基于脑机接口的意识检测系统研究
发布时间：2022-02-25 04:26
大脑是人体最复杂的器官,不同的脑区掌管着人体的不同功能。一旦大脑损伤,则会导致不同程度的脑神经功能受损。脑损伤病人在运动、认知、社交活动等方面普遍存在功能障碍,严重影响病人的生活质量。如果病人脑损伤程度严重,即使可以存活下来,也只能恢复有限的意识水平,仍然存在严重的意识障碍问题。正确检测意识障碍患者的意识状态对于临床制定治疗和预后方案具有重大意义。目前,临床上基本使用的是传统的行为量表对意识障碍患者进行意识状态评估,这种方法主观性过高,可靠性欠缺。脑机接口作为一种新兴的智能技术,在意识状态检测研究领域主要使用脑电信号进行评估,为临床提供了一种更加客观、更加可靠的方法。本文的主要研究工作是设计一种基于P300和SSVEP脑机接口系统来辅助意识障碍患者的意识状态评估。本文提出的基于脑机接口的意识检测系统包含两类意识检测范式:P300单模态范式、P300和SSVEP多模态范式。其中,P300单模态范式使用三种实验刺激:人脸相片、数字图片以及情绪视频,多模态范式使用人脸相片作为主要视觉刺激。在所有范式中患者需要完成遵循命令识别制定目标的任务,系统通过脑电电位检测目标从而判断患者听从命令的能力处...
【文章来源】：华南理工大学广东省211工程院校985工程院校教育部直属院校
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
脑机接口系统框图
第一章绪论5图1-2Neuroscan公司的脑电采集设备（2）信号分析信号分析模块的主要功能为将采集到的脑电信号进行预处理、特征提取以及特征分类操作，并最终转换成传输给外部设备的反馈信号。这是脑机接口系统中重要性占比最大的部分。（3）控制系统输出控制模块的主要功能是将分类后的结果输出给外部设备，控制外部设备进行相应的内容显示或运动。在脑机接口领域中，研究最多的输出设备包括轮椅、电脑屏幕等，相应的输出控制为轮椅的移动、电脑屏幕显示输入字符等。（4）反馈环节实时反馈是脑机接口系统中的一个重要组成部分，不仅能让被试看到结果后实时对自身进行状态调节，还能让实验者对被试的状态了解得更清楚。反馈环节将系统识别的结果以及外部的刺激信息反馈给被试者，让被试者对当前的测试情况以及系统信息有一个及时、清晰的了解，并针对结果做出相应的调整，执行下一步的任务。1.2.2脑机接口的分类及特点脑机接口系统一般根据工作方式、脑电产生方式以及获取脑电信号的方式可以分为不同的类型[9]，下面针对一些常见的分类方式以及本研究中主要使用到的类型作出简述。根据脑电工作方式可以将脑机接口系统分为同步模式系统和异步模式系统。同步模式的系统要求被试者需要按照一定顺序在规定时间内完成所给任务；相反，异步模式对任务在时间上的顺序没有要求，将系统状态划分为空闲状态和控制状态，所以这种方式对系统的各方面性能和算法要求更高[10]。本研究主要使用同步模式对系统进行设计。
第二章面向意识障碍患者的意识检测研究方法15用两张不一样数字的图片，随机从一个数字图片库里抽取并随机放在界面左边和右边，这个数字图片库包含了十个数字（从0到9）的白色背景黑色数字的图片，相片大小同样将长宽比固定为1.364比1。同时，我们还有一个数字声音库，一共也有0到9的十个音频，与数字图片库里的每一个数字图片一一对应，音频长度为1s左右，在图片进行刺激的同时播放。（4）情绪视频：使用此刺激的范式以下称为情绪识别范式。这种刺激选用两个在开心和悲伤维度相差较大的视频，在界面的左边和右边轮流对患者进行刺激，这两个视频分别从我们自己制作的开心视频库和悲伤视频库里随机选择。每个视频的筛选标准为有正面清晰的脸部显示，并且脸部表情和声音在开心和悲伤情绪上比较显著，以便患者理解视频表达的情绪。为了减少视频中颜色对情绪带来的干扰，所有视频均使用PremiereProsoftware进行统一处理保证每个视频颜色在灰度上处于一个水平。每一个视频的显示像素长宽比我们也设置为1.364比1，视频面积与GUI面积大小比为0.12比1，所有视频使用AdobeAudition进行剪辑，将视频长度修剪为2s左右，刺激方式与无边框脸部相片类似，但是200ms的图片增强换成视频播放，增强时间长度即情绪视频长度。每一种刺激的示例如图2-1所示：图2-1各刺激示意图：（A）无边框脸部照片（B）有边框脸部照片（C）数字图片（D）情绪视频2.1.2意识检测范式本研究提出P300单模态、P300和SSVEP多模态两种脑机接口模式，下面分别介绍这两种模式的实验范式。
