一种大规模脑-机接口算法实时测评系统技术方案

本发明专利技术公开了一种大规模脑

【技术实现步骤摘要】
一种大规模脑
‑
机接口算法实时测评系统


[0001]本专利技术涉及脑机接口系统开发
，具体涉及一种大规模脑
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机接口算法实时测评系统。

技术介绍

[0002]近年来，得益于计算机技术飞速发展，脑
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机接口作为一种全新的人
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机接口技术已引起广泛关注。截至目前，国内外有很多的实验室都在对不同范式的脑
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机接口算法展开了深入研究，在整个算法研究过程中，算法研究人员需要通过在线实验不断对算法进行测评和验证，并根据测评结果对算法进行优化，对于主流脑
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机接口实验范式而言，完成一次实时脑电数据处理，至少需要两个过程，即脑电数据采集过程与脑电数据处理过程。对于稳态视觉诱发电位、快速序列视觉呈现任务等依赖视觉刺激的范式而言，刺激呈现过程也必不可少。这需要算法研究人员搭建自己的算法测评系统，然而这部分的工作往往是重复且无关于算法性能提升的，如何客观、高效地实现各类算法对比测评，如何可靠、公正地完成系统评估验证则成为一道摆在学术界面前的难题。
[0003]因此，有必要提供一种大规模脑
‑
机接口算法实时测评系统，来解决上述问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术目的是提供一种大规模脑
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机接口算法实时测评系统，实时在线的方式对不同范式的脑机接口多套算法分别对应多被试的脑电数据同步进行测评，确保公平与规范。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了一种大规模脑
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机接口算法实时测评系统，包括中央控制子系统、持久化子系统、数据采集子系统、刺激子系统、任务子系统、算法子系统及结果呈现子系统，各个子系统之间通过Kafka消息中间件完成通信平台的搭建，实现各个子系统之间的数据和指令交互。
[0006]优选的，各个子系统之间的数据和指令交互包括以下步骤：
[0007]S1：刺激子系统刺激产生脑电数据；
[0008]S2：数据采集子系统从采集软件接收数据并发到通信平台指定topic；
[0009]S3：持久化子系统从该topic获取数据进行持久化存储，任务子系统从该topic获取数据并对数据进行缓存；
[0010]S4：算法子系统通过RPC远程调用从任务子系统获取经过预处理的数据进行分析处理，并通过RPC远程调用反馈判别结果到任务子系统；
[0011]S5：任务子系统将算法子系统反馈的结果封装成要呈现的结果发送到通信平台指定topic；
[0012]S6：结果呈现子系统从该topic获取结果进行呈现，中央控制子系统从该topic获取结果，将其中作为刺激反馈算法汇报的结果发送给刺激子系统；
[0013]S7：刺激子系统呈现中央控制子系统的反馈。
[0014]优选的，所述刺激子系统包括刺激应用程序、刺激子系统框架和刺激子系统功能模块，所述刺激子系统功能模块包括刺激控制模块、通信模块和日志模块，所述刺激控制模块包括刺激生成、刺激范式、Trigger控制和反馈呈现；刺激控制模块控制刺激的运行流程，刺激子系统将刺激流程划分为六个状态，分别为：刺激初始化状态、block准备状态、trial准备状态、刺激状态、trial结束状态、block结束状态；
[0015]刺激初始化状态，进行实验前的准备工作，创建刺激窗口，加载刺激资源、呈现实验说明；
[0016]block准备状态，进行刺激序列生成，绘制初始界面及倒计时提示，发送block开始trigger操作；
[0017]trial准备状态，进行刺激目标确定，绘制刺激提示，发送trial开始trigger；
[0018]刺激状态，呈现具体的范式刺激，SSVEP的目标闪烁；
[0019]trial结束状态，进行trial结束trigger的发送，等待反馈结果并呈现，系统根据block准备阶段确定的Trial数量决定继续下一个Trial或是结束当前block；
[0020]block结束状态，进行block结束trigger的发送，绘制本组实验结束提示语，等待被试休息。
[0021]优选的，所述数据采集子系统包括数据采集应用程序、数据采集子系统框架和数据采集子系统功能模块，所述数据采集子系统功能模块包括数据接收模块、数据解析模块、数据封装模块、日志模块和通信模块；
[0022]数据接收模块通过TCP/IP的方式与厂商软件建立连接，数据接收模块获取包含脑电数据和Trigger数据在内的原始数据，并将原始的二进制数据传递给数据解析模块进行解析；
[0023]数据解析模块按照不同的传输协议将二进制原始数据转换为矩阵数据，包含若干导联的脑电数据及一导联Trigger数据，通过裁剪或拼接的方式将数据包统一为标准大小；
[0024]数据封装模块根据统一数据结构对解析后的数据包进行封装，封装后的数据经过通信模块提供的生产者接口发送至通信平台。
[0025]优选的，持久化子系统提供通用的存储和查询接口，持久化子系统基于MVC模式对外暴露查询接口，该接口由用户调用将存储数据发送至通信平台固定的Topic，持久化子系统持续订阅该Topic以实时获取数据；
