[发明专利]视觉追踪的脑机接口检测系统

权利要求书

1.视觉追踪的脑机接口检测系统，其特征在于，包括：高清人脸头像采集与移动模块、EEG信号采集模块、特征分析提取与分类模块、统计检验评估标准模块；

所述高清人脸头像采集与移动模块，通过计算机的显示器上的高清摄像头正面实时采集当前被试者的头像并裁剪为预定大小的头像，作为人脸刺激键，并将此刺激键分布于显示器正方形范围内的上、下、左、右四个方向，在每个试次前随机选取一个方向为目标方向，并将此方向上的人脸刺激键置于显示器中心，用于提示患者选择性注意；试次开始后，目标方向上的人脸刺激键作为目标键进行移动并同时闪烁，而非目标的其余3个方向上的人脸刺激键则在原地闪烁而不移动，且在目标闪烁移动过程中，通过EEG信号采集模块实时采集患者脑电信号，并通过特征分析提取与分类模块进行特征提取与分类，同时将结果输出；

所述EEG信号采集模块，要求每个被试者按照扩展国际10-20系统标准佩戴电极帽，以单极导联方式连接，将右侧耳垂处的电极作为公共端；试次选择了Fp1、Fp2、F7、F3、Fz、F4、F8、FT7、FC3、FCz、FC4、FT8、T7、C3、Cz、C4、T8、TP7、CP3、CPz、CP4、TP8、T5、P3、Pz、P4、T6、O1、Oz和O2共30个信号的通道作为脑电通道用来采集EEG数据；GND作为接地电极，A2作为参考电极；在数据采集过程中，为保证信号质量，所有通道的电极接触阻抗都保持在5k欧以下；脑电原始数据经过[0.1-70]Hz的带通滤波，并通过50Hz陷波滤波器去除工频干扰和去除脑电背景噪声；

所述特征分析提取与分类模块，要求单个试次的目标键从中间移至初始位置后，EEG数据被实时送入计算机中，采用相位一致性分类算法即ITPC特征提取与分类算法对数据进行处理，并根据结果同时播放正性/负性反馈图片与声音；

所述统计检验评估标准模块，对每个被试者，分类准确率就是命中的次数除以总的试次数，为了评估分类准确率的显著性，使用如下描述的基于Jeffreys’Beta分布的二项式检验：

式中，N表示试次的个数，m是期望的命中个数，a是期望对比的准确率，λ为所求的达到显著所需的准确率，z是标准正态分布中的z值；对于单边检测即大于期望值，当置信度为0.05时，z值为1.65；对于完成20次训练任务与20次在线任务的患者中，认为正确率在显著水平45％以上，且同时存在显著的ERP成分或者某个频带显著的ERSP，就判定被试者在视觉追踪项目评分为3，20个试次的在线任务分两次完成，每次10个试次，每次在线任务前，先收集10次训练任务即10个试次作为训练数据集，用于建立分类模型；

在所述特征分析提取与分类模块中，采用的ITPC分类算法具体步骤如下：

S1、由EEG信号采集模块采集到的EEG数据经过0.1Hz-50Hz的零相位带通滤波，并采用回归方法去除眼电伪迹；

S2、选择与视觉相关的区域的通道，至少包含P3、Pz、P4、O₁、Oz和O₂；利用所选通道的滤波后EEG数据构建至少400个目标和1200个非目标的数据单元，每个数据单元从刺激移动前100ms至刺激结束后800ms，将400个目标和1200个非目标的数据单元进行基于快速傅里叶变化的时频分析；

S3、时频分析包含计算事件相关谱扰动ERSP和试次间的相位一致性ITPC；ERSP的值能够反映脑电图信号中不同频率的功率随刺激起始而改变的程度，其中，ERSP的计算如下：

其中，ERSP(f,t)是频率f和时间t下的事件相关谱扰动；n是实验试次数；F_k(f,t)是频率f和时间t下，第k试次的谱估计；ITPC能够被视为ERSP的补充，揭示了选定频率范围与时间窗口内不同试次间的脑电图频谱相位一致性，即相位一致性的程度，计算如下：

其中，ITPC(f,t)是频率f和时间t下的相位一致性；

S4、采用不同频段的ITPC值作为特征进行分类，决定目标刺激；按照上、下、左、右方位构建某个频段的特征向量，从训练数据集的数据中提取特征向量，训练一个支持向量机SVM或者线性的分类器，即分类模型，在分类器中，对应目标和3个非目标的特征向量分别被标注为1和-1；对于每个在线的试次，训练的分类模型被应用到对应上、下、左、右不同方位的4个特征向量中，获得4个值，4个值中最大值对应的刺激方位被认为是目标，在试次中即为移动的目标键；如果检测到的方位与实际方位一致，则这个试次正确响应。

2.根据权利要求1所述的视觉追踪的脑机接口检测系统，其特征在于，所述EEG信号采集模块在数据采集过程中，要求意识障碍患者面对显示器，并与显示器保持设定的距离，保证患者的视角在设定的角度范围内，给被试者佩戴电极帽，并注入电极膏确保每个电极导通。