基于脑机接口的智能病床运动控制器研究
发布时间：2020-06-06 21:57
【摘要】：世界上有数百万的人由于各种原因长期卧病在床,他们无法独立做出翻身、坐起等动作,对这些病人的护理需要消耗大量的人力物力。目前市场上已有的电动护理床大多依靠遥控器作为人机接口,失能老人无法独立使用。而脑机接口可以通过监测病人的脑电信号识别病人的运动意图进而使得病人可以独立控制病床的运动,这不仅能减少护理人员的工作量,还能提高病人的尊严感。因此,本课题研发了一种基于脑机接口的智能病床运动控制器。本文使用单通道脑电传感器控制病床的运动。目前国内外常用的多通道脑机接口需要使用者佩戴电极帽,很不方便。本研究采用单通道脑电传感器,记录电极位于前额偏左的Fpl处,参考电极位于左耳垂处,佩戴简单。在算法方面,利用了眨眼信息和闭眼时脑电各个节律的变化信息(尤其是αa节律的变化)。由于病床有8个动作,直接对单通道脑电信号进行8分类较为困难的。本文创新地利用二叉树将8分类变为3次二分类,提高了分类精度。在受试者使用本脑机接口时,需要在受试者面前放一个屏幕,显示8个动作的二叉树框图。切换病床空闲状态和控制状态的方法为快速眨眼,在受试者进行二分类时,选择一个选项的方法为闭眼放松。对脑电信号进行处理的流程为先通过滤波去除工频干扰,再通过经验模态分解和主成分分析算法去除眼电伪迹。选择各个节律的能量及其衍生参数作为特征,通过支持向量机算法对其进行二分类。本文征集了 10个研究对象进行在线分类实验,分别进行了 20次二分类选择,分类精度为91.5%。征集了 3个研究对象进行智能病床的在线实时控制,达到了预定的目标,平均准确率为92%。本文主要的创新点为:一是使用单通道脑电传感器控制病床的8个动作;二是通过二叉树将8分类变为3次二分类,再使用眨眼信息和脑电节律变换信息实现对使用者意图的识别。
【图文】：
波会有不同的变化，因此可以利用电极对这些信号进行检测以及解码，然后将解逡逑码得到的信号发送到外部的控制器。常见的ＢＣＩ系统通常由信号采集、信号预处逡逑理、特征提取以及信号分类四部分组成，如图１．１所示。逡逑７逡逑
员研究此课题。逡逑目前世界上绝大多数脑电图实验室采用的是国际１０－２０系统电极放置法［１４］，逡逑如图１．２所示，大部分电极帽一般都是根据国际１０－２０系统电极放置法扩展而成。逡逑电极的导联方式有两种：单极导联法和双极导联法。所谓单极导联法，，即将其中逡逑一个电极作为参考电极，读取其他电极与参考电极的差值作为脑电信号值。双极逡逑导联即选择两个不同电极的差值作为最终的输出电压。电极采集技术也分为两种：逡逑干电极采集技术和湿电极采集技术，干电极指的是不需要配合导电膏使用的电极，逡逑使用简单，很适合未来健康监护、康复、疾病诊疗以及人机交互系统的需求；湿逡逑电极即需要导电膏配合使用的电极，它可以解决电极与头皮间由于头发而导致导逡逑？邋，邋＾逦Ｎａｓｉｏｎ邋？逡逑２０％逦＾ｅｒｔｅｘ逦ｐ逡逑图１．２国际１０－２０系统电极放置法逡逑电性不好的Q嬏猓郏猓荨１狙芯坎捎玫哪缘绱衅魇怯缮衲羁萍迹ǎ危澹酰颍铮樱耄┕镜腻义希裕牵粒湍？榧蜃岸伞４舜衅骶褪且桓龇侵踩胧酱衅鳎币彩且桓龅ネǖ厘义夏缘绱衅
本文编号：2700319
【图文】：
波会有不同的变化，因此可以利用电极对这些信号进行检测以及解码，然后将解逡逑码得到的信号发送到外部的控制器。常见的ＢＣＩ系统通常由信号采集、信号预处逡逑理、特征提取以及信号分类四部分组成，如图１．１所示。逡逑７逡逑
员研究此课题。逡逑目前世界上绝大多数脑电图实验室采用的是国际１０－２０系统电极放置法［１４］，逡逑如图１．２所示，大部分电极帽一般都是根据国际１０－２０系统电极放置法扩展而成。逡逑电极的导联方式有两种：单极导联法和双极导联法。所谓单极导联法，，即将其中逡逑一个电极作为参考电极，读取其他电极与参考电极的差值作为脑电信号值。双极逡逑导联即选择两个不同电极的差值作为最终的输出电压。电极采集技术也分为两种：逡逑干电极采集技术和湿电极采集技术，干电极指的是不需要配合导电膏使用的电极，逡逑使用简单，很适合未来健康监护、康复、疾病诊疗以及人机交互系统的需求；湿逡逑电极即需要导电膏配合使用的电极，它可以解决电极与头皮间由于头发而导致导逡逑？邋，邋＾逦Ｎａｓｉｏｎ邋？逡逑２０％逦＾ｅｒｔｅｘ逦ｐ逡逑图１．２国际１０－２０系统电极放置法逡逑电性不好的Q嬏猓郏猓荨１狙芯坎捎玫哪缘绱衅魇怯缮衲羁萍迹ǎ危澹酰颍铮樱耄┕镜腻义希裕牵粒湍？榧蜃岸伞４舜衅骶褪且桓龇侵踩胧酱衅鳎币彩且桓龅ネǖ厘义夏缘绱衅
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