[0026]所述持久化子系统包括持久化应用程序、持久化子系统框架、数据库服务和持久化子系统功能模块，所述持久化子系统功能模块包括持久化模块、通信模块、日志模块和心跳模块，所述持久化模块包括测试结果存储和数据存储；
[0027]数据解析模块将接收的结构化数据转换为标准数据实体并调用数据库访问接口将数据存储至数据库，非结构化数据系统以字节流的形式存储在磁盘。
[0028]优选的，所述算法子系统包括算法应用程序、算法子系统框架、算法子系统功能模块，所述算法子系统功能模块包括通信模块、算法实现模块和日志模块，所述通信模块包括获取数据和反馈结果；
[0029]算法实现模块依赖通信代理对象，调用通信代理对象提供的get_data方法获取数据以及report方法汇报结果，通信代理对象依赖RPC代理对象，RPC代理对象实现远程调用逻辑，算法实现模块调用方法接口时，RPC代理对象会先封装请求对象，调用RPCStub提供的
请求方法向服务端发送请求，RPCStub对象返回cid作为本次RPC调用的唯一标识，RPC代理对象同步等待远程调用结果，以cid为查询条件从RPCStub对象中获取远程调用结果并返回给算法实现模块，RPCStub对象独立线程运行。
[0030]优选的，算法子系统通过RPC的方式与任务子系统交互，实现算法子系统和任务子系统之间的解耦，所述任务子系统包括任务应用程序、任务子系统框架、任务子系统功能模块，所述任务子系统功能模块包括具体任务模块、任务管理模块、通信模块、日志模块和心跳模块，所述具体任务模块包括数据预处理和评分，所述任务管理模块包括状态维护、算法请求处理和数据缓冲池，所述通信模块包括注册连接和事件读取；
[00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大规模脑
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机接口算法实时测评系统，其特征在于：包括中央控制子系统、持久化子系统、数据采集子系统、刺激子系统、任务子系统、算法子系统及结果呈现子系统，各个子系统之间通过Kafka消息中间件完成通信平台的搭建，实现各个子系统之间的数据和指令交互。2.根据权利1中所述的一种大规模脑
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机接口算法实时测评系统，其特征在于：各个子系统之间的数据和指令交互包括以下步骤：S1：刺激子系统刺激产生脑电数据；S2：数据采集子系统从采集软件接收数据并发到通信平台指定topic；S3：持久化子系统从该topic获取数据进行持久化存储，任务子系统从该topic获取数据并对数据进行缓存；S4：算法子系统通过RPC远程调用从任务子系统获取经过预处理的数据进行分析处理，并通过RPC远程调用反馈判别结果到任务子系统；S5：任务子系统将算法子系统反馈的结果封装成要呈现的结果发送到通信平台指定topic；S6：结果呈现子系统从该topic获取结果进行呈现，中央控制子系统从该topic获取结果，将其中作为刺激反馈算法汇报的结果发送给刺激子系统；S7：刺激子系统呈现中央控制子系统的反馈。3.根据权利要求1中所述的一种大规模脑
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机接口算法实时测评系统，其特征在于：所述刺激子系统包括刺激应用程序、刺激子系统框架和刺激子系统功能模块，所述刺激子系统功能模块包括刺激控制模块、通信模块和日志模块，所述刺激控制模块包括刺激生成、刺激范式、Trigger控制和反馈呈现；刺激控制模块控制刺激的运行流程，刺激子系统将刺激流程划分为六个状态，分别为：刺激初始化状态、block准备状态、trial准备状态、刺激状态、trial结束状态、block结束状态；刺激初始化状态，进行实验前的准备工作，创建刺激窗口，加载刺激资源、呈现实验说明；block准备状态，进行刺激序列生成，绘制初始界面及倒计时提示，发送block开始trigger操作；trial准备状态，进行刺激目标确定，绘制刺激提示，发送trial开始trigger；刺激状态，呈现具体的范式刺激，SSVEP的目标闪烁；trial结束状态，进行trial结束trigger的发送，等待反馈结果并呈现，系统根据block准备阶段确定的Trial数量决定继续下一个Trial或是结束当前block；block结束状态，进行block结束trigger的发送，绘制本组实验结束提示语，等待被试休息。4.根据权利要求1中所述的一种大规模脑
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机接口算法实时测评系统，其特征在于：所述数据采集子系统包括数据采集应用程序、数据采集子系统框架和数据采集子系统功能模块，所述数据采集子系统功能模块包括数据接收模块、数据解析模块、数据封装模块、日志模块和通信模块；数据接收模块通过TCP/IP的方式与厂商软件建立连接，数据接收模块获取包含脑电数据和Trigger数据在内的原始数据，并将原始的二进制数据传递给数据解析模块进行解析；
数据解析模块按照不同的传输协议将二进制原始数据转换为矩阵数据，包含若干导联的脑电数据及一导联Trigger数据，通过裁剪或拼接的方式将数据包统一为标准大小；数据封装模块根据统一数据结构对解析后的数据包进行封装，封装后的数据经过通信模块提供的生产者接口发送至通信平台。5.根据权利要求2中所述的一种大规模脑
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机接口算法实时测评系统，其特征在于：持久化子系统提供通用的存储和查询接口，持久化子系统基于MVC模式对外暴露查询接口，该接口由用户调用将存储数据发送至通信平台固定的...

【专利技术属性】
技术研发人员：洪程程，张洪欣，杨晨，徐瑞林，陈阳，许家鑫，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：