稳态诱发式视觉刺激器的研究与设计
发布时间：2021-06-11 09:56
脑-机接口系统（Brain-computer Interface,BCI）将大脑或神经系统与计算机连接,以达到不需要肌肉组织而直接进行通信的目的。视觉刺激器是基于视觉诱发电位（Steady-state Visual Evoked Potentials,SSVEP）脑-机接口系统的重要组成部分,它通过固定频率的闪烁或周期性变换的视觉刺激,诱发大脑皮层的电位活动,再将信号通过处理产生通信所需的控制信号。视觉刺激信号的稳定性对脑-机接口系统的正常工作至关重要。近年来,随着脑-机接口系统应用的不断扩大,对便携式、低成本的视觉刺激器电路提出了需求。本文首先针对视觉刺激器体积大的缺点,提出了利用现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Array,FPGA）实现视觉刺激器的设计方案。该方案利用ARM和FPGA实现视觉刺激器的设计,并使用视频图形阵列（Video Graphics Array,VGA）接口实现在液晶显示器（Liquid Crystal Display,LCD）显示图形刺激。软件设计部分使用Verilog硬件描述语言,在Quartus-II15.0软件平台完成设...
【文章来源】：重庆邮电大学重庆市
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
视觉刺激器和电极帽
重庆邮电大学硕士学位论文第2章视觉刺激器与脑机接口系统的相关原理10大脑在正常情况下的脑电信号非常复杂，对脑电信号进行处理针对性的提取其中有规律或有特征的脑电信号，根据脑-机接口系统利用的脑电信号不同，可以对其分类：P300电位、慢波皮层电位、运动感知节律和视觉诱发电位[29]。P300电位产生的原理是，由特殊的视觉、听觉或触觉刺激后，延迟300毫秒产生一个正电位波形。通过检测用户的P300电位发生序列判断使用者的意识活动，来达到进行选择判断的目的。图2.3是基于P300的视觉刺激器范式。图2.3基于P300的视觉刺激范式慢波皮层电位可以持续几百毫秒到几秒不等，他呈现出一种较大的负电位或正电位。使用者可以通过训练控制大脑的慢波电位变化。在大脑进行运动活动的时候，运动感知节律会发生变化。在进行运动的想象是也能诱发出运动感知节律的变化，利用这种方式设计的脑-机接口系统被称为运动想象脑-机接口系统[30]。由视觉刺激诱发VEP信号的脑-机接口，可以根据频率大小和脑电信号诱发原理可以分为稳态视觉诱发电位脑-机接口，同时还有瞬态视觉诱发电位脑-机接口系统。2.2稳态视觉诱发电位的相关理论2.2.1脑电信号的分类早在脑-机接口技术被提出之前，人类已经发现了脑电信号，并对脑电信号进行了深入的研究。应用在脑-机接口系统中的脑电信号可以按照脑电信号产生是自发性或诱发性来区分。自发性的脑电信号，不需要特殊事件的刺激，在不同意识活动下各节律的脑电信号活动状态各不相同。如表2.1按照脑电信号的不同频率段分类可
重庆邮电大学硕士学位论文第2章视觉刺激器与脑机接口系统的相关原理15图2.410-20标准电极放置法2.4.2导联方式采集脑电信号使用的电极有两类，一种是探测电极或称作活性电极，一般安放在头皮处采集脑电信号，另一种电极称作参考电极或无关电极，一般安放在鼻尖、耳垂等相对零电位点。电极导联方式有单极导联法和双极导联法。单极导联法：同时使用两类电，将活性电极放置在需要测量脑电信号的相应位置，然后将参考电极放置在零电位的乳突处，通过记录电极之间的电位差，使用放大器将信号以脑电图的形视展现。双极导联法：不使用参考电极，直接将两个活性电极与脑电采集系统的放大器的栅极相接，常用的有纵联、外联、横联和三角导联等。在实际应用中，参考电极通常选择安放在耳垂处，预设该处电位值为零，记录的活性电极与参考电极的电位差值就是活性电极电位值。由于双极导联法不使用参考电极的导联方法，至少需要两处活性电极放置在头皮表明相应位置，计算两处电极电位差值，两个电极位置不宜太近否则差值太小导致记录的电极不明显。本课题导联方式选用单极导联法，耳电极A1、A2作为参考电极，活性电极采集O1位置的电位值，耳电极与O1和O2位置之间的电位差即为实验需要的脑电信号。
【参考文献】：
期刊论文
[1]稳态视觉诱发电位频率响应特性研究[J]. 陈小刚,徐圣普. 北京生物医学工程. 2018(03)
[2]脑-机接口系统关键技术研究[J]. 周福超,徐进,廖文. 国外电子测量技术. 2018(05)
[3]脑机接口（BCI）实现原理及前景展望[J]. 萧崇卓. 数字技术与应用. 2017(12)
[4]头皮脑电采集技术研究[J]. 张发华,舒琳,邢晓芬. 电子技术应用. 2017(12)
[5]脑卒中意念控制的主被动运动康复技术[J]. 李敏,徐光华,谢俊,韩丞丞,张鑫,李黎黎,张四聪. 机器人. 2017(05)
[6]脑机接口的未来[J]. 刘鹏宇. 互联网经济. 2017(05)
[7]多类运动想象脑电信号的两级特征提取方法[J]. 孟明,朱俊青,佘青山,马玉良,罗志增. 自动化学报. 2016(12)
[8]一种基于稳态视觉诱发电位的脑-机接口阅读系统[J]. 冯思维,魏庆国. 科学技术与工程. 2015(35)
