基于稳态视觉诱发电位的脑控轮椅室内模拟训练系统

发布时间：2022-01-19 07:00

　　脑控轮椅（BCW）是脑-机接口技术的重要应用之一,目前研究表明,模拟控制训练对BCW应用具有重要意义。为了在保证安全的情况下提高使用者的BCW控制能力,达到促进BCW应用的目的,本文基于稳态视觉诱发电位搭建了BCW室内模拟训练系统。该系统包括视觉刺激范式设计与实现、脑电信号采集与处理、室内模拟环境建模、路径规划和模拟轮椅控制等。为测试该系统性能,本研究设计了三种室内路径控制任务,共招募10名受试者进行为期5 d的训练试验。比较训练试验前后结果发现,受试者完成任务一、任务二和任务三时,所用平均命令个数分别下降29.5%、21.4%、25.4%（P <0.001）,整体所用命令个数平均下降25.4%（P <0.001）。试验结果表明,通过本文搭建的室内模拟训练系统对受试者进行训练,能够在一定程度上提高受试者对BCW控制的熟练度和操控效率,证明了本文系统的实用性,为促进BCW室内应用提供了一个有效的辅助方法。 

【文章来源】：生物医学工程学杂志. 2020,37(03)北大核心EICSCD

【文章页数】：10 页

【部分图文】：

模拟训练系统框图

为了实现训练目的，设置模拟BCW的运动模式为单步行进（step-by-step）。以模拟环境左下角为原点（0,0），水平方向为x轴，竖直方向为y轴建立直角坐标系。以BCW的中心为矢量点（xn,yn，θn）建立模拟运动学方程如式（7）所示：式中，定义轮椅方向角为θn，坐标位置为（xn,yn),n为操作命令迭代次数，dθ为转角方向标志，ds为运动方向标志，lx和ly为横纵轴单步行进距离，θr为轮椅转角大小。轮椅起始点对应的方向角为θ0，坐标位置为（x0,y0）。设置左右转命令仅改变轮椅方向，左转dθ=1，右转dθ=-1；前进后退命令仅改变轮椅位置，前进ds=1，后退ds=-1；停止命令不改变轮椅运动状态。为了控制简便，设置θr为π/4，可实现八个方向角（0，π/4，π/2，···，7π/4）的运动；当θn-1为θr的偶数倍时lx和ly均为单位栅格边长，奇数倍时lx和ly均为栅格对角线长度。

为了保证充足的观察时间，设置系统命令传输速率为4 s/个。SSVEP刺激时序如图4所示：(1)0.5 s提示音：提醒受试者闪烁刺激即将开始，将视线切换至刺激界面；(2)2 s刺激：刺激闪烁块持续闪烁2 s，受试者根据控制需要将注意力集中在一个闪烁块上；(3)1.5 s分析执行：分析运动意图并执行，受试者同时将视线切换至模拟环境界面以判断下一步运动状态。图4 SSVEP刺激时序图

【参考文献】：
期刊论文
[1]改进A*算法在机器人室内路径规划中的应用[J]. 陈若男,文聪聪,彭玲,尤承增.  计算机应用. 2019(04)
[2]稳态视觉诱发电位脑-机接口控制机械臂系统的设计与实现[J]. 陈小刚,赵秉,刘明,谢小波,蒲江波,徐圣普.  生物医学工程与临床. 2018(03)



本文编号：3596419