[发明专利]基于SSVEP阻断和P300双特征的脑-机接口方法

说明书

技术领域

本发明涉及医疗器械领域，尤其涉及医疗器械领域中采用的基于SSVEP阻断和P300双特征的脑-机接口方法。

背景技术

第一次脑-机接口（Brain-Computer Interface，BCI）国际会议给出的BCI的定义是：“BCI是一种不依赖于大脑外围神经与肌肉正常输出通道的通讯控制系统。”目前的研究成果中，它主要是通过采集和分析不同状态下人的脑电信号，然后使用一定的工程技术手段在人脑与计算机或其它电子设备之间建立起直接的交流和控制通道，从而实现一种全新的信息交换与控制技术，可以为残疾人特别是那些丧失了基本肢体运动功能但思维正常的病人提供一种与外界进行信息交流与控制的途径。即可以不需语言或肢体动作，直接通过控制脑电来表达意愿或操纵外界设备。因此，BCI技术也越来越受到重视。

近年来，混合范式的BCI（Hybrid BCI，HBCI）作为BCI系统发展的一个新方向而受到了广泛的研究。HBCI系统是将一个子BCI系统与其他人-机接口系统结合，从而更快、更准地输出控制命令。纯混合范式的BCI（Pure hybrid BCI，PHBCI）系统则是将多个子BCI系统结合在一起。目前存在的PHBCI系统大多结合SSVEP与ERD信号，或者结合P300与ERD信号。这类PHBCI系统将多种不同EEG信号平行处理，即把不同的EEG信号用来处理不同的任务。这种混合方式虽然能够在多任务情况下提高执行效率，但是无法改善单一任务的判断正确率。

同为视觉诱发的P300电位与SSVEP脑电信号的结合存在着天然的便利性。P300电位是认知电位，而SSVEP是由外界刺激被动产生的，因此两者的出现不存在机制上的矛盾。另一方面，P300电位的产生区域与SSVEP信号的产生区域存在差别，这又避免了两种特征信号在空间上的冲突。Panicker等人提出了一种基于SSVEP和P300信号的异步PHBCI系统。这种系统的优势是利用SSVEP特征信号作为受试者的状态开关，然而对于提高任务的判断正确率仍然是无益的。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的不足，能够同时诱发SSVEP阻断特征与P300特征，并且可以在空间和频域上将两者分离开来，这两种不同特征信号的有效结合能够明显地提高BCI系统的单任务判断正确率，为达到上述目的，本发明采取的技术方案是，基于SSVEP阻断和P300双特征的脑-机接口方法，包括下列步骤：视觉刺激诱发双特征，采集存储所产生脑电信号并进行预处理，提取相应的SSVEP阻断和P300特征信号，使用线性判别分析进行分类，从而将这些特征应用于实验任务的模式识别。

视觉刺激诱发SSVEP阻断和P300双特征，当计算机屏幕上某一字符作为刺激即处于event时期，除该字符外，其他所有字符都亮暗交替呈现在屏幕上，处于event时期的字符亮度不变，但是字体形状发生变化，交替呈现的频率在6Hz以上，当受试者接受非target刺激时，能够诱发其产生SSVEP特征脑电；当受试者接受target刺激时，SSVEP信号将受到阻断，与此同时将产生P300电位。

预处理包括将参考点转换成左右乳突，且对各导联信号进行1-30Hz带通滤波并降采样至200Hz，然后再进行信号分段，根据事件代码将所分的信号数据段分为非目标刺激和目标刺激两类；预处理之后，提取P300特征和SSVEP阻断的特征。

采用相干叠加平均提取P300特征：

多个实测信号样本与时间基准点对齐，再将与同一时间对应的各样本数据求和平均，即可确定诱发响应的估值曲线，将按照目标和非目标事件代码所对应的分段数据进行叠加平均，叠加方法如下：

EEGi=1/nΣk=1nEEGi,k]]>

其中，i＝0或1，1代表目标，0代表非目标，n代表叠加的数据段个数，即叠加次数。