【参考文献】：
期刊论文
[1]临床神经科学是脑疾病研究的源泉与归宿[J]. 赵继宗. 科技导报. 2017(04)
[2]意识障碍:概念、分类与评定[J]. 谢秋幼,虞容豪,何艳斌,李慧. 医学与哲学(临床决策论坛版). 2009(10)
[3]脑机接口系统中的交互技术研究[J]. 岳敬伟,葛瑜,周宗潭,胡德文. 计算机测量与控制. 2008(08)
博士论文
[1]严重意识障碍患者对复杂听刺激的皮层反应—fMRI研究[D]. 狄海波.浙江大学 2007
本文编号：3643737
【文章来源】：华南理工大学广东省211工程院校985工程院校教育部直属院校
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
脑机接口系统框图
第一章绪论5图1-2Neuroscan公司的脑电采集设备（2）信号分析信号分析模块的主要功能为将采集到的脑电信号进行预处理、特征提取以及特征分类操作，并最终转换成传输给外部设备的反馈信号。这是脑机接口系统中重要性占比最大的部分。（3）控制系统输出控制模块的主要功能是将分类后的结果输出给外部设备，控制外部设备进行相应的内容显示或运动。在脑机接口领域中，研究最多的输出设备包括轮椅、电脑屏幕等，相应的输出控制为轮椅的移动、电脑屏幕显示输入字符等。（4）反馈环节实时反馈是脑机接口系统中的一个重要组成部分，不仅能让被试看到结果后实时对自身进行状态调节，还能让实验者对被试的状态了解得更清楚。反馈环节将系统识别的结果以及外部的刺激信息反馈给被试者，让被试者对当前的测试情况以及系统信息有一个及时、清晰的了解，并针对结果做出相应的调整，执行下一步的任务。1.2.2脑机接口的分类及特点脑机接口系统一般根据工作方式、脑电产生方式以及获取脑电信号的方式可以分为不同的类型[9]，下面针对一些常见的分类方式以及本研究中主要使用到的类型作出简述。根据脑电工作方式可以将脑机接口系统分为同步模式系统和异步模式系统。同步模式的系统要求被试者需要按照一定顺序在规定时间内完成所给任务；相反，异步模式对任务在时间上的顺序没有要求，将系统状态划分为空闲状态和控制状态，所以这种方式对系统的各方面性能和算法要求更高[10]。本研究主要使用同步模式对系统进行设计。
第二章面向意识障碍患者的意识检测研究方法15用两张不一样数字的图片，随机从一个数字图片库里抽取并随机放在界面左边和右边，这个数字图片库包含了十个数字（从0到9）的白色背景黑色数字的图片，相片大小同样将长宽比固定为1.364比1。同时，我们还有一个数字声音库，一共也有0到9的十个音频，与数字图片库里的每一个数字图片一一对应，音频长度为1s左右，在图片进行刺激的同时播放。（4）情绪视频：使用此刺激的范式以下称为情绪识别范式。这种刺激选用两个在开心和悲伤维度相差较大的视频，在界面的左边和右边轮流对患者进行刺激，这两个视频分别从我们自己制作的开心视频库和悲伤视频库里随机选择。每个视频的筛选标准为有正面清晰的脸部显示，并且脸部表情和声音在开心和悲伤情绪上比较显著，以便患者理解视频表达的情绪。为了减少视频中颜色对情绪带来的干扰，所有视频均使用PremiereProsoftware进行统一处理保证每个视频颜色在灰度上处于一个水平。每一个视频的显示像素长宽比我们也设置为1.364比1，视频面积与GUI面积大小比为0.12比1，所有视频使用AdobeAudition进行剪辑，将视频长度修剪为2s左右，刺激方式与无边框脸部相片类似，但是200ms的图片增强换成视频播放，增强时间长度即情绪视频长度。每一种刺激的示例如图2-1所示：图2-1各刺激示意图：（A）无边框脸部照片（B）有边框脸部照片（C）数字图片（D）情绪视频2.1.2意识检测范式本研究提出P300单模态、P300和SSVEP多模态两种脑机接口模式，下面分别介绍这两种模式的实验范式。
【参考文献】：
期刊论文
[1]临床神经科学是脑疾病研究的源泉与归宿[J]. 赵继宗. 科技导报. 2017(04)
[2]意识障碍:概念、分类与评定[J]. 谢秋幼,虞容豪,何艳斌,李慧. 医学与哲学(临床决策论坛版). 2009(10)
[3]脑机接口系统中的交互技术研究[J]. 岳敬伟,葛瑜,周宗潭,胡德文. 计算机测量与控制. 2008(08)
博士论文
[1]严重意识障碍患者对复杂听刺激的皮层反应—fMRI研究[D]. 狄海波.浙江大学 2007
本文编号：3643737
本文链接：https://www.wllwen.com/yixuelunwen/swyx/3643737.html
