一种以自主呼吸辅助脑电信号提取的人机交互系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种以自主呼吸辅助脑电信号提取的人机交互系统，涉及脑机接口领域。所述系统包括：呼吸信号采集单元，用于采集患者呼吸运动信息，然后根据所述呼吸运动信息生成波形信号；控制中枢，与所述呼吸信号采集单元连接，用于将所述呼吸信号采集单元生成的至少一种波形信号转化为控制对应肢体部位的大脑皮层位置信息；脑电信号采集单元，与所述控制中枢连接，用于根据所述控制中枢的控制信号，在指定对应肢体部位的大脑皮层位置进行脑电信号提取，然后发送给对应的肢体控制单元。本实用新型专利技术提供的一种以自主呼吸辅助脑电信号提取的人机交互系统，通过自主呼吸初选，脑电精选两个阶段来完成人机交互，从而保证较高的意图识别准确率。的意图识别准确率。的意图识别准确率。

【技术实现步骤摘要】
一种以自主呼吸辅助脑电信号提取的人机交互系统


[0001]本技术涉及脑机接口领域，特别涉及一种以自主呼吸辅助脑电信号提取的人机交互系统。

技术介绍

[0002]严重运动障碍患者，比如：脑中风，肌萎缩性侧索硬化症和格林
‑
巴利综合征等，因行动不便，生活质量受到严重影响。脑机接口(Brain Computer interface,BCI)为这部分患者与外部运动辅助设备提供人机交流方式；然而，由于脑电信号复杂，脑电意图识别率低是阻碍脑机接口技术广泛应用的主要障碍之一。为了提高脑电意图识别率，多数设备通过视觉诱发辅助脑电信号提取，这些系统需要使用者将视力集中在某个部位进行空间选择，眼动/视线追踪技术成为这类设备必不可少的原件，比如：结合三维视线跟踪和脑机接口控制机械臂抓取物体的方法和系统(公开号为：CN 108646915A)、一种结合异步眼动开关的视觉诱发脑机接口方法(公开号为：CN 109508094B)。
[0003]眼动/视线追踪技术辅助脑机接口的不足：1)严重运动障碍患者：比如肌萎缩性侧索硬化症患者，躯干、头颈部肌肉运动能力下降，往往无法低头、抬头、转头、动眼将视力固定在某个部位，因此眼动/视线追踪无法辅助这部分患者脑电信号提取。2)脑神经元损伤的患者，不仅存在运动障碍，还有脑部神经元损伤导致的脑电信号提取困难：比如左脑中风患者，由于左侧脑部神经元损伤导致右侧肢体运动障碍，经常伴随转头、低头及眼球运动障碍；此外，由于左侧脑部神经元损伤，脑电信息需要从右侧脑部提取，但是右侧大脑提取的脑电信息是控制左侧肢体元件还是右侧肢体元件，存在意图识别不清的困境。

