[发明专利]一种基于脑机接口的实时主动式系统控制方法

摘要

本发明涉及一种基于脑机接口的实时主动式系统控制方法。本发明包括EEG信号采集阶段、信号处理阶段和控制器械工作。其中信号处理阶段包括EEG信号特征离线分析、脑电信号特征实时提取和分类决策。控制器械工作包括脑电信号采集系统和计算机软件系统。本发明通过相应的信号处理机制以及综合分类决策实现了实时性，通过在传统机械的基础上改装串口通信设备实现了主动性。

主权项

1. 一种基于脑机接口的实时主动式系统控制方法，其特征在于该方法包括如下阶段：步骤（1）EEG信号采集阶段脑电采集设备通道数为16，采样率为256Hz，同时设置带通滤波为0.1-60Hz，滤波类型为巴特沃斯滤波；陷波滤波48-52Hz，滤波类型为切比雪夫滤波，电极阻抗<5kΩ，并对受试者进行训练，然后采集脑电数据；步骤（2）信号处理阶段1）EEG信号特征离线分析对采集到的脑电信号进行离线分析选出感兴趣的电极CP3、CP4，以及感兴趣的频段9-12Hz；2）脑电信号特征实时提取a、信号预处理：对电极CP3、CP4两通道信号进行去均值处理；b、分别取电极CP3、CP4两通道数据的N点样本值，利用FFT进行快速傅里叶变换；长度为N，序列为的变换公式为：；c、计算每个样本点的幅值的平方，除以N得到CP3、CP4两通道的功率谱、；信号的功率谱计算公式为：式中为的共轭；d、对功率谱、进行平滑处理，即对每三个样本点的功率值做一次平均处理得到、3）分类决策a、单次分类：在9-12Hz频段对、求平均值得到的、进行作差值运算，得出分类结果，实现单次分类，建立一个简单的基于功率谱能量为特征的左右手想象分类方法为：b、综合决策：对每次单次分类分别进行累积判断，达到5次分类即进行一次综合决策,决策权重为60%，即如果五次分类中有三次或三次以上是左，那么就认为受试者是想象左手运动，反之认为受试者是想象右手运动；步骤（3）控制器械工作；该步骤包括以下两个系统的顺序处理：1）脑电信号采集系统：a、读取数据：通过脑电实验设备从受试者头皮读取实验所用通道相对应的EEG信号；b、放大滤波：对EEG信号进行放大和滤波操作以方便后续的处理；2）计算机软件系统a、EEG控制模块:主要负责EEG数据的读取和分配任务；在该模块中建立了多个线程协调完成工作，具体分工如下：线程1负责与脑电采集系统的数据通信，即从放大器中读取EEG数据；线程2负责实时显示读取数据的信号波形，以方便实验时可以通过波形来查看信号是否正常；线程3负责EEG数据的分析与处理以及与外界应用设置的数据传输；b、信号处理模块：负责对读取的脑电信号的分析过程，主要包括以下三个方面：特征提取、识别分类和综合决策；c、通信模块：把经过信号处理模块得到的最终控制命令发送给应用系统，以实现最终的控制；顺序完成步骤（1）、步骤（2）和步骤（3）即可完成通过脑机接口的实时主动式系统控制。