[发明专利]基于脑－机接口的智能轮椅控制系统及其脑电信号处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种智能轮椅。特别是涉及一种能够帮助肢体残疾人士、老龄化人群，以及重症瘫痪但脑部有思维的人自由行动，可以与外界进行信息交流和控制，以提高他们的生活质量的基于脑-机接口的智能轮椅控制系统及其脑电信号处理方法。

背景技术

脑-机接口(Brain-Computer Interface-BCI)是在人脑和计算机或其他电子设备之间建立的一种直接的信息交流和控制通道，是一种不依赖于常规大脑输出通路(外周神经和肌肉组织)的全新的信息交流系统。

因此，脑-机接口是智能轮椅研究中的重要课题，涉及面广，包含问题较多。对BCI的研究最早开始于上世纪70年代，美国国防总部看到了战斗飞行员如果能用思维直接控制飞机将有极大的应用前景，因此对BCI展开研究。由于当时特定的技术限制，成功可能性很小，计划被取消了。但是当初所作的一些基础工作却为今天这一领域的快速发展打下了基础。当今研究BCI的主要目的是为了帮助遭受脑瘫(cerebral palsy)，或脊柱损伤失去外周神经控制但思维能力尚存的病人，使他们重新实现对外界的交流和控制。在过去的几十年里，这项研究已经取得了巨大的进步。

一个基本的BCI系统设计和控制如图1所示。信号通过电阻从头皮或颅内获得，经过信号处理提取反映使用者意图的信号特征，这些特征再被转化为控制设备的命令(如一个字处理程序，操纵轮椅或神经损伤弥补)，只有使用者协调好信号特征与其意图之间的关系，同时BCI选择、特征提取并有效准确地将之转为设备控制命令，系统才能有效操作。

智能轮椅是将智能机器人技术应用于电动轮椅，融合多种领域的研究，包括机器人导航和定位、模式识别、多传感器融合及人-机接口等，涉及机械、控制、传感器、人工智能、通讯等技术，也称智能轮椅式移动机器人。自1986年英国开始研制第一辆智能轮椅以来，许多国家投入较多资金研究智能轮椅。如美国麻省理工学院WHEELESLEY项目、法国VAHM项目、德国乌尔姆大学MAID(老年人及残疾人助动器)项目、Bremen AutonomousWheelchair项目、西班牙SIAMO项目、加拿大AAI公司TAO项目、欧盟TIDE项目、KISS学院TINMAN项目、台湾中正大学电机系LUOSON项目、我国863智能机器人智能轮椅项目及第三军医大学外科研究所项目等。由于各个实验室的目标及研究方法不尽相同，每种轮椅解决的问题及达到的能力不同。联合国发表报告指出，全世界人口老龄化进程正在加快，今后50年内，60岁以上的人口比例预计将会翻一番，由于各种灾难和疾病造成的残障人士也逐年增加，他们存在不同程度的能力丧失，如行走、视力、动手及语言等。为了给老年人和残障人士提供性能优越的代步工具，帮助他们提高行动自由度及重新融入社会，目前美国、德国、日本、法国、加拿大、西班牙及中国等国家对智能轮椅进行了研究，使智能轮椅具有记忆地图、避障、自动行走、与用户交互等功能。

脑-机接口是在人脑和计算机或其它电子设备之间建立一种直接的信息交流系统。通常90％脑神经功能正常的人在短时间闭眼后脑电(Electroencephalography，EEG)中alpha(α)波幅均可明显增强，同时，由于EEG记录了大脑不同部位神经细胞群的电活动，理论上人的思维意识活动也应该在脑电中反映出来，所以，EEG成为BCI中代替神经和肌肉系统携带信息的首选工具。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够帮助肢体残疾人士、老龄化人群，以及重症瘫痪但脑部有思维的人自由行动，可以与外界进行信息交流和控制，以提高他们的生活质量的基于脑-机接口的智能轮椅控制系统及其脑电信号处理方法。

本发明所采用的技术方案是：一种基于脑-机接口的智能轮椅控制系统及其脑电信号处理方法。其中，基于脑-机接口的智能轮椅控制系统，包括有依次相连的：采集受试者脑电信号的前置放大信号预处理电路、信号采集卡A/D转换、信号处理装置、信号采集卡D/A转换、接口电路、循环灯控制面板以及轮椅，其中，循环灯控制面板还与受试者相连接收受试者发出的反馈信号。

所述的前置放大信号预处理电路是通过设置在受试者枕部或耳部两导联处的两个脑电检测电极来采集受试者脑电信号。

所述的信号处理装置采用计算机。