[发明专利]一种脑电自适应滤波方法

说明书

技术领域

本发明主要涉及到脑-机接口及医疗器械技术领域，特指一种基于共模脑电极和MEMS运动传感器输入信号的脑电自适应滤波方法。

背景技术

脑-机接口技术是一种不需要外围神经和肌肉的参与，直接通过检测大脑神经活动来识别人的意图，并将其转换成计算机控制指令，从而实现人脑对外部设备操作控制的先进人机控制与交互技术。脑-机接口技术研究的初衷是为了患有严重运动功能障碍的患者恢复与外界环境的控制与交互能力，帮助残疾人进行辅助运动和运动康复，提高他们的生活质量。自从20世纪70年代被提出以来，随着相关学科的快速发展，脑-机接口的技术和理论研究已经取得了长足的进展，并已经在针对医疗康复、助老助残控制与交互技术研究领域，以及陪护与康复训练机器人、智能假肢与外骨骼机器人等产业应用中表现出了强大的应用潜力，其重要的科学研究价值和广泛的应用前景受到国内外学者和高科技公司的广泛关注。

由于脑电信号的采集具有操作方便、安全无损伤和时间分辨率高等优点，自从1973年脑-机接口被提出以来一直被广泛应用于脑机交互的研究中，成为脑-机接口系统最主要的信号源。然而，由于被试者头皮与脑电电极之间的接触阻抗会直接影响到脑电信号的信噪比，脑电电极帽的佩戴者的运动会产生非常明显的伪迹干扰。加之，在实际应用环境中通常会伴随着较为复杂的电磁辐射，进而对脑电信号产生明显的电磁干扰。这使得脑-机接口系统目前只能应用于具有一定电磁屏蔽条件的实验室环境中，并要求被试者保持身体静止不动。在实际应用过程中，用户运动和空间电磁干扰是不可避免的，这对脑电采集系统的稳定性提出了极高的要求。

为了研制可用于实际应用环境中的脑-机交互系统，达到系统稳定可靠的实用化标准，近年来研究人员开始关注基于盲信号分离方法的脑电信号滤波处理算法。但是，由于用户运动和空间电磁辐射引起的噪声信号强度大且成分复杂，仅基于这种滤波手段难以实现对脑电信号信噪比的有效提高，亟需发展新的滤波技术来去除上述伪迹的干扰。

发明内容

针对现有技术存在的技术问题，本发明的目的在于提供一种原理简单、实现简便、能够提高脑电采集信噪比的基于共模电极和MEMS运动传感器输入信号的脑电自适应滤波方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种基于共模电极和MEMS运动传感器输入信号的脑电自适应滤波装置，包括信号采集单元、模拟信号处理单元和自适应滤波单元，其中：

所述信号采集单元用于采集用户头皮脑电信号、空间电磁信号和电极运动信号，产生脑电电压信号U₁、空间电磁电压信号U₂和电极运动数字信号D₃；

所述模拟信号处理单元将所采集的电压信号U₁和U₂进一步放大至毫伏级，并对U₁和U₂分别进行滤波和AD转换处理，分别生成数字信号D₁和D₂，送入所述自适应滤波单元；

所述自适应滤波单元利用所述模拟信号处理单元处理得到的空间电磁信号D₂和电极运动信号D₃，采用盲信号分离算法对脑电信号D₁进行滤波处理，去除运动对脑电信号采集的伪迹干扰。

作为本发明的进一步改进：

所述信号采集单元包括脑电电极、共模电极、前置放大电路、9轴MEMS运动传感器和屏蔽线。

所述脑电电极与共模电极的电极材料、大小、形状等参数，以及信号数字化之前所经过的处理过程均完全相同。唯一不同之处是所述共模电极露出端涂有绝缘材料，并不采集脑电信号。

所述前置放大电路对所采集的脑电信号和空间电磁信号进行初步放大，以减小模拟信号传输过程中的干扰，提高脑电信号信噪比。

所述9轴MEMS运动传感器内部包括3轴加速度计、3轴磁力计和3轴陀螺仪，用于提供更加全面的电极运动信息。