[發明專利]一種上肢運動方向神經解碼方法和裝置

有效

• 申請號: 202110448191.8
• 申請日: 2021-04-25
• 公開（公告）號: CN113171111B
• 公開（公告）日: 2022-03-29
• 發明（設計）人: 畢路拯;費煒杰;王佳蓉;夏勝超
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: A61B5/372
• 分類號: A61B5/372
• 代理公司: 北京東方盛凡知識產權代理事務所(普通合伙) 11562
• 代理人: 張雪

1.一種上肢運動方向神經解碼方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、通過黎曼度量從運動任務過程中上肢運動方向的神經信號中提取腦電信號特征信息；

S2、利用所述腦電信號特征信息對上肢運動方向進行識別；

所述步驟S1具體為：

S11、采集人腦指定電極位置的腦電信號；

S12、將所述腦電信號進行預處理；

S13、將預處理后的腦電信號從歐式空間轉換到黎曼空間；

S14、從腦電信號中提取基于黎曼度量的腦電信號特征信息；

所述步驟S14具體為：

提取所述腦電信號在黎曼空間下的黎曼中心；將腦電信號映射到黎曼中心所在的黎曼流形上，并利用黎曼度量計算在黎曼空間下腦電信號到黎曼中心的距離；從上述黎曼空間下腦電信號到黎曼中心的距離中提取腦電信號特征信息；

其中提取基于黎曼度量的腦電信號特征的過程包括：

首先采用迭代的方式獲取在黎曼空間下腦電信號的黎曼中心，迭代的方式為：

1)采用腦電信號的基于歐式度量的幾何中心初始化一個黎曼中心P_G：

其中，N為腦電信號的總數

2)采用黎曼度量重復迭代更新黎曼中心P_G；

3)直到閾值的Frobenius范數足夠小結束迭代，閾值的形式為：

獲得黎曼中心后，將腦電信號投影到黎曼中心所在的黎曼流形上，并獲得腦電信號到黎曼中心的黎曼距離，其形式為：

獲得的腦電信號到黎曼中心的黎曼距離為正定對稱矩陣，將其展開后，取其下三角矩陣作為腦電信號的特征信息；采用主成分分析對特征值進行降維，得到腦電信號特征信息；

為了誘發兩種不同的注意力集中狀態，參加實驗的受試者被要求完成兩種類型的實驗任務，分別是單一任務實驗和雙重任務實驗；在本發明的實驗中，所有的受試者都是右利手，因此把右手向指定方向的運動作為本發明中的上肢運動任務；手的運動被限制在與桌面平行的水平面上；

在運動任務注意力集中的狀態范式下，受試者需要完成單一的一項任務，即右手在水平方向上的移動，方向為向左、右、前、后；實驗開始前，受試者有3s的時間休息，在這段時間里，屏幕上有一個空心的正方形代表運動起始時刻的位置；3s過后，在指定的方向處出現了一個實心塊，這是實驗即將開始的提示；第6s時，實心塊變成空心塊，這是提示受試者要準備開始上肢運動；為了避免視覺刺激的干擾，受試者通常被要求在實心塊變空心塊的改變完成后等待兩到三秒鐘再移動他們的右手，即在圖上的“運動開始”時刻開始運動；在注意力集中的范式中，受試者被要求將上肢移動到指定的空心塊的位置；在此過程中，要求受試者完全集中注意力在運動任務上，確保運動軌跡盡可能水平，并準確到達指定的目的地；整個過程在16s內完成，聽到計算機提示音后，方可結束實驗；

在運動受到認知分心干擾的實驗范式中，受試者需要完成一個多任務實驗；即除了完成和上述相同的運動任務外，還必須完成一個逆向的計數任務，來作為認知分心任務干擾受試者在運動任務上的注意力；當顯示運動開始的空心方塊出現時，受試者需要從99開始每隔3倒數，倒計數任務的結束時刻為計算機的提示音響，提示實驗停止；在實驗結束時，受試者需要向實驗員報告實驗結束時自己倒計數停止的數字；同時，受試者被要求完成一份主觀注意力等級評測問卷，以顯示他們對運動任務的專注程度；注意力被分為1到7級，數字越大，表明受試者在運動任務上的注意力越高；

在實驗過程中，受試者被要求始終緊盯屏幕，以避免眼球運動；實驗共分為2個階段，注意力集中的運動任務和認知分心的運動任務；每個階段包含4組，分別是向左、向右、向前、向后這四個方向；每組實驗包含50次重復實驗；每次實驗間有1分鐘的休息，每組實驗間有2分鐘的休息時間，兩個階段實驗間，受試者有5分鐘的時間休息；

通過腦電采集系統采集受試者腦頭皮指定電極位置的腦電信號，并通過腦電放大器放大并輸出所采集到的受試者原始腦電信號。

2.如權利要求1所述的上肢運動方向神經解碼方法，其特征在于，所述步驟S2具體為：

S21、利用所述腦電信號特征信息建立上肢運動意圖解析模型；

S22、根據上肢運動意圖解析模型識別上肢運動方向。