[发明专利]一种基于脑机接口系统的闭环脑功能强化训练装置及方法

权利要求书

1.一种脑机接口系统，其特征在于，包括：

探测模块，包括EEG探头和fNIRS探头，fNIRS探头主要由光源探头和探测器探头组成，探头与穿戴脑机接口系统的用户头皮接触；

信号控制模块，用于驱动fNIRS光源探头产生可调节亮度的频闪光；

信号采集模块，用于采集EEG探头和fNIRS探测器探头获取的信号；

通信模块，用于将信号采集模块采集获得的信号进行模数转换，放大并高速传输至信号处理模块；

信号处理模块，用于对信号进行滤波、存储处理，然后将处理后的信号由通信模块传输至上位机软件；并通过调节fNIRS光源探头的电流控制fNIRS光源探头的亮度；

上位机模块，用于对信号进行处理获取用户注意力集中情况的脑功能分析结果，所述处理包括伪迹去除、漂移校正、脑信号解析、EEG与fNIRS信号融合、数据可视化；

供电模块，用于给脑机接口系统提供电源。

2.根据权利要求1所述的一种脑机接口系统，其特征在于，

信号控制模块驱动fNIRS光源探头产生频闪光，光经过颅骨、大脑皮层后被fNIRS探测器获取，获取的信号中携带有血氧浓度的变化信息；EEG探头直接探测神经元发放电的经颅电信号；

信号采集模块采集EEG探头和fNIRS探测器得到的信号，通信模块将信号采集模块采集的信号进行模数转换，放大并高速传输至信号处理模块；信号处理模块将信号进行滤波、存储处理后再次通过通信模块传输至上位机；

上位机模块对fNIRS信号和EEG信号进行处理：

对于fNIRS信号，首先使用移动标准差和样条插值法去除信号的运动伪迹，再经频域滤波方法去除生理噪声和漂移，然后通过独立成分分析分离出有效信号；通过Beer-Lambert定律对有效信号进行计算，获取目标脑区的含氧血红蛋白与脱氧血红蛋白浓度的变化量，再通过血液动力学函数反推出脑激活水平，实现脑信号解析；

对于EEG信号，通过频域滤波去除漂移、筛选有效信号，然后通过独立成分分析算法去除有效信号的眼动干扰，利用小波变换进行特征提取得到神经元电传输信号，获取脑激活水平；

将EEG信号与fNIRS信号的脑激活水平进行多模态同步分析，得到两者信号融合后的脑激活水平，实现高时空分辨率的脑信号解析；最后对融合后的脑激活水平进行数据可视化得到脑激活水平图，并通过T检验对脑激活水平图进行数据统计分析，判断用户的注意力是否集中。

3.根据权利要求1所述的一种脑机接口系统，其特征在于，包括科研型设备和民用型设备；

对于科研型设备：探测模块、供电模块、信号控制模块、信号采集模块、通信模块分开设置；探测模块还包括在头部穿戴的头套，按国际标准测量位点在头套上打EEG探头孔和fNIRS探头孔，fNIRS探头孔位于相邻两个fNIRS探头孔中间；每个探头孔中嵌装有安装探头的探头底座，探头穿过探头孔与头皮接触；fNIRS探头和EEG探头分别通过插入探头底座置于fNIRS探头孔和EEG探头孔中；fNIRS探头和EEG探头呈十字型分布，fNIRS光源探头和fNIRS探测器探头分别设置于EEG探头孔的上下两侧和左右两侧；

对于民用型设备：探测模块、供电模块、信号控制模块、信号采集模块、通信模块集成于同一电路集成板上；探测模块的fNIRS探头和EEG探头呈十字型或三点一线的方式分布于集成板上，十字型分布为fNIRS光源探头和fNIRS探测器探头分别设置于EEG探头孔的上下两侧和左右两侧；三点一线分布为fNIRS光源探头和fNIRS探测器探头分别设置于EEG探头孔上下两侧或左右两侧。

4.根据权利要求3所述的一种脑机接口系统，其特征在于，

所述科研型设备用于测量前额叶或全脑的脑信号；

所述民用型设备通过头带固定集成板，用于检测脑部其中一个区域的脑信号。