[发明专利]一种基于触听觉诱发电位的脑控轮椅系统

说明书

本发明提出一种基于触听觉诱发电位的脑控轮椅系统，包括：信号采集模块，采集用户的脑电信号，并进行预处理；初始化模块，对电极的电阻值进行检测，并对电极位置、最优Round数、P300分类器的参数进行设置；参数离线训练模块，获取最优电极通道和最优Round数，并对P300分类器进行训练；信号处理模块，用于提取和识别P300特征；触听觉刺激模块，向用户施加触听觉双模态随机刺激，以诱发脑电信号中的P300特征电位；控制模块，用于根据P300特征电位生成相应的控制指令，并转换为电压信号，并根据电压信号控制轮椅执行相应操作。本发明的系统原理简单、实现简便、控制精度高、能够提高系统操控效率。

技术领域

本发明涉及脑机接口技术及人工智能技术领域，特别涉及一种基于触听觉诱发电位的脑控轮椅系统。

背景技术

大脑是人类神经系统的中心，负责控制人们的认知与感知、运动与协调等各种神经活动。而对于患有严重运动功能障碍而脑功能正常的患者，尽管有正常的意识活动，但他们无法与外界进行交流，处于一种“自锁”状态。此类疾病包括肌萎缩性侧索硬化、脊髓损伤、脑干中风和脑瘫，以及在病情晚期所产生的闭锁综合症等。患有类似疾病的患者不但其自身处于一种极度痛苦的状态，同样也给其家庭和社会增添了沉重的负担。目前，改善残疾人的生活状况和自理能力，提高其生活质量等问题已经得到社会各界的普遍关注。而利用智能轮椅等辅助运动器械提升患者的运动能力，帮助其实现一定程度上的自理，将会大大缓解社会医护资源不足的现状，市场潜力十分巨大。传统的智能轮椅的运动控制主要是通过控制杆或者按钮来实现的，这种方法虽然有效，但是对于运动功能衰退的人来说，操控十分困难。

BCI(Brain-Computer Interface，脑机接口)是一种新的不依赖于外周神经和肌肉参与的人机通讯系统。BCI技术可以通过检测并判别大脑信号中对应不同神经活动所体现出来的模式来识别人的意图，并可将其转换成计算机可以执行的控制指令，从而实现人脑与外界交流和环境控制。对于无法通过医疗手段完全康复的、有严重运动功能障碍疾病的患者来说，BCI技术是其当前实现与外部世界进行交流与控制的唯一途径。随着人们对大脑工作机理不断深入的研究及信号处理技术的快速发展，基于EEG(Electroencephalogram，脑电图)的无创BCI技术研究已经达到一定水平，并在准确率、可靠性以及实用化方面有了很大的提高，这为智能轮椅的脑控系统研发及其相关产品进入实际生活应用提供了重要的理论基础与技术支撑。

近年来，国内外众多BCI研究机构已经展开了脑控智能轮椅的相关研究，并取得了一批重要的研究成果。目前，该领域的研究主要集中在对由运动想象产生的感觉运动节律(Sensory Motor Rhythm，SMR)和基于视觉刺激诱发的P300特征电位信号的利用上。其中，虽然SMR-BCI方法不需要依赖外界刺激就可以实现对智能轮椅的控制，但是通常需要对使用者进行大量的训练，而且“BCI盲”的比例较大(20％-30％)，很多人即使经过长时间的训练仍不能提供可以实现稳定、有效控制的脑电特征信号。此外，由于EEG信号的空间分辨率较低，通过增加运动想象任务种类来增加控制命令数是非常困难的，较为成熟有效的应用仍是只能提供左转/右转两类控制指令的智能轮椅控制方法，大大制约了系统的实用性。相比之下，基于视觉刺激的P300-BCI方法几乎不用对用户进行特殊训练便可以实现稳定快速的多目标控制，但是由于这种BCI方法通常需要用户对眼部肌肉的自主控制，这恰恰可能使其难以应用于患有严重运动功能障碍疾病，处于自锁状态的患者。另外，在智能轮椅的操控过程中，用户的视线已经被占用，很难同时注视屏幕上视觉刺激。