技术实现思路

[0004]本技术要解决的技术问题，在于提供一种以自主呼吸辅助脑电信号提取的人机交互系统，通过自主呼吸初选，脑电精选两个阶段来完成人机交互，从而保证较高的意图识别准确率。
[0005]本技术是这样实现的：
[0006]一种以自主呼吸辅助脑电信号提取的人机交互系统，包括：
[0007]呼吸信号采集单元，用于采集患者呼吸运动信息，然后根据所述呼吸运动信息生成波形信号；
[0008]控制中枢，与所述呼吸信号采集单元连接，用于将所述呼吸信号采集单元生成的至少一种波形信号转化为控制对应肢体部位的大脑皮层位置信息；
[0009]脑电信号采集单元，与所述控制中枢连接，用于根据所述控制中枢的控制信号，在指定对应肢体部位的大脑皮层位置进行脑电信号提取，然后将提取出的脑电信号转化为动作指令并发送给对应的肢体控制单元。
[0010]进一步地，所述呼吸信号采集单元包括胸廓电极和呼吸监测模块，所述胸廓电极与所述呼吸监测模块通过导线连接，所述呼吸监测模块将所述胸廓电极采集的信号转化为
波形信号。
[0011]进一步地，所述控制中枢第奇数次收到所述呼吸信号采集单元生成的用于控制右上肢运动的第一波形信号时，转化为开始对左侧额叶中部进行脑电提取的控制信号；
[0012]所述控制中枢第偶数次收到所述呼吸信号采集单元生成的用于控制右上肢运动的第一波形信号时，转化为停止对左侧额叶中部进行脑电提取的控制信号。
[0013]进一步地，所述第一波形信号为深呼吸两次产生的波形信号。
[0014]进一步地，所述控制中枢第奇数次收到所述呼吸信号采集单元生成的用于控制左上肢运动的第二波形信号时，转化为开始对右侧额叶中部进行脑电提取的控制信号；
[0015]所述控制中枢第偶数次收到所述呼吸信号采集单元生成的用于控制左上肢运动的第二波形信号时，转化为停止对右侧额叶中部进行脑电提取的控制信号。
[0016]进一步地，所述第二波形信号为停止呼吸5秒产生的波形信号。
[0017]进一步地，所述肢体控制单元包括左上肢体控制模块以及右上肢体控制模块。
[0018]进一步地，所述脑电信号采集单元为脑电头盔。
[0019]进一步地，所述呼吸信号采集单元与所述控制中枢通过无线或有线连接；所述控制中枢与所述脑电信号采集单元通过无线或有线连接；所述脑电信号采集单元与所述肢体控制单元通过无线或有线连接。
[0020]本技术具有如下优点：
[0021]通过采用自主呼吸初选，脑电精选两个阶段来完成人机交互。在呼吸初选阶段中，本技术充分利用了自主呼吸的可控性，通过调节自主呼吸的频率和屏气时间可以产生多种呼吸信号组合，不同的组合可以对应不同的肢体运动部位。在脑电精选阶段中，根据自主呼吸信号精选所需部位的大脑皮层脑电信息。这个过程中，脑电可以保证较高的意图识别准确率。
附图说明
[0022]下面参照附图结合实施例对本技术作进一步的说明。
[0023]图1为本技术实施例系统的结构示意图；
[0024]图2为本技术实施例的工作过程示意图
[0025]图3为本技术实施例静息状态下呼吸波；
[0026]图4为本技术实施例深呼吸两次时产生的正弦波；
[0027]图5为本技术实施例吸气/呼气/暂停呼吸时产生的波形；
[0028]图6为本技术实施例脑电头盔的电极示意图。
具体实施方式
[0029]针对上述不足，本技术通过自主呼吸辅助脑电信号识别，原因如下：1)运动障碍患者，相对于躯干肌肉运动障碍，呼吸功能受影响较迟出现。2)临床广泛应用的各类呼吸机、心电监护仪、睡眠呼吸监测仪可以识别使用者呼吸频率、吸气/呼气时长、呼吸运动等，呼吸识别技术较成熟。3)可以利用口鼻气流或者气压感受器、或者胸廓容积/胸廓运动感受器监测使用者呼吸频率及吸气时间的不同组合，作为脑机接口输入信号。该输入方法需要首先排除正常呼吸频率，这与目前眼动/视线追踪技术作为脑电输入信号有类似之处，眼
动/视线追踪技术也需要排除不经意的眨眼、眼动等。
[0030]本技术的总体思路为：通过胸廓电极采集呼吸信号，呼吸监测单元将呼吸信号转化为正弦波信号。改变自主呼吸的频率和/或屏气时间，可产生不同的正弦波信号，这些信号匹配不同的肢体运动部位。呼吸监测单元将正弦波信号传递给控制中枢，控制中枢解读出与该信号对应的肢体运动部位，并将控制该肢体部位的大脑皮层位置信息传递给脑电信号采集器；然后，脑电头盔采集与之对应的皮层位置脑电信息，从而触发相应肢体机械运动元件。既往辅助脑电信号识别的装置多数采用视觉追踪；本技术通过控制自主呼吸的频率和/或屏气时间，克服运动障碍患者无法将眼球/视力注视在某个特定部位的局限性。
[0031]具体可以通过以下步骤实现：
[0032]1)呼吸信号采集：将胸廓电极安放在使用者的右侧腋中线及左侧肋骨下。因吸气、呼气造成胸腔容积改变可进一步引起胸腔电阻变化，规律性胸腔电阻变化可被胸部电极监测到；胸部电极通过导线将信号传入呼吸监测单元，呼吸监测单元将胸腔电阻变化转化为正弦波信号。
[0033]2)正弦波信号在控制中枢转化为控制某个肢体部位的大脑皮层位置信息：不同呼吸频本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种以自主呼吸辅助脑电信号提取的人机交互系统，其特征在于，包括：呼吸信号采集单元，用于采集患者呼吸运动信息，然后根据所述呼吸运动信息生成波形信号；控制中枢，与所述呼吸信号采集单元连接，用于将所述呼吸信号采集单元生成的至少一种波形信号转化为控制对应肢体部位的大脑皮层位置信号；脑电信号采集单元，与所述控制中枢连接，用于根据所述控制中枢的控制信号，在指定对应肢体部位的大脑皮层位置进行脑电信号提取，然后将提取出的脑电信号转化为动作指令并发送给对应的肢体控制单元。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述呼吸信号采集单元包括胸廓电极和呼吸监测模块，所述胸廓电极与所述呼吸监测模块通过导线连接，所述呼吸监测模块将所述胸廓电极采集的信号转化为波形信号。3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述控制中枢第奇数次收到所述呼吸信号采集单元生成的用于控制右上肢运动的第一波形信号时，转化为开始对左侧额叶中部进行脑电提取的控制信号；所述控制中枢第偶数次收到所述呼吸信号采集单元生成的用于控制右上肢运动的第一波形信号时，转化为...

【专利技术属性】
技术研发人员：王自力，宋剑平，李艳，
申请(专利权)人：王自力，
类型：新型
国别省市：