[发明专利]一种基于运动想象的混合脑机接口系统及方法

权利要求书

1.一种基于运动想象的混合脑机接口系统，其特征是：该系统包括脑电(EEG)与眼电(EOG)的采集/处理模块、基于独立分量分析(ICA)的空域滤波器设计模块、零训练MIEEG分类模块、目标运动控制和路径显示模块以及信息反馈模块；系统开始工作后，可在线采集100秒EEG数据设计ICA空域滤波器，也可以读取事先设计好的ICA空域滤波器；然后，使用者根据事先规定的眨眼动作，产生同步眼电(EOG)脉冲信号，用于启动运动想象数据处理和肢体运动想象识别模块，识别结果将转化成相应的命令，控制运动目标小球按预设的运动轨迹运动；使用者可根据运动目标当前位置和运动方向，自主决定肢体运动想象类型，屏幕同时显示被控目标的真实运动轨迹与规划路径，两者对比产生的反馈信息可供使用者及时进行MI方式和类型调整，尽可能准确地控制目标在预设的路径上运动；当目标的一次运动控制过程结束后，系统重新进入眨眼检测和MI模式，直至目标运动到指定位置。

2.一种基于运动想象的混合脑机接口系统的控制方法，其特征是：包括如下步骤：

步骤1：将实验相关设备连接并调试好，使用者戴好电极帽坐在计算机屏幕前，电极所接收的EEG与EOG信号经NuAmps脑电放大器放大后，再通过USB接口传输到NeuroScan数据采集系统，NeuroScan软件对原始信号进行时域滤波预处理后，再利用TCP/IP协议，向BCI系统传输EEG与EOG信号数据；

步骤2：BCI系统在线采集训练数据设计ICA空域滤波器或读取离线设计的ICA空域滤波器；在线设计的过程为采集使用者在休闲状态下100s时长的EEG数据，再依据ICA算法设计空域滤波器；

步骤3：ICA滤波器设计完成后，系统进入眨眼检测模式，眨眼检测方法为：采集使用者的EOG信号，采用滑动时间窗机制和双向阈值法，在线实时检测时间窗内使用者的连续眨眼次数；当眨眼检测次数达到2次以上时，系统进入MI模式，并同步向使用者发出“开始运动想象”声音提示信息，否则使用者继续休息状态；

步骤4：进入MI模式后，使用者根据计算机屏幕上显示的运动目标当前位置和规划路径方向，进行相应类型的肢体运动想象，计算机同步提取有效MIEEG数据段(MI提示信息后的0.5～5s)，利用步骤2所设计的ICA滤波器对MIEEG数据进行预处理和特征提取，并结合零训练分类器，对MI类型进行识别和分类，然后将识别结果转化为目标运动控制命令；

步骤5：系统运动控制模块在接收到控制命令后，运动目标按指定方向在屏幕上移动，并自动绘制出运动轨迹；使用者根据目标真实运动轨迹与规划路径的对比所形成的反馈信息，即时调整MI模式和自身精神状态，以尽可能保证目标按在规定路径上运动；单步运动控制过程结束后，系统重复执行步骤3，4，5，直至运动目标到达终点。

3.根据权利要求2所述的一种基于运动想象的混合脑机接口系统的控制方法，其特征是：所述步骤1中的NuAmps脑电放大器为轻便式40导DC放大器，采样频率为250Hz，对原始信号的预处理为50Hz的工频陷波，0.5～100Hz的带通滤波。

4.根据权利要求2所述的一种基于运动想象的混合脑机接口系统的控制方法，其特征是：所述步骤1中的利用TCP/IP协议为将NeuroScan软件所在计算机与BCI系统计算机的IP地址设置在同一网段下，再用一根网线实现两台电脑的互联通信。