一种基于周期性视觉注视的异步脑机接口开关控制方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115826749A(43)申请公布日2023.03.21(21)申请号202211500113.9(22)申请日2022.11.28(71)申请人上海交通大学地址200240上海市闵行区东川路800号(72)发明人孟建军李崧玮盛鑫军朱向阳(74)专利代理机构上海旭诚知识产权代理有限公司31220专利代理师郑立(51)Int.Cl.G06F3/01(2006.01)A61B5/372(2021.01)权利要求书2页说明书9页附图2页(54)发明名称一种基于周期性视觉注视的异步脑机接口开关控制方法(57)摘要本发明公开了一种基于周期性视觉注视的异步脑机接口开关控制方法，涉及自动控制领域，该方法包括以下步骤：执行周期性注视视觉刺激任务，产生周期性变化的脑电信号；采集头皮脑电信号，对脑电信号进行信号放大、模数转换和滤波处理；通过解码算法提取包含注视视觉刺激状态的特征信号；将特征信号转换为虚拟力的数值；将虚拟力作用于虚拟动力学系统中，驱动虚拟动力学系统状态变化和振荡；虚拟动力学系统的状态达到设定阈值时触发脑机接口开关输出指令，实现对脑机接口开关的控制；将视觉刺激与虚拟动力学系统状态显示在显示设备上。本发明以交互式触发模式构建一种新型开关触发模式，提高了开关控制的可靠性，改善了脑机接口系统的实用性。CN115826749ACN115826749A权利要求书1/2页1.一种基于周期性视觉注视的异步脑机接口开关控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：S101：执行周期性注视视觉刺激任务，产生周期性变化的脑电信号；S103：脑电数据采集与预处理：采集头皮脑电信号，并对所述头皮脑电信号进行预处理，所述预处理包括信号放大、模数转换和滤波处理；S105：对所述脑电信号在线提取特征信号：通过解码算法提取包含注视视觉刺激状态的所述特征信号，所述注视视觉刺激状态通过提取时域或频域特征的方法得到，所述特征信号表征当前正在执行的注视状态，并在切换视线位置后改变；S107：将所述特征信号映射为虚拟力：将所述特征信号转换为所述虚拟力的数值，所述转换方法包括滤波、去基线和函数映射；S109：虚拟动力学系统控制：将所述虚拟力作用于所述虚拟动力学系统中，以驱动所述虚拟动力学系统状态变化和振荡；S111：触发对所述脑机接口开关的控制：所述虚拟动力学系统的状态达到设定阈值时触发所述脑机接口开关的输出指令，从而实现对所述脑机接口开关的控制；S113：视觉刺激显示与所述虚拟动力学系统状态反馈：将所述视觉刺激与所述虚拟动力学系统的状态在显示设备上显示，所述视觉刺激按照频率或序列闪烁，所述虚拟动力学系统状态反馈显示系统振动幅度。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤S101中的所述周期性注视视觉刺激任务，是指根据一定的节奏周期性切换视线位置，从而切换注视在左侧或右侧视觉刺激的视觉注视任务，所述视觉刺激为可以互相区分信号特征的视觉刺激。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述视觉刺激的方法包括稳态视觉诱发电位、编码视觉诱发电位、视觉诱发电位、P300中的至少一种。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述步骤S103中，通过非侵入式头皮脑电采集装置采集所述脑电数据，所述非侵入式头皮脑电采集装置包括脑电帽，所述脑电帽在脑区不同的位置布置不同的电极通道，采集不同位置的所述头皮脑电信号，所述头皮脑电信号包括携带着注视左侧和右侧刺激时产生的脑电信号，所述脑电信号来自枕叶区的所述电极通道。5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，在所述步骤S103中，所述滤波处理包括带通滤波和陷波滤波步骤，所述带通滤波使用巴特沃兹滤波器进行1‑70Hz带通滤波，所述陷波滤波使用50Hz陷波滤波器进行工频噪声滤波。6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，在所述步骤S105中，对所述脑电信号在线提取所述特征信号，包括对视觉相关的电极通道进行当前时刻前N毫秒时窗的截取，并用典型相关分析提取特征，获取与左侧注视视觉刺激状态和右侧注视视觉刺激状态相关的所述特征信号，所述电极通道包括左右脑区多个通道，所述步骤S105包括如下子步骤：S1051：建立2个视觉刺激对应的正弦波频率的基频与谐频的正余弦信号，时长为N毫秒，组成2个模版信号矩阵；S1052：将所述多个通道的所述脑电信号组成当前时刻脑电信号矩阵，时长为N毫秒；S1053：对所述脑电信号矩阵与所述模板信号矩阵进行典型相关分析，并得到所述脑电信号矩阵与所述模版信号矩阵的相关系数，所述相关系数包括左侧相关系数和右侧相关系2CN115826749A权利要求书2/2页数，所述相关系数作为所述特征信号，所述特征信号分别表征当前是否正在注视左侧刺激和右侧刺激的状态。7.如权利要求6所述的方法，