[实用新型]基于SSVEP和P300联合脑机接口装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及医疗器械领域，尤其涉及医疗器械领域中采用的基于SSVEP和P300联合脑机接口方法及装置。

技术背景

脑-机接口(Brain-computer Interface，以下简称BCI)，是近年来发展起来的一种人机接口，它不依赖于大脑的正常输出通路(即外围神经和肌肉组织)，就可以实现人脑与外界(计算机或其它外部装置)直接通信的系统。BCI的出现为ALS和其他神经肌肉疾病的患者提供了一种不依赖于常规输出通路的沟通方式。通过在大脑和外部设备之间构建一条独立的通道，达到信息传递和交互的目的。

事件相关电位是大脑对某种事件进行信息加工时诱发产生的一系列电活动，P300是一种事件相关电位（Event-related potentials，ERP），是对掺杂在一系列事件中的相对稀少的事件有关刺激的反应，主要发生在受到特定刺激后250-550ms之间，呈正向峰值（正电位成分），是一种内源性诱发电位，主要发生头部区域在顶-中心区域，最早有Sutton等人使用oddball实验的方法记录到。P300信号幅值与事件发生概率的减小而呈增大趋势。

在以往关于基于P300的BCI专利中，中国专利“基于P300脑电电位的中文输入BCI系统”（200710164418.6）采用单个目标闪烁方式作为自己的刺激方式，该专利中N个目标需要N次闪烁；在中国专利“一种视觉P300-speller脑-机接口方法中”（201110325897.1）对字符进行空间编码并依照栅格面编码控制字符进行闪烁，设计了一种高效的编码方式。与传统编码方式对比，在相同的闪烁刺激次数下，提高了可选择字符的数量，提升系统的信息传输速率。具体到本实用新型采用的36字符矩阵，采用前一种专利所中的刺激方式，刺激次数为36次；后一种专利刺激方式仅实用N>>36的字符矩阵，对于小矩阵实用性不高；相比与传统的行-列闪烁方式需要12次（6+6），考虑到本实用新型中仅需要6次，大大节约了刺激时间。

稳态视觉诱发电位（steady-state visually evoked potentials，SSVEP）为当人眼注视一定频率（≥6Hz）的周期性闪烁，在大脑视觉皮层会诱发产生一个连续的与刺激频率有关(刺激频率的基频或倍频处)的响应。通过枕区EEG信号及可获得。

中国专利“基于瞬态视觉诱发电位提取脑机接口信号的方法”（20031021033.3），以及“基于脑电稳态诱发响应的控制系统”（99122161.3）采用的是传统的稳态视觉诱发电位目标呈现方式，一个目标按各自固定频率闪烁，使用者注视某一目标时，通过对脑电信号频域分析放大可以得出对应目标闪烁频率的峰图。在此专利中一个目标由一个频率控制闪烁，N个目标需要有N个频率控制，但在使用普通显示器作为刺激设备时，由于屏幕刷新率的限制，多目标的实现存在一个瓶颈限制。在中国专利“基于左右视野两个频率刺激的稳态视觉诱发脑机接口方法”（200910076209.5）采用利用左右视野双频率的目标呈现方式，一个目标有两个频率组合同时刺激，合成一个目标。通过左右视野的频率组合，有效增加了目标数，比传统的目标呈现方式所能呈现的目标数目提高了N倍。具体到本实用新型采用的6×6矩阵，前一个专利受到显示器刷新率的限制；后一种需要6种频率，采用后一个专利刺激方式中，如果采用目标为36个，两个闪烁目标确定一个目标，在使用过程中会由于闪烁目标过多很容易产生视觉疲劳，影响其适用性；而在本实用新型专利中仅采用6个频率就实现了，而且处于同一列字符都是同步同频率闪烁，会减少人眼的不适感，减少疲劳。

在关于SSVEP和P300联合脑-机接口专利中，中国专利“基于SSVEP阻断和P300双特征的脑机接口方法”和“SSVEP及阻断和P300三特征多脑-机接口方法”采用SSVEP阻断和改变字体诱发P300，通过对P300的检测来对目标字符进行识别，在该刺激方式中，增加了脑电信号特征，改进了脑-机接口性能。

发明内容