基于SSMVEP-ERP-OSR混合脑机接口驱动的轮椅制造技术

本实用新型专利技术公开了基于SSMVEP‑ERP‑OSR混合脑机接口驱动的轮椅。包括轮椅本体，轮椅本体上设置有人机交互设备，还包括，视觉诱发模块、数据采集模块、数据预处理模块、数据识别判断模块和轮椅驱动模块，轮椅驱动模块与数据识别判断模块通讯连接，轮椅驱动模块包括驱动电机和轮椅传动系统，轮椅驱动模块根据数据识别判断模块的目标控制指令驱动电机实现轮椅的驱动运行。通过基于SSMVEP‑ERP‑OSR混合脑机接口范式，增加了目标数，进而提高了轮椅控制的更多指令，增加了受试者控制轮椅的灵活性，提出了基于复杂模板与CCA的时频特征分步识别算法，通过最优通道的选取提高了控制的准确率及实时性。

【技术实现步骤摘要】
基于SSMVEP-ERP-OSR混合脑机接口驱动的轮椅
本技术涉及领域，特别涉及基于SSMVEP-ERP-OSR混合脑机接口驱动的轮椅。
技术介绍
由于交通事故、工伤、疾病等缘由的频繁发生，下肢残疾人数正在逐步上升。根据我国2006年残疾人抽样调成数据得知，目前我国残疾人总人数为8296万人,其中肢体残疾者为2412万人，占残疾人总人数的29.07％。大多数下肢残疾人利用电动轮椅进行日常出行，坐在轮椅上的人通过操作轮椅上的按钮或操作杆即可实现轮椅的启停、前进、后退等操作，但是对于一部分手部活动不便的老年人及残障人士而言，极大的限制了其操作性，一定程度上降低了轮椅的便利性。脑机接口是人脑-计算机接口的简称，是基于脑电信号实现大脑与电子设备之间直接交流通讯和控制的技术。由于不依赖常规的大脑输出通路，脑机接口为人的大脑开辟了全新的与外界进行信息交流和控制的途径。视觉诱发电位(VisualEvokedPotential,VEP)是大脑皮质枕叶区对视觉刺激发生的电反应，是代表视网膜接受刺激，经视路传导至枕叶皮层而引起的电位变化。当视觉刺激的刺激频率在6Hz以上时，大脑视觉系统产生的对外部持续周期性视觉刺激的响应，即为稳态视觉诱发电位(SteadyStateVisuallyEvokedPotential,SSVEP)。然而，在传统的SSVEP-BCI领域，大多数研究是基于闪烁或闪烁的反衬变化，很少有研究运动对视觉刺激的影响及其潜在的稳态BCI的设计。稳态运动视觉诱发电位(Steady-StateMotionVisuallyEvokedPotentials,SSMVEP)就是利用一种特殊的运动视觉刺激，类似于牛顿环周期性的扩张和收缩运动。与对光的感知和颜色对比类似运动感知也是对人类视觉系统的基本任务之一。基于稳态运动视觉诱发电位的BCI系统主要优点是无需训练，信号获取容易，相比与光闪烁范式还可以减少视觉疲劳。缺省刺激响应(Omittedstimulusresponse,OSR)是一种内因性的大脑反应，是指重复性感官刺激的停止可以引起头皮电位的一系列模式特征，是一系列有规律的感官刺激缺失后可以诱发出来。脑机接口技术已被广泛的引入到智能轮椅的控制技术中，其中脑机接口技术主要包括运动想象和稳态视觉诱发的脑机接口。基于运动想象脑电控制的智能轮椅系统主要存在准确率低和个体差异较大等不足，基于稳态视觉诱发电位控制的轮椅系统主要存在控制指令较少，训练时间较长等不足。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种解决上述现存的至少一个技术问题的基于SSMVEP-ERP-OSR混合脑机接口驱动的轮椅。