正向偏移電位。

基于穩態視覺誘發電位的腦-機接口(SSVEP-BCI)，以SSVEP為目標信號。SSVEP是一種通過向受試者呈現以一定頻率快速閃爍的刺激塊，在頭皮上記錄到的與刺激頻率倍頻相同的穩態腦電響應。

其中MI-BCI無需依靠外界刺激即可生成可用于分類的腦電信號并且可以生成近乎連續的輸出但受可區分的任務數量有限的困擾。P300-BCI和SSVEP-BCI具有較高的信息傳輸率(ITR)可用分類指令多但是僅能提供離散命令并且需要外界刺激才能產生可用于分類的腦電信號，容易出現視覺疲勞等缺點。

目前整體腦-機接口技術還在處于發展階段。其中基于單一模態的腦-機接口技術用于控制系統，以實現對外部設備的基本控制，較為普遍且相對成熟。但是單一模態的腦-機接口很難同時滿足生成多維控制指令的同時快速精準的識別用戶意圖。為了克服使用單一模式的局限性，近年來已經建立了許多出色的工作。專利號為201410267060.X的文獻將P300和SSVEP相結合，將基于對同一組按鈕上的P300 和SSVEP的檢測控制狀態和空閑狀態之間的區別用于提高異步控制的性能。李遠清等人結合了腦電信號和眼電信號來控制集成的輪椅機器人。Pfurtscheller等人提出了一種混合BCI，設計了基于MI指令來激活和停用SSVEP-BCI。