專利名稱：基于運動翻轉(zhuǎn)視覺感知的穩(wěn)態(tài)誘發(fā)電位腦-機接口方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及生物醫(yī)學(xué)工程中神經(jīng)工程及腦-機接ロ技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及ー種基于運動翻轉(zhuǎn)視覺感知的穩(wěn)態(tài)誘發(fā)電位腦-機接ロ方法。
背景技術(shù)：
腦-機接ロ是人腦-計算機接ロ的簡稱，視覺穩(wěn)態(tài)誘發(fā)電位信號作為ー種重要的腦-機接ロ信息載體，與P300、事件相關(guān)同歩/去同步、自發(fā)腦電信號等相比，具有抗干擾能力強、信息傳輸率高及所有使用者無需訓(xùn)練均可誘發(fā)較強信號的特點，因而是所有腦-機接ロ系統(tǒng)中最具實用意義的信號類型。但不足之處在于視覺穩(wěn)態(tài)誘發(fā)電位依賴光閃爍產(chǎn)生的視覺刺激進行誘發(fā)，需要較強的光強度，容易造成使用者的不適；特別是在較低的刺激頻率下，光閃爍周期較長，造成刺激単元在單周期內(nèi)亮度變化明顯，更容易引起使用者的視覺 疲勞，造成使用者大腦響應(yīng)信號的降低，不適宜于長期使用的腦-機交互場合。運動感知是視覺系統(tǒng)的基本功能之一，是實現(xiàn)人與外部動態(tài)環(huán)境進行交互的重要保證。視覺運動誘發(fā)電位在研究人的運動視覺處理機制中有重要價值，在基礎(chǔ)研究和臨床診斷中都有著廣泛應(yīng)用。在腦-機交互領(lǐng)域，中國專利“視覺運動相關(guān)神經(jīng)信號為載體的人機交互方法”(200910076207. 6)率先采用視覺運動起始對應(yīng)的瞬態(tài)N2電位實現(xiàn)基于運動感知的腦-機接ロ范式，但其采用的范式為瞬態(tài)范式，單輪實驗中多刺激単元按時間先后順序分別作單向運動，刺激呈現(xiàn)時間較長，刺激效率較低；目標(biāo)判別時需要將多輪實驗結(jié)果進行相干平均來提高信號信噪比，判別時間較長。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的在于提供ー種基于運動翻轉(zhuǎn)視覺感知的穩(wěn)態(tài)誘發(fā)電位腦-機接ロ方法，結(jié)合了穩(wěn)態(tài)誘發(fā)電位與運動感知腦-機接ロ的優(yōu)點，在采用低閃爍、用戶操作不易疲勞的運動刺激范式的同時，通過頻域中統(tǒng)計評估的方法短時有效地實現(xiàn)目標(biāo)識別。為了達到上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為基于運動翻轉(zhuǎn)視覺感知的穩(wěn)態(tài)誘發(fā)電位腦-機接ロ方法，包括以下步驟步驟1，在使用者頭部視覺枕區(qū)安放測量電極，在其單側(cè)耳垂位置處安放參考電極，在其頭部前額處安放地電極，電極測得的腦電信號經(jīng)放大和模數(shù)轉(zhuǎn)換后送往計算機；步驟2，將2個以上按不同翻轉(zhuǎn)頻率進行穩(wěn)態(tài)振蕩運動的牛頓環(huán)運動刺激単元通過計算機屏幕同時呈現(xiàn)在使用者面前，使用者頭部距離計算機屏幕為50 100厘米，牛頓環(huán)運動刺激單元為明暗相間同心圓環(huán)，明亮區(qū)域和暗區(qū)域面積相等，在刺激呈現(xiàn)過程中，牛頓環(huán)運動刺激單元按正弦調(diào)制方式進行收縮和擴張，形成兩個方向上的周期往復(fù)振蕩運動，收縮與擴張運動之間的交替變化頻率為正弦調(diào)制頻率的2倍，定義為牛頓環(huán)運動刺激単元的運動翻轉(zhuǎn)頻率，牛頓環(huán)運動刺激単元的收縮和擴張運動的具體實現(xiàn)方式為
牛頓環(huán)生成函數(shù)Z=Ocos (x2+y2+phi)(I)其中C :常數(shù)X, y :牛頓環(huán)內(nèi)的像素點對應(yīng)的X，y坐標(biāo)phi :牛頓環(huán)相位值通過調(diào)制牛頓環(huán)相位值由O至π時，牛頓環(huán)進行收縮運動；調(diào)制牛頓環(huán)相位值由η至O時，牛頓環(huán)進行擴張運動，牛頓環(huán)運動刺激単元的收縮和擴張運動采用正弦調(diào)制牛頓環(huán)相位值的方式實現(xiàn)
權(quán)利要求