为实现上述目的，本技术采用如下技术方案，基于SSMVEP-ERP-OSR混合脑机接口驱动的轮椅，包括轮椅本体，轮椅本体上设置有人机交互设备，还包括：视觉诱发模块：人机交互设备设有视觉诱发模块，视觉诱发模块体现为人机交互设备上呈现SSMVEP-ERP-OSR混合范式刺激，人机交互设备播放的SSMVEP-ERP-OSR混合范式包括三行三列牛顿环，每个牛顿环的直径约为4.8deg，第一列和第三列牛顿环距屏幕中心的距离均为视角的9.6deg，第一行和第三行牛顿环距屏幕中心的距离均为视角的6.4deg；数据采集模块：数据采集模块用于采集用户脑电信号，包括用于用户穿戴的16导干电极帽，16导干电极帽设置多个电极，电极按照国际10/20标准导联；数据预处理模块：数据预处理模块与数据采集模块通讯连接，数据预处理模块包括数据放大模块、滤波模块和模数转换模块，数据放大模块用于采集的脑电信号的放大，滤波模块用于过滤放大后的脑电信号，模数转换模块用于转换过滤后的脑电信号至电信号；数据识别判断模块：数据识别判断模块与数据预处理模块通讯连接，数据识别判断模块通过对信号的识别判断并匹配轮椅的目标控制指令，轮椅的目标控制指令包括前进、后退、加速前进、减速前进、左转向、右转向、加速后退、减速后退、停止，与三行三列的牛顿环相对应；轮椅驱动模块：轮椅驱动模块与数据识别判断模块通讯连接，轮椅驱动模块包括驱动电机和轮椅传动系统，轮椅驱动模块根据数据识别判断模块的目标控制指令驱动电机实现轮椅的驱动运行；无线通讯模块：人机交互设备内设有无线通讯模块，轮椅驱动模块与数据识别判断模块通过无线通讯模块进行数据传输，数据识别判断模块设置在人机交互设备内并与无线通讯模块通讯连接。在一些实施方式中，用于检测的电极包括O1、O2、OZ、PO4、PO8、PO3、PO7、P3、CZ、FZ、FCZ、POZ、PZ、P4、CPZ，参考电极位于左侧耳垂，地电极为Fpz。在一些实施方式中，同处一列的刺激目标刺激频率相同，三列牛顿环对应的刺激频率分别为15Hz、17Hz和19Hz；同一行刺激目标之间刺激频率不同，刺激缺失时间差别；刺激频率为15Hz的目标一、二、三刺激目标序列，刺激中包括三次短刺激缺失和一次长刺激缺失，同频率三个目标的刺激缺失时刻均不相同。在一些实施方式中，数据放大模块为放大器，放大器的采样频率为1200Hz。在一些实施方式中，滤波模块包括0.05～100Hz的带通滤波以及45-52Hz的带阻滤波。在一些实施方式中，还包括安全模块，所述安全模块设有距离传感器。本技术的有益效果为：本技术基于SSMVEP-ERP-OSR混合脑机接口驱动的轮椅，通过基于SSMVEP-ERP-OSR混合脑机接口范式，增加了目标数，进而提高了轮椅控制的更多指令，增加了受试者控制轮椅的灵活性，提出了基于复杂模板与CCA的时频特征分步识别算法，通过最优通道的选取提高了控制的准确率及实时性。附图说明图1为本技术基于SSMVEP-ERP-OSR混合脑机接口驱动的轮椅的系统框架示意图；图2为本技术电极帽的电极放置示意图；图3为本技术混合范式的示意图；图4为本技术轮椅目标控制指令的示意图；图5为本技术时频特征分布识别算法示意图；图6为本技术离线实验刺激时序图；图7为本技术Leave-One-OutCross-Validation交叉验证算法生成基础目标分类器的流程示意图；图8为本技术基于自动寻优算法的记录电极位置选择流程图。具体实施方式下面结合附图对本技术作进一步详细的说明。实施例如图1所示，基于SSMVEP-ERP-OSR混合脑机接口驱动的轮椅，包括系统整体框架图中将系统分为人机交互模块、信号采集模块、信号处理模块以及应用控制模块。