基于ECoG信号的嵌入式脑机接口系统

发布时间：2017-12-09 10:30

  本文关键词：基于ECoG信号的嵌入式脑机接口系统

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【摘要】：世界上有很多因为遭受运动功能缺失而给他们带来各种不便的患者,他们的生活状态和质量因此受到严重的影响,并且传统的手术和药物治疗效果又不明显,脑机接口技术则为这些患者提供了一种新的治疗和康复手段。但传统的脑机接口系统大多由商用采集器与PC机构成,体积庞大、价格昂贵,非常不利于其在临床和实际生活中的普及和应用。因此本文结合嵌入式系统的特点,在原有脑机接口技术研究的基础上,设计并搭建了一个完整的嵌入式脑机接口系统,并在此基础上完成了利用临床患者ECoG信号进行在线异步控制外部机械手的功能。本文设计搭建的嵌入式脑机接口系统主要包括前端的信号采集芯片RHD2132和后端的嵌入式ARM处理平台JestonTK1两大部分。首先,以TK1处理平台为系统核心,通过其上的高速SPI接口连接到前端的采集芯片,控制信号采集的启停,并进行信号采集相关参数的配置,主要包括采样速率、带通滤波器的截止频率、采样通道选择等。接着,处理平台接收采集芯片送来的原始信号,在其CPU上完成数据预处理、特征提取、信号解码及机械手控制的全部功能。数据预处理主要包括空间滤波,对数据进行平滑去除噪声;特征提取则是对数据进行时频转换,从频域上选取特定的频段信号作为特征量输入;信号解码主要基于SVM分类器,设计实现了两阶段解码的异步解码算法;最后的解码输出转化为相应的控制指令通过串口传递给外部机械手,完成机械手的控制。实验结果表明,本文设计搭建的嵌入式脑机接口系统可以完成ECoG信号在线异步控制机械手的功能,且解码结果与传统的脑机接口系统相比,虽然准确率相差5%,但都高于随机水平,差异在可接受范围内。但其在系统体积、便携度以及系统功耗上具有明显的优势,能较好地满足临床治疗康复和实际生活应用的需求。综上所述,本系统可运行且满足要求,为后续嵌入式脑机接口系统的发展打下了良好的基础,证明了嵌入式脑机接口系统未来发展的价值与意义。
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TN911.7;R318

【参考文献】

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本文编号：1270104