[9]脑电采集系统的发展及其现代化应用[J]. 曹洋,唐宏伟,马艳妮,吕宝粮,王国兴. 新技术新工艺. 2015(11)
[10]基于虚拟现实环境的脑机接口技术研究进展[J]. 孔丽文,薛召军,陈龙,何峰,綦宏志,万柏坤,明东. 电子测量与仪器学报. 2015(03)
博士论文
[1]基于稳态视觉诱发电位的脑机制及脑—机接口研究[D]. 张杨松.电子科技大学 2013
[2]基于视觉诱发电位的脑机接口实验研究[D]. 何庆华.重庆大学 2003
本文编号：3224310
【文章来源】：重庆邮电大学重庆市
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
视觉刺激器和电极帽
重庆邮电大学硕士学位论文第2章视觉刺激器与脑机接口系统的相关原理10大脑在正常情况下的脑电信号非常复杂，对脑电信号进行处理针对性的提取其中有规律或有特征的脑电信号，根据脑-机接口系统利用的脑电信号不同，可以对其分类：P300电位、慢波皮层电位、运动感知节律和视觉诱发电位[29]。P300电位产生的原理是，由特殊的视觉、听觉或触觉刺激后，延迟300毫秒产生一个正电位波形。通过检测用户的P300电位发生序列判断使用者的意识活动，来达到进行选择判断的目的。图2.3是基于P300的视觉刺激器范式。图2.3基于P300的视觉刺激范式慢波皮层电位可以持续几百毫秒到几秒不等，他呈现出一种较大的负电位或正电位。使用者可以通过训练控制大脑的慢波电位变化。在大脑进行运动活动的时候，运动感知节律会发生变化。在进行运动的想象是也能诱发出运动感知节律的变化，利用这种方式设计的脑-机接口系统被称为运动想象脑-机接口系统[30]。由视觉刺激诱发VEP信号的脑-机接口，可以根据频率大小和脑电信号诱发原理可以分为稳态视觉诱发电位脑-机接口，同时还有瞬态视觉诱发电位脑-机接口系统。2.2稳态视觉诱发电位的相关理论2.2.1脑电信号的分类早在脑-机接口技术被提出之前，人类已经发现了脑电信号，并对脑电信号进行了深入的研究。应用在脑-机接口系统中的脑电信号可以按照脑电信号产生是自发性或诱发性来区分。自发性的脑电信号，不需要特殊事件的刺激，在不同意识活动下各节律的脑电信号活动状态各不相同。如表2.1按照脑电信号的不同频率段分类可
重庆邮电大学硕士学位论文第2章视觉刺激器与脑机接口系统的相关原理15图2.410-20标准电极放置法2.4.2导联方式采集脑电信号使用的电极有两类，一种是探测电极或称作活性电极，一般安放在头皮处采集脑电信号，另一种电极称作参考电极或无关电极，一般安放在鼻尖、耳垂等相对零电位点。电极导联方式有单极导联法和双极导联法。单极导联法：同时使用两类电，将活性电极放置在需要测量脑电信号的相应位置，然后将参考电极放置在零电位的乳突处，通过记录电极之间的电位差，使用放大器将信号以脑电图的形视展现。双极导联法：不使用参考电极，直接将两个活性电极与脑电采集系统的放大器的栅极相接，常用的有纵联、外联、横联和三角导联等。在实际应用中，参考电极通常选择安放在耳垂处，预设该处电位值为零，记录的活性电极与参考电极的电位差值就是活性电极电位值。由于双极导联法不使用参考电极的导联方法，至少需要两处活性电极放置在头皮表明相应位置，计算两处电极电位差值，两个电极位置不宜太近否则差值太小导致记录的电极不明显。本课题导联方式选用单极导联法，耳电极A1、A2作为参考电极，活性电极采集O1位置的电位值，耳电极与O1和O2位置之间的电位差即为实验需要的脑电信号。
【参考文献】：
期刊论文
[1]稳态视觉诱发电位频率响应特性研究[J]. 陈小刚,徐圣普. 北京生物医学工程. 2018(03)
[2]脑-机接口系统关键技术研究[J]. 周福超,徐进,廖文. 国外电子测量技术. 2018(05)
[3]脑机接口（BCI）实现原理及前景展望[J]. 萧崇卓. 数字技术与应用. 2017(12)
[4]头皮脑电采集技术研究[J]. 张发华,舒琳,邢晓芬. 电子技术应用. 2017(12)
[5]脑卒中意念控制的主被动运动康复技术[J]. 李敏,徐光华,谢俊,韩丞丞,张鑫,李黎黎,张四聪. 机器人. 2017(05)
[6]脑机接口的未来[J]. 刘鹏宇. 互联网经济. 2017(05)
[7]多类运动想象脑电信号的两级特征提取方法[J]. 孟明,朱俊青,佘青山,马玉良,罗志增. 自动化学报. 2016(12)
[8]一种基于稳态视觉诱发电位的脑-机接口阅读系统[J]. 冯思维,魏庆国. 科学技术与工程. 2015(35)
[9]脑电采集系统的发展及其现代化应用[J]. 曹洋,唐宏伟,马艳妮,吕宝粮,王国兴. 新技术新工艺. 2015(11)
[10]基于虚拟现实环境的脑机接口技术研究进展[J]. 孔丽文,薛召军,陈龙,何峰,綦宏志,万柏坤,明东. 电子测量与仪器学报. 2015(03)
博士论文
[1]基于稳态视觉诱发电位的脑机制及脑—机接口研究[D]. 张杨松.电子科技大学 2013
[2]基于视觉诱发电位的脑机接口实验研究[D]. 何庆华.重庆大学 2003
本文编号：3224310
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