1.基于運動翻轉(zhuǎn)視覺感知的穩(wěn)態(tài)誘發(fā)電位腦-機接ロ方法，其特征在于，含有以下步驟 步驟1，在使用者頭部視覺枕區(qū)安放測量電極，在其單側(cè)耳垂位置處安放參考電極，在其頭部前額處安放地電極，電極測得的腦電信號經(jīng)放大和模數(shù)轉(zhuǎn)換后送往計算機； 步驟2，將2個以上按不同翻轉(zhuǎn)頻率進行穩(wěn)態(tài)振蕩運動的牛頓環(huán)運動刺激単元通過計算機屏幕同時呈現(xiàn)在使用者面前，使用者頭部距離計算機屏幕為50 100厘米，牛頓環(huán)運動刺激單元為明暗相間同心圓環(huán)，明亮區(qū)域和暗區(qū)域面積相等，在刺激呈現(xiàn)過程中，牛頓環(huán)運動刺激單元按正弦調(diào)制方式進行收縮和擴張，形成兩個方向上的周期往復(fù)振蕩運動，收縮與擴張運動之間的交替變化頻率為正弦調(diào)制頻率的2倍，定義為牛頓環(huán)運動刺激単元的運動翻轉(zhuǎn)頻率， 牛頓環(huán)運動刺激単元的收縮和擴張運動的具體實現(xiàn)方式為 牛頓環(huán)生成函數(shù) Z=Ocos (x2+y2+phi)(I) 其中C:常數(shù) X，y :牛頓環(huán)內(nèi)的像素點對應(yīng)的X，y坐標(biāo) phi :牛頓環(huán)相位值 通過調(diào)制牛頓環(huán)相位值由O至π時，牛頓環(huán)進行收縮運動；調(diào)制牛頓環(huán)相位值由η至O吋，牛頓環(huán)進行擴張運動，牛頓環(huán)運動刺激単元的收縮和擴張運動采用正弦調(diào)制牛頓環(huán)相位值的方式實現(xiàn) phi (/)=——l· — * sin( 2* π* f ず t--)( 2) 相位調(diào)制計算公式(2)中參數(shù)的變換關(guān)系如下/*, =左*f ^(3)n Jr Π' 由以上公式(2) (3)推導(dǎo)得知牛頓環(huán)相位調(diào)制的計算公式為 phi(w) = — + — * sin( π ^ w I η - —)( 4、 I22 其中げ正弦調(diào)制頻率值，為運動翻轉(zhuǎn)頻率值的I t:時間變量 fr:屏幕刷新率 η :ー個正弦調(diào)制周期所需的刷新幀數(shù) w :幀數(shù)變量，范圍為f 的整數(shù)，對應(yīng)于屏幕刷新率f；下m秒的實驗長度， 牛頓環(huán)運動刺激単元通過公式(4)實現(xiàn)收縮和擴張運動，并據(jù)此形成2個以上牛頓環(huán)運動刺激単元， 步驟3，形成2個以上牛頓環(huán)運動刺激単元后，按以下步驟進行 步驟3-1，使用者注視2個以上牛頓環(huán)運動刺激単元中的任意ー個，使用者注視的牛頓環(huán)運動刺激単元稱為目標(biāo)，而其他牛頓環(huán)運動刺激単元稱為非目標(biāo)； 步驟3-2，計算機同步采集刺激開始與結(jié)束標(biāo)志位，并通過測試電極采集腦電波信號，使用典型相關(guān)分析方法計算出相關(guān)系數(shù)最大的刺激目標(biāo)，具體包含以下操作首先，對腦電信號作濾波和陷波處理；其次，將腦電信號按照刺激開始與結(jié)束標(biāo)志位進行截取得到穩(wěn)態(tài)運動誘發(fā)電位；再次，將單輪實驗穩(wěn)態(tài)運動誘發(fā)電位信號分別與每個翻轉(zhuǎn)頻率所代表的正余弦參考信號進行典型相關(guān)分析，計算出每個翻轉(zhuǎn)頻率對應(yīng)的最大相關(guān)系數(shù)值； 步驟3-3，根據(jù)計算得到的每個翻轉(zhuǎn)頻率對應(yīng)的最大相關(guān)系數(shù)值，將其中最大值對應(yīng)的運動翻轉(zhuǎn)頻率所屬的牛頓環(huán)運動刺激単元判定為使用者所注視的目標(biāo)； 步驟4，計算機通過屏幕指示出使用者所注視的目標(biāo)，實現(xiàn)對使用者的視覺反饋； 步驟5，計算機完成目標(biāo)識別后，返回步驟3，重復(fù)步驟3和步驟4，進行下一次目標(biāo)識別任務(wù)。
全文摘要
基于運動翻轉(zhuǎn)視覺感知的穩(wěn)態(tài)誘發(fā)電位腦-機接口方法，先在使用者頭部安放電極，測得的腦電信號送往計算機，然后將牛頓環(huán)運動刺激單元通過計算機屏幕同時呈現(xiàn)在使用者面前，在刺激呈現(xiàn)過程中，牛頓環(huán)運動刺激單元按正弦調(diào)制方式進行收縮和擴張，形成兩個方向上的周期往復(fù)振蕩運動，形成牛頓環(huán)運動刺激單元后，使用者注視牛頓環(huán)運動刺激單元中的任意一個，計算機同步采集刺激開始與結(jié)束標(biāo)志位，并通過測試電極采集腦電波信號，計算出相關(guān)系數(shù)最大的刺激目標(biāo)，判定并通過屏幕指示出目標(biāo)，再進行下一次目標(biāo)識別任務(wù)，本發(fā)明具有低閃爍，低適應(yīng)性的特點，不易引起使用者視覺疲勞及大腦響應(yīng)信號的降低，適宜于長期使用的腦-機交互場合。
文檔編號G06F3/01GK102722244SQ201210165248
公開日2012年10月10日 申請日期2012年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月25日
發(fā)明者張鋒, 徐光華, 李黎黎, 王晶, 謝俊 申請人:西安交通大學(xué)