[发明专利]基于原子磁强计的脑机接口系统及其使用方法

权利要求书

1.一种基于原子磁强计的脑机接口系统，包括：

脑磁帽，设有用于固定原子磁强计探头紧贴头皮的接口，所述原子磁强计探头的位置通过下述方式确定：首先对受试者进行MRI结构像的扫描，获得其大脑轮廓和脑皮层的结构信息；然后利用大脑轮廓信息，采用人脑三维重建技术建立头部的3D模型；结合脑皮层的结构信息及脑磁信号处理模块的算法特征选择合适的放置位置，在3D模型中标记出这些位置；

信号探测和控制装置，包括设有原子气室的原子磁强计探头，以及用于原子极化和检测的光源；

磁屏蔽装置，用于屏蔽受试者头部和原子磁强计探头工作环境周围的磁场，由通过模拟计算设计出的不等距多层屏蔽结构组成；

信号传输和识别模块，用于对脑磁信号进行模式识别并传输到终端以按照识别结果发出指令。

2.如权利要求1所述的一种基于原子磁强计的脑机接口系统，其特征在于，所述光源产生圆偏振的激光作为使原子气室中发生原子极化的极化激光；所述光源产生线偏振的激光作为检测受试者脑磁信号磁场强度的检测激光。

3.如权利要求2所述的一种基于原子磁强计的脑机接口系统，其特征在于，所述原子磁强计探头包括无磁加热模块、光学元件、光电元件、保温隔热模块和前放模块，所述无磁加热模块采用无磁加热技术对原子气室加热，所述光学元件用于搭建光路并对光源产生的激光进行精密调节；所述光电元件用于对检测激光进行检测并输出光强值；所述保温隔热模块用于降低原子气室外部温度以使得磁强计探头可以贴近受试者头皮放置；所述前放模块用于将基于光电元件得到的电压值进行放大。

4.如权利要求3所述的一种基于原子磁强计的脑机接口系统，其特征在于，所述光电元件以阵列的方式对检测激光进行检测，对于透过原子气室的一束检测激光，使用紧邻的多个通道的光电元件进行检测。

5.如权利要求2所述的一种基于原子磁强计的脑机接口系统，其特征在于，所述光源采用集成化的激光传输技术，用一个激光器为多路光纤供光，每一路或者多路光纤聚合以实现对一个原子气室中的原子极化和检测。

6.如权利要求1所述的一种基于原子磁强计的脑机接口系统，其特征在于，所述磁屏蔽装置为便携式头盔状，将受试者头部和原子磁强计探头构成的阵列包围起来。

7.如权利要求1所述的一种基于原子磁强计的脑机接口系统，其特征在于，所述信号传输和识别模块使用提前训练好的脑磁信号模式识别模型实时识别脑磁信号，供脑机接口系统后续的数据分析和应用。

8.权利要求1-7任一所述的一种基于原子磁强计的脑机接口系统的使用方法，包括以下步骤：

1)为受试者定制脑磁帽，确定需接设于脑磁帽上的原子磁强计探头的位置；

2)将原子磁强计探头插入脑磁帽之后，由受试者佩戴脑磁帽和磁屏蔽装置；

3)将原子气室加热至工作温度后，通过光源使原子气室中发生原子极化并检测得到大脑各个位置处的脑磁信号；

4)对脑磁信号进行处理和识别，然后编码传输相应的指令到终端以完成最终的行动控制。

9.如权利要求8所述的使用方法，其特征在于，步骤4)中所述编码传输包括有线和无线两种通信方式，通信时采用高频编码。

10.如权利要求8所述的使用方法，其特征在于，还包括，将脑磁帽为受试者佩戴，让其在指令下多次思考完成常用的基本任务，同时记录下各个指令及任务对应的脑磁信号，预先获取受试者的脑磁信号-目标行为数据组，训练个体在各项任务下脑磁信号模式识别模型以对实际应用情况下采集的脑磁信号进行识别。