基于ssvep腦電電位的無線bci輸入系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種利用人類頭皮腦電實現對移動智能設備進行控制的BCI (BrainComputer Interface，腦機接口)系統，屬于人機交互技術領域。
【背景技術】
[0002]BCI是一種人腦與計算機或其他電子設備之間的信息傳輸通道。該技術不依賴于常規的脊髓外周神經肌肉系統，為人腦提供了一種直接與外部環境交換信息的途徑。BCI技術是一個多學科交叉、綜合的研究方向，涉及生物、信息、生命科學、計算機、醫學等多個學科分支，是當前國際上的研究熱點之一。
[0003]目前常用的BCI系統可以分為植入式采集(有創)和非植入式采集(無創)兩大類。非植入式的頭皮腦電(Electroencephalograph，EEG)由于其具有無創、安全、易用的特點，是目前BCI研究中常用的一種形式，也是BCI實用化研究的首選。
[0004]奧地利Graz科技大學的BCI小組在相關研究中一直處于領先的地位:他們基于自主設計的名為Graz的BCI系統進行了英文輸入、計算機游戲等應用開發，還結合功能性電刺激來幫助癱瘓病人恢復手臂功能，因此該小組是BCI技術實用化的先驅。美國的ffadworth Center在BCI研究中也一直處于領先地位，他們研究的BCI系統可以讓用戶通過對μ節律的自主控制實現鼠標的2維移動。目前，基于他們的BCI系統，高度癱瘓的病人可以自行完成英文拼寫、收發電子郵件、簡單語音交流等日常操作。
[0005]SSVEP (Steady-State Visual Evoked Potentials，穩態視覺誘發電位)是目前BCI系統中穩定性較高的一種，其生理基礎是人眼注視某特定頻率的周期性閃爍時，會在大腦皮層視覺區誘發一個連續的與刺激頻率相關(刺激頻率的基頻或其倍頻)的響應。利用非侵入性的電極即可在大腦枕葉區的頭皮腦電中檢測到此響應。該類型的腦機接口系統具有非侵入性、準確率高、不需訓練等優點。
[0006]目前BCI系統的設計大多基于多導聯腦電采集設備和分析腦電信號的上位機，造價昂貴、攜帶困難、電極帽佩戴繁瑣、不便于日常應用。
【發明內容】
[0007]本發明的目的在于提供一種便于佩戴使用的便攜式的腦電輸入設備，并且可利用藍牙技術實現對移動智能終端的控制。本發明可以應用于醫療康復領域，輔助殘疾人行動；也可應用于日常生活和生產中，為某些不便于手動操作的工作提供一種新的控制手段。
[0008]為實現上述目的，本發明采用的技術方案為基于SSVEP腦電電位的無線BCI輸入系統，該系統通過藍牙與移動智能設備配對連接，使用者僅需要注視按鍵即可實現對移動智能設備的無線控制。
[0009]—種基于SSVEP腦電電位的無線BCI輸入系統，該系統包括SSVEP鍵盤、腦電頭箍；其中，SSVEP鍵盤用于呈現輸入字符并誘發使用者特定腦電電位；腦電頭箍用于采集頭皮腦電、提取SSVEP電位、分析處理腦電信號、識別使用者期望的鍵值、將鍵值通過藍牙發送給移動智能設備。
[0010]所述SSVEP鍵盤包括閃爍光發生器、外殼、蒙板；其中，閃爍光發生器用于產生特定頻率光刺激；外殼用于隔離光源；蒙板用于標示鍵值；
[0011]閃爍光發生器通過NE555芯片配合定值電容電阻，產生特定頻率的方波，驅動LED發光，不同LED光源之間使用不透明塑料隔離，標有鍵值的半透明蒙板覆蓋于閃爍光發生器的LED光源之上，該蒙板與鍵盤整體形成抽屜式結構，便于更換。
[0012]所述腦電頭箍包括腦電采集模塊、腦電分析模塊、通信模塊及頭帶識電采集模塊用于采集使用者頭皮腦電信號并將其進行放大、濾波和AD轉換；腦電分析模塊用于從腦電信號中提取SSVEP電位并進行分類識別；通信模塊用于將腦電分析模塊識別出的鍵值發送給計算機或手持智能設備。腦電采集模塊、腦電分析模塊及通信模塊均固定在頭帶之上。
[0013]腦電信號采集模塊包括:電極、放大濾波電路、AD轉換電路。電極包括枕葉電極、額葉電極和耳夾電極；放大濾波電路包括兩級差分放大器和帶通濾波器(通帶頻率為5-40Hz) ;AD轉換模塊采樣率為512Hz。上述枕葉電極與額葉電極分別接入差分放大器兩輸入端，耳夾電極接地。
[0014]腦電分析模塊由單片機和分析算法組成，分析算法固化在單片機之中，對腦電信號進行處理分析，包括數據分段、去除直流成分、消除基線漂移、時頻轉換、特征提取、空閑檢測、模式分類。
[0015]通信模塊包括藍牙模塊和天線，通過藍牙通訊協議將腦電分析模塊識別出的鍵值發送給配對的移動智能設備。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發明整體示意圖，其中I為SSVEP鍵盤，2為腦電頭帶，3為使用者，4為移動智能設備；
[0017]圖2為本發明SSVEP鍵盤的結構示意圖，其中11為外殼，12為蒙版，13為LED光源，111為按鍵；
[0018]圖3為本發明腦電頭帶的結構示意圖，其中21為額葉電極，22為枕葉電極，23為頭帶，24為塑料外殼，25為耳夾電極；
[0019]圖4為本發明腦電頭箍各模塊連接示意圖；
[0020]圖5為本發明腦電信號分析模塊分析算法流程圖；
[0021]圖6為本發明按鍵序號圖。
【具體實施方式】
[0022]下面結合附圖對本發明作進一步的詳細說明。
[0023]參見圖1，使用時需將腦電頭帶2佩戴于使用者3的頭部，將SSVEP鍵盤I置于使用者3前方，腦電頭帶2與移動智能設備4通過藍牙連接。使用者3注視SSVEP鍵盤I上的按鍵即可將對應鍵值輸至移動智能設備4。
[0024]參見圖2，SSVEP鍵盤I底部的LED光源13按照預設頻率閃爍，蒙板12為半透明材質，過濾一部分光線避免強光引起使用者眼疲勞，外殼11頂部的按鍵窗為透明材質，其余部分均為不透明材質。
[0025]參見圖3，額葉電極21、枕葉電極22固定在腦電頭帶2內側，腦電采集模塊、腦電分析模塊、通信模塊均封裝在塑料外殼24中。使用時調節頭帶23使額葉電極21緊貼使用者3的額葉處皮膚，使枕葉電極緊貼使用者3枕葉處皮膚，將耳夾電極25夾于使用者3的左耳耳垂。
[0026]參見圖4，電極采集到的腦電信號經由放大電路放大后送入帶通濾波器進行濾波，濾波后的信號由AD轉換電路進行AD轉換；得到的數字信號交由腦電分