[发明专利]一种基于运动想象脑机接口二维光标运动的控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种生物医学工程、计算机和信号与信息处理领域的控制方法，具体涉及一种基于运动想象脑机接口二维光标运动的控制方法。

背景技术

近些年，脑-机接口技术（BCI）备受关注。脑-机接口（BCI）是一种新颖的人-机接口技术，在BCI系统中，个人发送到外部世界的信息和命令不通过脑部正常外围神经和肌肉输出途径。利用这种先进的交流技术通过人脑来控制外部物体在平面（二维）或者空间（三维）内运动，并且达到“物随心动”的控制效果，一直是该领域研究的热点问题。

基于运动想象（MI）的BCI利用μ节律和beta节律把受试者的想象活动转换成实际命令。

现有技术中，使用脑-机接口系统完成光标控制的方法包含以下步骤：

步骤1、在受试者头上戴电极帽并进行三类运动想象，然后将受试者的脑电信号通过固定在其脑部的电极帽上的电极传输到信号放大设备。

步骤2、信号放大设备对信号进行放大和信号预处理。

步骤3、信号放大和预处理后，将信号在计算机端中用共同空间模式（CSP）算法进行特征提取。

步骤4、采用支持向量机（SVM）算法进行模式分类。

步骤5、分类后的结果通过预设定的控制方法进行指令翻译。

步骤6、最后将翻译后的控制指令传输之光标控制界面上，完成整个控制过程。

但是其缺点在于，通常其提供的命令数有限，如果增加输出命令种类，准确率会下降，并且会加重受试者的精神负担。综合考虑，三类运动想象是最好的选择。但是在控制二维光标运动时，通常需要在水平和竖直方向各提供两个控制命令，使用三类运动想象脑-机接口会缺少一类控制命令，而如果使用四类运动想象脑-机接口输出四种命令控制，则会提高对受试者的要求，延长对受试者的训练周期。因此，如果能找到一种合适的控制方法，既能在有限的控制命令数量下达到较好的控制效果，又能让受试者不需要进行过多的训练，降低其进行运动想象时的精神负担，将推动BCI技术应用于实际，扩展BCI技术实际应用的范围。

发明内容

本发明提供一种基于运动想象脑机接口二维光标运动的控制方法，利用三类运动想象，实现控制二维光标在平面内移动，减轻受试者负担，控制效果良好。

为实现上述目的，本发明提供一种基于运动想象脑机接口二维光标运动的控制方法，其特点是，该控制方法只选取三类运动想象；该控制方法包含以下步骤：

步骤1、受试者戴上电极帽并进行三类运动想象，将受试者的脑电信号通过固定在其脑部的电极帽上的电极传输到信号放大设备；

步骤2、信号放大设备对信号进行放大和信号预处理；

步骤3、计算机端采用共同空间模式算法对脑电信号进行特征提取；

步骤4、使用支持向量机算法进行模式分类，得到三个输出概率；

步骤5、分类后的结果应用一种概率组合和映射成向量的控制方法进行控制命令分配和指令翻译；

步骤5.1、分别定义向量机算法进行模式分类后的三个输出概率为第一输出概率、第二输出概率、第三输出概率，并跳转到步骤5.2；

步骤5.2、第一输出概率、第二输出概率和第三输出概率根据其概率值的大小分别映射成三个平面内的向量，且定义相邻向量间的夹角为120度，并跳转到步骤5.3；

步骤5.3、分别将三个平面向量在该面内计算其合向量，并将所得的合向量作为最终的想象结果输出，并跳转到步骤5.4；

经过映射后的平面向量，其长度由各自对应的概率值大小决定；

步骤5.4、合向量与光标进行同步的移动距离换算，确定光标移动的方向和距离，定义光标在水平方向的移动分量为dx，竖直方向的移动分量为dy，定义在屏幕上的最小单步步长为L；

步骤5.4.1、计算光标在水平方向的移动分量dx，水平移动分量dx的计算公式如下：

                                                

其中，dx为光标在水平方向的移动分量，P2为第二输出概率， P1为第一输出概率，L为光标在屏幕上的最小单步步长；

根据上式计算得光标在水平方向的移动分量dx，并跳转到步骤5.4.2；

步骤5.4.2、判断光标在水平方向的移动分量dx的方向；

若dx大于0，则定义光标向右移动；

若dx等于0，则定义光标在水平方向上无位移；

若dx小于0，则定义光标向左移动；

确定光标在水平方向的移动方向，并跳转到步骤5.4.3；