[发明专利]一种面向残疾人的智能脑控机械臂辅助进食系统及方法

说明书

一种面向残疾人的智能脑控机械臂辅助进食系统及方法，人机交互界面模块用于提供用户与计算机系统之间信息交互的平台；信号采集模块用于采集稳态视觉刺激界面上刺激频闪所诱发的脑电数据(SSVEP)；信号处理模块用于对信号采集模块采得的脑电信号进行预处理和分类，并将分类结果转化为控制指令；机械臂进食模块用于识别信号处理模块通过USB串口传输的控制指令，并根据该控制指令驱动机械臂完成相应食物的辅助进食；本发明通过液晶显示屏上的方块闪烁的刺激诱发SSVEP，同时采用所提出的FBKCCA算法对SSVEP进行有效的分类，来处理上肢残疾者注视不同频率闪烁刺激时产生的脑电信号，分类准确率更高。

技术领域

本发明涉及一种医疗辅助系统，特别涉及一种面向残疾人的智能脑控机械臂辅助进食系统及方法。

背景技术

近20年来，随着老龄人口增多，我国脑卒中等疾病发病率总体呈上升趋势。这些疾病在一定程度上会导致患者一侧肢体运动功能受损，极大地影响了患者的日常生活，他们无法完成穿衣、进食等活动，严重者则完全丧失自理能力。通常，这类患者必须时刻有人看护，帮助他们完成日常活动。这将会加大患者家庭的经济压力和精神压力。同时对于患者而言，长期以来必须依靠他人才能完成生活的现实，致使患者的自信心和自尊心受挫，不利于患者的自我认同感。而脑机接口作为可以使脑部神经活动所产生信息和外部设备直接连通的技术，在针对此疾病的康复方面展现出重要的应用前景。为了提高上肢运动功能障碍患者的自理能力和护工的工作效率，我们设计了智能脑控机械臂辅助进食系统。基于此系统可实现脑电信号对机械臂的实时运动控制。因此，我们设计了一项面向残疾人的机械臂智能辅助进食系统。基于脑机接口技术，识别患者的自主意识进而控制机械臂完成相应的进食活动。在正常使用环境下，本产品的分类准确率可达到98％。同时，主动控制和辅助完成的形式能够给患者带来极佳的体验感，提高患者的生活能力，对帮助残疾人重新融入社会有着重要的作用。

脑机接口(Brian-Computer Interface，BCI)可以为有运动功能障碍的患者提供一种不依赖运动系统与外界交流的信息通道，通过大脑与外部设备的信息交互，发出对外部设备的控制命令，以帮助患者完成日常生活中的某些活动。在康复治疗中，患者主动参与或激发其主动运动的意愿，可以显著改善患侧大脑的侧支循环和局部循环，以及脑血流状况，对运动康复治疗有着强化作用。机械臂与BCI技术结合进行康复训练，为康复训练系统引入患者主动运动意愿信息、提高患者训练主动性和积极性提供了可能。

稳态视觉诱发电位(Steady-State Visual Evoked Potentials，SSVEP)可以作为BCI系统的输入脑信号成分，具有信噪比高和响应时间低的特点，它是当人眼注视大于4Hz频率调制的周期性视觉刺激时在大脑中产生的一种周期性响应，并具有和视觉刺激频率相同的基频与谐波频率。由于SSVEP容易产生和采集，信噪比高，频谱特征明显，故而SSVEP被广泛应用于BCI。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种面向残疾人的智能脑控机械臂辅助进食系统及方法，采用融合核典型相关分析(Kernel Canonical CorrelationAnalysis，KCCA)和FBCCA(Filter Bank Canonical Correlation Analysis滤波器组典型相关分析)的“滤波器组核典型相关分析(Filter Bank Kernel Canonical CorrelationAnalysis，FBKCCA)”算法，通过液晶显示屏上的方块闪烁的刺激诱发SSVEP，同时采用所提出的FBKCCA算法对SSVEP进行有效的分类，来处理上肢残疾者注视不同频率闪烁刺激时产生的脑电信号，从而判断患者的进食意图，发出控制指令驱动机械臂的运动，以实现对机械臂的主动控制。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种面向残疾人的智能脑控机械臂辅助进食系统，包括人机交互界面模块A、信号采集模块B、信号处理模块C和机械臂进食模块D；