一种基于P300与SSVEP混合式脑机接口的目的地选择系统技术方案

本发明专利技术涉及一种利用P300诱发电位与稳态视觉诱发相关电位（SSVEP）的混合BCI控制的目的地选择系统及相关计算方法。系统包括脑电采集模块，刺激显示模块以及脑电信号处理模块。本发明专利技术提出的方法不需要任何的肢体运动和语言，只需要用户进行脑-机接口的任务，通过对对应脑电信号的分析获得命令，实现目标的选择，该目标选择方法对于那些有肢体障碍的残疾人有重大意义。本发明专利技术属于认知神经科学、信息技术领域和自动控制领域的综合应用。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及一种利用P300诱发电位与稳态视觉诱发相关电位（SSVEP）的混合BCI控制的目的地选择系统及相关计算方法。系统包括脑电采集模块，刺激显示模块以及脑电信号处理模块。本专利技术提出的方法不需要任何的肢体运动和语言，只需要用户进行脑-机接口的任务，通过对对应脑电信号的分析获得命令，实现目标的选择，该目标选择方法对于那些有肢体障碍的残疾人有重大意义。本专利技术属于认知神经科学、信息
和自动控制领域的综合应用。【专利说明】—种基于P300与SSVEP混合式脑机接口的目的地选择系统
本专利技术涉及一种利用P300诱发电位与稳态视觉诱发相关电位(SSVEP)的混合脑机接口控制的目的地选择系统。更具体的，分别利用P300电位和稳态视觉诱发电位(SSVEP)完成目标选择及命令确认任务。本专利技术提出的方法不需要任何的肢体运动和语言，只需要用户进行脑-机接口的任务，通过对对应脑电信号的分析获得命令，实现目的地的选择。本专利技术属于认知神经科学、信息
和自动控制领域的综合应用。
技术介绍
许多疾病都会引起神经元的死亡造成神经通路的损伤，使大脑无法通过正常的神经肌肉系统与外部环境进行交流。如何使这类患者能够像正常人一样和外界进行交流、控制车辆的运动成为紧迫的问题。脑-机接口(BCI)可以在人脑和计算机或其他外界设备之间建立一种直接的信息交流和控制通道，是一种不依赖与常规大脑输出通路(外围神经和肌肉组织)的全新的信息交流系统。脑-机接口的基本生死相依是通过某种方式使大脑产生适合识别的脑电信号，并通过信号处理和模式识别的方法将产生的脑电信号“翻译”成命令，从而实现脑-机交互。P300诱发电位是ERP (事件相关电位)的一种,其是指在人认知靶刺激之后300ms左右的时间，在脑电图上会出现一个明显的正电位波峰。SSVEP (Steady State VEP)诱发电位(稳态视觉诱发电位)是诱发电位(VEP)中的一种，是指当以持续的闪光频率对人眼进行刺激时，大脑皮层的神经元会使其发放率与闪光刺激频率同步，枕、顶部在脑电图上将出现与刺激频率相同或成谐振关系，并与刺激有一定相位关系的频率波，使得脑电信号中与刺激频率及其谐波频率对应的节律成分明显增强。稳态诱发电位的刺激频率一般要大于6Hz，这样各次刺激引起的响应在时间上就不断重叠，从而加强了信号的特征。现有的脑-机接口技术进行目的地选择的系统主要是利用P300诱发电位，其准确性仅依赖于P300电位的诱发、检测及识别的准确性，对于一些P300效果较差的人来说，仅利用P300诱发电位很难达到他们预期的目标。因此，提出一种基于P300与SSVEP混合式脑机接口的目的地选择系统，提高目的地选择准确率，成为本专利技术主要目的。
技术实现思路
根据本专利技术要求，提供一种基于混合脑机接口的目的地选择系统，包括视觉诱发刺激模块，脑电采集模块和脑电分析处理模块。所述，视觉诱发刺激模块用于将P300诱发电位视觉刺激和SSVEP诱发电位视觉刺激以LCD (或CRT/HUD等)显示方式提供给使用者；脑电采集模块用于实时采集脑电信号并且进行放大和模数转换，通过数据线与脑电分析处理模块进行数据传输；所述，脑电分析处理模块用于接收脑电信号并且对脑电信号进行处理，判断使用者的目标选择意图。本专利技术涉及一种基于混合脑机接口的目的地选择的方法，所述方法包括:步骤1，通过脑电采集模块采集用户由于注视刺激信息而诱发出的脑电信号；步骤2，通过脑电分析处理模块分析所述脑电信号以获得期望目的地信息；步骤3，经过对期望目的地信息的确认，获得用户的最终真实意图。所述，视觉诱发刺激模块包括P300诱发电位刺激界面和SSVEP诱发电位刺激界面。