[发明专利]一种基于实时闭环振动刺激增强的脑机接口方法及系统

权利要求书

1.一种基于实时闭环振动刺激增强的脑机接口方法，其特征在于，包括以下步骤：

将运动想象任务显示提供于受试者，并采集受试者运动想象时产生的数字脑电信号；

读取所采集的数字脑电信号并判断是否超过预设时段,是则截取预设时段内的数字脑电信号，否则继续读取所采集的数字脑电信号；

对所截取预设时段内的数字脑电信号进行带通滤波后，采用快速傅里叶变换计算得到该段数字脑电信号的时频特征并提取其中频率能量最高的频率值作为主频率；并对带通滤波后的数字脑电信号采用希尔伯特变换计算得到该段数字脑电信号的瞬时相位；以该段数字脑电信号的主频率和瞬时相位分别作为正弦波的频率和初相，生成预测正弦波，且根据预测正弦波预测获取当前时刻下的实时相位信息；

根据预测获取的当前时刻下的实时相位信息判断是否在施加振动刺激的相位区间，并根据判断结果生成和输出控制指令，根据控制指令控制振动电机振动刺激受试者的感觉通道。

2.根据权利要求1所述基于实时闭环振动刺激增强的脑机接口方法，其特征在于：所述方法中运动想象任务包括左手或右手运动想象动作。

3.根据权利要求1所述基于实时闭环振动刺激增强的脑机接口方法，其特征在于：所述方法中对所截取预设时段内数字脑电信号进行α波段的带通滤波。

4.根据权利要求1所述基于实时闭环振动刺激增强的脑机接口方法，其特征在于：所述方法中采用希尔伯特变换计算得到数字脑电信号的瞬时相位，采用公式：

其中，y(t)是对x(t)执行希尔伯特变换后的数字脑电信号；x(t)是带通滤波后的数字脑电信号；p和v是柯西主值意义上的积分；θ_x(t)是t时刻的瞬时相位。

5.根据权利要求1所述基于实时闭环振动刺激增强的脑机接口方法，其特征在于：所述方法中生成的预测正弦波f_s具体为：

其中，f_main为截取预设时段内数字脑电信号的主频率；t_f是预测波形的长度；θ_x(t)是t时刻的瞬时相位。

6.一种基于实时闭环振动刺激增强的脑机接口系统，其特征在于，包括：

人机交互模块，用于将运动想象任务显示提供于受试者；

脑电信号采集模块，用于采集受试者运动想象时产生的数字脑电信号；

实时相位预测模块，用于读取所采集的数字脑电信号并判断是否超过预设时段,是则截取预设时段内的数字脑电信号，否则继续读取所采集的数字脑电信号；及用于对所截取预设时段内的数字脑电信号进行带通滤波后，通过快速傅里叶变换计算得到该段数字脑电信号的时频特征并提取其中频率能量最高的频率值作为其主频率，并通过希尔伯特变换计算得到该段数字脑电信号的瞬时相位；以该段数字脑电信号的主频率和瞬时相位分别作为正弦波的频率和初相，生成预测正弦波，且根据预测正弦波预测获取当前时刻下的实时相位信息；

脑电信号分析模块，用于根据预测获取的当前时刻下的实时相位信息判断是否在施加振动刺激的相位区间，根据判断结果生成和输出控制指令；

振动刺激反馈模块，用于根据脑电信号分析模块输出的控制指令控制振动电机振动刺激受试者的感觉通道。

7.根据权利要求6所述基于实时闭环振动刺激增强的脑机接口系统，其特征在于：所述脑电信号采集模块包括依次连接的脑电帽、脑电信号放大器、低通和带阻滤波器、模数转换模块及通信模块。

8.根据权利要求6所述基于实时闭环振动刺激增强的脑机接口系统，其特征在于：所述实时相位预测模块采用带通滤波器对预设时段内数字脑电信号进行带通滤波。

9.根据权利要求8所述基于实时闭环振动刺激增强的脑机接口系统，其特征在于：所述带通滤波器采用十阶椭圆无限脉冲响应滤波器。

10.根据权利要求6所述基于实时闭环振动刺激增强的脑机接口系统，其特征在于：所述振动刺激反馈模块根据控制指令设置不同的振动频率作用于左手和右手。