[發(fā)明專利]運(yùn)動想象腦機(jī)接口通信方法、裝置、系統(tǒng)、介質(zhì)及設(shè)備

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202211223451.2
• 申請日: 2022-10-08
• 公開（公告）號: CN115562488A
• 公開（公告）日: 2023-01-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 胡宏林;李昂;王振宇;趙建龍;周婷;歐陽玉玲;趙曦
• 申請（專利權(quán)）人: 上海前瞻創(chuàng)新研究院有限公司
• 主分類號: G06F3/01
• 分類號: G06F3/01;A61B5/369;A61B5/384;A61B5/00
• 代理公司: 上海光華專利事務(wù)所(普通合伙) 31219
• 代理人: 龐紅芳

本發(fā)明提供一種運(yùn)動想象腦機(jī)接口通信方法、裝置、系統(tǒng)、介質(zhì)及設(shè)備，所述運(yùn)動想象腦機(jī)接口通信方法包括：獲取帶標(biāo)簽的腦電數(shù)據(jù)，并將所述腦電數(shù)據(jù)劃分為訓(xùn)練集和驗(yàn)證集；隨機(jī)選取數(shù)個(gè)源域受試者作為混合域，基于所述混合域?qū)?yīng)的訓(xùn)練集的腦電數(shù)據(jù)獲得混合源域模型；基于所述訓(xùn)練集中各源域受試者的腦電數(shù)據(jù)分別對所述混合源域模型進(jìn)行訓(xùn)練，獲得分別與各源域受試者對應(yīng)的目標(biāo)域模型。本發(fā)明可以提高運(yùn)動想象腦機(jī)接口的分類性能，并且實(shí)現(xiàn)運(yùn)動想象腦機(jī)接口在現(xiàn)實(shí)中的部署。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于腦-機(jī)接口的通信與計(jì)算技術(shù)領(lǐng)域，涉及檢測方法和反饋系統(tǒng)，特別是涉及一種運(yùn)動想象腦機(jī)接口通信方法、裝置、系統(tǒng)、介質(zhì)及設(shè)備。

背景技術(shù)

腦機(jī)接口是一種新型的通過從人體頭顱表面采集的腦電信號實(shí)現(xiàn)人腦與外部設(shè)備信息交互的的技術(shù)。腦機(jī)接口的幾種主要的實(shí)現(xiàn)方式按照所提取的腦電信號種類可以分為P300腦機(jī)接口，運(yùn)動想象腦機(jī)接口和SSVEP(Steady-state visual evoked potential，穩(wěn)態(tài)視覺誘發(fā)電位)腦機(jī)接口等。其中，運(yùn)動想象腦機(jī)接口在醫(yī)療康復(fù)領(lǐng)域和非醫(yī)療領(lǐng)域的擁有巨大應(yīng)用場景，因而被許多研究人員所關(guān)注。運(yùn)動想象任務(wù)是通過想象執(zhí)行一項(xiàng)特定任務(wù)而不實(shí)際執(zhí)行來完成的。當(dāng)前研究中廣泛使用的運(yùn)動想象任務(wù)是對右手、左手、右腳、左腳、雙腳和舌頭等身體部位的想象；許多其他任務(wù)也在研究中，如與肘部、拳頭和手指有關(guān)的運(yùn)動。人在進(jìn)行運(yùn)動想象的過程中，大腦皮層會產(chǎn)生兩種變化明顯的節(jié)律信號，分別是8-15Hz的μ節(jié)律信號和18-24Hz的β節(jié)律。在運(yùn)動想象時(shí)，神經(jīng)元細(xì)胞被激活、新陳代謝速度加快，大腦皮層對側(cè)運(yùn)動感覺區(qū)的腦電節(jié)律能量會明顯降低，而同側(cè)運(yùn)動感覺區(qū)的腦電節(jié)律能量增大，這種現(xiàn)象稱為事件相關(guān)去同步(Event Related Desynchronization，ERD)/事件相關(guān)同步(Event Related Synchronization，ERS)?；谶@種關(guān)系，通過人大腦主動控制左、右腦、節(jié)律幅度的高低就可以產(chǎn)生多種控制指令。大腦控制過程會產(chǎn)生左右手運(yùn)動想象的ERD/ERS現(xiàn)象。ERD/ERS現(xiàn)象與大腦的真實(shí)運(yùn)動意圖具有很強(qiáng)的相關(guān)性，同時(shí)它是被試者通過自主運(yùn)動想象產(chǎn)生的，不需要執(zhí)行實(shí)際的肢體活動，也不需要外部的刺激。因此，通過解碼ERD/ERS現(xiàn)象形成時(shí)腦電信號中的運(yùn)動意圖，非常適合作為腦機(jī)接口控制外部設(shè)備的指令依據(jù)。特別是對于那些截癱、肢體殘缺的患者，可以通過運(yùn)動想象的方式來控制諸如外骨骼、輪椅、機(jī)械臂等外部設(shè)備進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練、輔助行走。

一個(gè)完整的運(yùn)動想象腦機(jī)接口系統(tǒng)包含三個(gè)重要的技術(shù)步驟，分別是信號采集，信號處理，外部設(shè)備控制與反饋。具體地，在信號采集階段，受試者需要進(jìn)行特定部位的運(yùn)動想象，一般手部想象的動作為握球或汽車換擋等，下肢想象動作為腳趾抓地等。動作的想象需要持續(xù)一定時(shí)間(通常為2–4秒)，這樣一來，對應(yīng)部位的ERD/ERS信號便會在受試者的大腦皮層產(chǎn)生。同時(shí)，通過給受試者佩戴電極帽，布置于其上的電極就可以通過非侵入式的方式采集得到頭皮表面的腦電信號，并通過線纜將信號傳遞至模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)模塊等，然后在上位機(jī)上得到標(biāo)準(zhǔn)化的腦電數(shù)字信號。通過對該數(shù)字信號使用特定的算法進(jìn)行處理分析，就可以知道受試者想象運(yùn)動的是哪一個(gè)身體部位，以及其所嘗試輸出的控制指令具體是什么，并最終將該控制指令傳遞至外部設(shè)備以實(shí)現(xiàn)控制效果。外部設(shè)備的控制效果作為反饋信號，對受試者的運(yùn)動想象進(jìn)行反饋調(diào)節(jié)，從而完成整個(gè)運(yùn)動想象腦機(jī)接口的工作流程。