所述，P300诱发电位刺激界面由3*3矩阵组成，矩阵中每一个字符代表相应的目的地。所述SSVEP诱发电位刺激界面由左右两个闪烁矩形组成，每个矩形包含了 24*8个小方块(每个方块为20像素*20像素)。所述视觉诱发刺激模块通过IXD (或CRT/HUD等)展示给用户。所述，脑电采集模块通过置于用户大脑头皮上的脑电电极采集用户的脑电信号，并通过脑电放大器获得并输出待处理的脑电信号。所述，步骤3包括:步骤31，对实时采集到的脑电信号进行处理，判断使用者选择的刺激显示界面上P300刺激的具体目标；步骤32，对采集到的原始脑电信号进行处理，判断使用者是选择左侧还是右侧SSVEP刺激，以左侧代表接受，右侧代表拒绝并重新进行P300目标选择，将判断结果输出，该循环结束。所述，步骤31包括:步骤311，采用双线程模式记录数据，其中一个线程记录P300刺激闪烁的时间，在开始闪烁的同时，另一个线程记录通过脑电采集模块采集的脑电信号；步骤312，如果闪烁持续预定轮数，则对所采集的脑电信号进行预处理；步骤313，通过主成分分析法(PCA)对预处理之后的脑电信号进行分析，获得表征目的地的主要脑电信号特征；步骤314，通过线性分类法(LDA)对所述主要脑电信号特征进行分类，获得P300刺激界面下的用户目的地意图。所述，步骤32包括:步骤321，采用Welch经典谱估计法，提取滤波后脑电信号的频谱特征。如使用者注视左侧SSVEP刺激或右侧SSVEP刺激时，提取12Hz、24、13Hz、26Hz处的功率谱幅值作为四个特征，一个样本内有三个通道，所以一个样本的特征数为3*4 ;步骤322，进行线性判别分析，对所述脑电信号特征进行分类，获得SSVEP刺激界面下的用户意图。本专利技术提出一种应用范围广泛、使用简便、准确率较高的目标选择方法，利用P300诱发电位和SSVEP诱发电位两类视觉诱发电位，分别代表目标选择和目标确认。该系统可以应用于轮椅和车辆等的目的地选择。对绝大多数使用者而言，不需要进行训练，可以直接使用，并且准确率较高，控制过程更灵活简便。现有的基于P300BCI的目的地选择系统的准确率可达94%，但对于某些方面的应用来说准确率还需要提升，尤其是对一些特殊人群，由于不能产生适当的脑电信号，他们使用P300BCI的目的地选择系统准确率会很低，通常会低于70%。本专利技术与现有的通过脑-机接口选择目的地的方法相比，结合了 P300诱发电位和SSVEP诱发电位的优点，适用人群数量大，尤其有利于P300不适宜人群的使用；由于P300诱发电位和SSVEP诱发电位的普适性，使用者不需经过训练，可以直接使用；准确率高，实验证明，本利用本专利技术所提出的目的地选择系统进行驾驶员目的地选择的平均准确率可达99.9% ；P300诱发电位和SSVEP诱发电位都是通过视觉诱发产生，诱发条件简单，相对应的脑电信号特征明显，易识别分类；并且该目标选择方法对于那些有肢体障碍的残疾人有重大意义。【专利附图】【附图说明】图1为本专利技术的工作系统框图；图2为本专利技术的刺激显示模块的显示界面；图3为本专利技术刺激显示模块的选择流程；图4为本专利技术所需要采集的脑电信号对应的通道位置；图5为滤波前包含P300诱发电位的脑电信号示意图；图6为滤波后包含P300诱发电位的脑电信号示意图；图7为是使用者注视SSVEP左侧刺激时脑电信号功率谱图；图8为使用者注视SSVEP右侧刺激时脑电信号功率谱图；图9为本专利技术的脑电信号处理流程示意图；【具体实施方式】该专利技术所描本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于P300与SSVEP混合式脑?机接口的目的地选择系统，包括视觉诱发刺激模块、脑电采集模块和脑电信号处理模块；其中，所述视觉诱发刺激模块用于将P300诱发电位视觉刺激和SSVEP诱发电位视觉刺激LCD(或CRT/HUD等)显示方式提供给使用者；脑电采集模块用于实时采集使用者的脑电信号并且进行放大和模数转换，通过数据线与脑电处理模块进行信号传输；脑电处理模块用于接收脑电信号并且对脑电信号进行处理，识别使用者的意图，并输出最终识别结果。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：毕路拯，滕腾，范新安，连金岭，丁洪生，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：