选择Windows旗下Surface笔记本作为系统主机，其主要功能是提供人机交互设备并进行数据处理；系统开始运行后，首先Surface屏幕上呈现SSMVEP-ERP-OSR混合范式刺激，对用户进行视觉诱发；用户佩戴16导干电极脑电帽，采集经视觉诱发的脑电信号，经过放大器放大后将EEG信号传输给Surface，对数据进行实时处理，包括预处理、频域本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于SSMVEP-ERP-OSR混合脑机接口驱动的轮椅，包括轮椅本体，所述轮椅本体上设置有人机交互设备，其特征在于，还包括：/n视觉诱发模块：所述人机交互设备设有视觉诱发模块，所述视觉诱发模块体现为人机交互设备上呈现SSMVEP-ERP-OSR混合范式刺激，所述人机交互设备播放的SSMVEP-ERP-OSR混合范式包括三行三列牛顿环，每个牛顿环的直径为4.8deg，第一列和第三列牛顿环距屏幕中心的距离均为视角的9.6deg，第一行和第三行牛顿环距屏幕中心的距离均为视角的6.4deg；/n数据采集模块：所述数据采集模块用于采集用户脑电信号，包括用于用户穿戴的16导干电极帽，所述16导干电极帽设置多个电极，所述电极按照国际10/20标准导联；/n数据预处理模块：所述数据预处理模块与数据采集模块通讯连接，所述数据预处理模块包括数据放大模块、滤波模块和模数转换模块，所述数据放大模块用于采集的脑电信号的放大，所述滤波模块用于过滤放大后的脑电信号，所述模数转换模块用于转换过滤后的脑电信号至电信号；/n数据识别判断模块：所述数据识别判断模块与数据预处理模块通讯连接，所述数据识别判断模块通过对信号的识别判断并匹配轮椅的目标控制指令，所述轮椅的目标控制指令包括前进、后退、加速前进、减速前进、左转向、右转向、加速后退、减速后退、停止，与三行三列的牛顿环相对应；/n轮椅驱动模块：所述轮椅驱动模块与数据识别判断模块通讯连接，所述轮椅驱动模块包括驱动电机和轮椅传动系统，所述轮椅驱动模块根据数据识别判断模块的目标控制指令驱动电机实现轮椅的驱动运行；/n无线通讯模块：所述人机交互设备内设有无线通讯模块，所述轮椅驱动模块与数据识别判断模块通过无线通讯模块进行数据传输，所述数据识别判断模块设置在人机交互设备内并与无线通讯模块通讯连接。/n...

【技术特征摘要】
1.基于SSMVEP-ERP-OSR混合脑机接口驱动的轮椅，包括轮椅本体，所述轮椅本体上设置有人机交互设备，其特征在于，还包括：
视觉诱发模块：所述人机交互设备设有视觉诱发模块，所述视觉诱发模块体现为人机交互设备上呈现SSMVEP-ERP-OSR混合范式刺激，所述人机交互设备播放的SSMVEP-ERP-OSR混合范式包括三行三列牛顿环，每个牛顿环的直径为4.8deg，第一列和第三列牛顿环距屏幕中心的距离均为视角的9.6deg，第一行和第三行牛顿环距屏幕中心的距离均为视角的6.4deg；
数据采集模块：所述数据采集模块用于采集用户脑电信号，包括用于用户穿戴的16导干电极帽，所述16导干电极帽设置多个电极，所述电极按照国际10/20标准导联；
数据预处理模块：所述数据预处理模块与数据采集模块通讯连接，所述数据预处理模块包括数据放大模块、滤波模块和模数转换模块，所述数据放大模块用于采集的脑电信号的放大，所述滤波模块用于过滤放大后的脑电信号，所述模数转换模块用于转换过滤后的脑电信号至电信号；
数据识别判断模块：所述数据识别判断模块与数据预处理模块通讯连接，所述数据识别判断模块通过对信号的识别判断并匹配轮椅的目标控制指令，所述轮椅的目标控制指令包括前进、后退、加速前进、减速前进、左转向、右转向、加速后退、减速后退、停止，与三行三列的牛顿环相对应；
轮椅驱动模块：所述轮椅驱动模块与数据识别判断模块通讯连接，所述轮椅驱动模块包括驱动电机和轮椅传动系统，所述轮椅驱动模块根据数据识别判断模块的目标控制指令驱动电机实现轮椅的驱动运行；

【专利技术属性】
技术研发人员：郭晓辉，王晶，石斌，王璐，梁文栋，乌铭远，
申请(专利权)人：深圳睿瀚医疗科技有限公司，
类型：新型
国别省市：广东;44