论文部分内容阅读
脑-机交互(BCI)技术是不依赖于常规脑外周神经及肌肉系统,在人脑和外部设备之间建立的一种通讯系统。它利用计算机等设备对特定任务下采集的脑电数据进行分析,将大脑信息转换为控制命令,实现人与外界的交流以及对外部环境的控制。BCI系统提供了一种全新的通讯方式,它可以帮助肢体残疾的人,恢复与外界的交流能力及实现对外部设备的控制,如康复轮椅、家用电器、电脑游戏等。目前研究和应用较多的BCI系统是基于运动想象的BCI系统,它可以根据想象动作进行外部设备控制。目前,异步运动想象BCI系统,由于它的灵活性和实用性,在脑-机交互技术中具有广泛的应用价值。本文主要对运动想象BCI系统的脑电信号采集、特征提取与识别,以及外部控制进行了深入研究,并以实验室开发的经穴磁刺激系统为载体,设计了基于脑-机交互的脑控经穴磁刺激系统及刺激参数调节方法。具体完成工作如下:(1)运动想象诱发脑电信号处理。提出了一种小波统计分析的方法进行运动想象诱发脑电特征提取,并使用支持向量机方法进行脑电特征分类。该方法在识别准确率及实时性上均能满足在线BCI系统的要求,左右手运动想象任务分类准确率达到了90.7%;(2)异步BCI系统运动想象脑电特征识别。设计了一种阈值判别结合支持向量机的二级分类器,实现了异步BCI运动想象脑电特征识别。该方法不仅减少了异步BCI系统运行时间开销,还提高了系统识别准确性。此外,基于该方法设计了一套在线异步运动想象BCI系统,利用模拟信号灯在线实现了运动想象任务的分类识别,为脑-机交互技术的实际应用提供了有效途径;(3)磁刺激线圈优化及脑控经穴磁刺激方法研究。针对实验室开发的经穴磁刺激系统,优化设计了一种喇叭状磁刺激线圈,此线圈无论在聚焦性及刺激深度上均达到了经穴磁刺激的要求;设计了基于大脑α波能量、动态脑电地形图反馈调节以及脑-机交互的经穴磁刺激系统,实验研究了刺激参数反馈调节方法,获得了最佳磁刺激参数,该方法可应用于运动功能康复,提高康复治疗效果。本文研究的运动想象脑电特征提取方法、异步BCI系统特征识别方法及脑控经穴磁刺激调节方法,为运动想象BCI系统的实际应用打下了坚实的基础。