專利名稱：使用感覺誘發(fā)電位對裝置的eeg控制的制作方法
使用感覺誘發(fā)電位對裝置的EEG控制
背景技術(shù)：
存在EEG檢測系統(tǒng)，其包括生物信號傳感器(例如，腦電圖描記(EEG)傳感器)，其允許測量用戶的腦電波。感覺誘發(fā)電位(SEP)通常為人對于刺激做出響應(yīng)時(shí)生成的人的無意識EEG信號(例如，視覺誘發(fā)的電位、或者通過其它感覺誘發(fā)的EEG電位，諸如觸覺誘發(fā)或聲音誘發(fā)的電位)。因此，需要提供EEG檢測系統(tǒng)，其可用于SEP應(yīng)用和/或使用諸如視覺誘發(fā)的電位的SEP對裝置的EEG控制。


將在下面的發(fā)明詳述和附圖中公開本發(fā)明的各種實(shí)施例。圖1是示出根據(jù)某些實(shí)施例的用于SEP的EEG系統(tǒng)的方塊圖。圖2是示出根據(jù)某些實(shí)施例的EEG控制系統(tǒng)的功能圖。圖3是示出根據(jù)某些實(shí)施例的EEG檢測系統(tǒng)的功能圖。圖4示出根據(jù)某些實(shí)施例包括安裝于帽內(nèi)的EEG傳感器與基準(zhǔn)EEG傳感器的EEG 檢測系統(tǒng)。圖5A至圖5B示出根據(jù)某些實(shí)施例的EEG傳感器。圖6是示出根據(jù)某些實(shí)施例的用于SEP的EEG系統(tǒng)的另一方塊圖。圖7示出根據(jù)某些實(shí)施例具有非接觸式EEG傳感器的EEG檢測系統(tǒng)。圖8A-8B示出根據(jù)某些實(shí)施例用于SEP的EEG系統(tǒng)的LED燈。圖9A-8B是示出根據(jù)某些實(shí)施例用于SEP的EEG系統(tǒng)的EEG數(shù)據(jù)和燈控制信號數(shù)據(jù)的圖。圖10是樣本EEG數(shù)據(jù)的功率譜圖。圖11是示出根據(jù)某些實(shí)施例對于用于SEP的EEG系統(tǒng)，在光開始之后的平均EEG 數(shù)據(jù)的圖。圖12是示出根據(jù)某些實(shí)施例對于用于SEP的EEG系統(tǒng)，閃光與原始EEG數(shù)據(jù)的相關(guān)性的圖。圖13是根據(jù)某些實(shí)施例用于SEP的EEG系統(tǒng)的流程圖。圖14是根據(jù)某些實(shí)施例用于SEP的EEG系統(tǒng)的另一流程圖。圖15是示出根據(jù)某些實(shí)施例的不同刺激類型的圖。圖16是示出根據(jù)某些實(shí)施例的時(shí)域算法的圖。圖17是示出根據(jù)某些實(shí)施例的四個(gè)刺激鎖定的(stimulus-locked)平均值的實(shí)例的圖。圖18是示出根據(jù)某些實(shí)施例的生成閃光鎖定的(flash-locked)平均信號的實(shí)例的圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明可以多種方式來實(shí)施，包括方法，設(shè)備，系統(tǒng)，物的組合，實(shí)施于計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)上的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，和/或處理器，諸如被配置為執(zhí)行存儲于耦接到處理器的存儲器上的指令和/或由該存儲器提供的指令的處理器。在本說明書中，這些實(shí)施例方式或者本發(fā)明可采取的任何其它形式，可被稱作技術(shù)。一般而言，可在本發(fā)明的范圍內(nèi)更改所公開的方法的步驟次序。除非另有陳述，被描述為被配置為執(zhí)行任務(wù)的元件，諸如處理器或存儲器，可被實(shí)施為暫時(shí)地被配置為在給定時(shí)間執(zhí)行該任務(wù)的通用元件或者被制造為執(zhí)行該任務(wù)的專用元件。如本文所用的那樣，術(shù)語“處理器”指被配置為處理數(shù)據(jù)，諸如計(jì)算機(jī)程序指令的一個(gè)或多個(gè)裝置、電路(例如，PCB、ASIC和/或FPGA)和/或處理核。在下文中結(jié)合說明了本發(fā)明的原理的附圖來提供本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的詳細(xì)描述。雖然結(jié)合這些實(shí)施例描述本發(fā)明，但是本發(fā)明并不限于任何實(shí)施例。本發(fā)明的范圍僅受權(quán)利要求限制且本發(fā)明涵蓋許多替代、修改和等效物。在下文的說明中陳述了許多具體細(xì)節(jié)以便提供對本發(fā)明的透徹理解。提供這些細(xì)節(jié)是出于舉例目的且可根據(jù)權(quán)利要求而沒有某些或所有這些具體細(xì)節(jié)來實(shí)踐本發(fā)明。出于清楚目的，在與本發(fā)明有關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域中已知的技術(shù)材料將不再詳細(xì)地描述，使得不會(huì)不必要地混淆本發(fā)明。根據(jù)刺激事件，諸如用戶觀看閃光而生成的典型的腦電圖描記(EEG)信號是相對弱的信號。因此，不易于在(例如使用(一個(gè)或多個(gè))干接觸式傳感器、(一個(gè)或多個(gè))濕接觸式傳感器或者(一個(gè)或多個(gè))非接觸式EEG傳感器)所檢測的信號中檢測具有典型量的噪音(例如，來自電路、外部源和/或非相關(guān)的EEG源)的這些信號。此外，也不易于以及時(shí)的方式(例如，在2秒至3秒內(nèi))來檢測標(biāo)記(Signature)EEG信號。舉例而言，使用以固定頻率閃爍的光的系統(tǒng)依賴監(jiān)視EEG信號用于在光頻率增加功率。這些系統(tǒng)和方法通常被稱作穩(wěn)態(tài)視覺誘發(fā)的電位(SSVEP)。但是，當(dāng)在EEG信號中的噪音水平與正在被估計(jì)的信號差不多一樣時(shí)，功率估計(jì)技術(shù)(例如，F(xiàn)FT技術(shù))并不可靠，這常常是特別地利用非接觸式EEG傳感器的情況。依靠由思想或高層次感知生成EEG電位的技術(shù)是緩慢的。舉例而言，利用P300事件相關(guān)的電位(ERP)，用戶必須識別相對稀少的事件，其中所述相對稀少的事件需要事件在時(shí)間上相對遠(yuǎn)地間隔開(例如，十個(gè)事件將間隔超一分鐘)，這限制了利用基于EEG的控制所執(zhí)行的判斷/行為的速度。因此，需要一種能高效地且有效地判斷基于EEG信號的刺激誘發(fā)事件(例如，SEP， 諸如視覺誘發(fā)的電位)的系統(tǒng)和方法。在某些實(shí)施例中，提供一種高效地且有效地識別與SEP相關(guān)聯(lián)的EEG信號以控制裝置的系統(tǒng)。在某些實(shí)施例中，提供一種使用對應(yīng)于往/來于用戶的命令的閃光(例如，來自一個(gè)或多個(gè)發(fā)光二極管(LED))和/或來自計(jì)算機(jī)屏幕或電視機(jī)(TV)屏幕)的系統(tǒng)。在某些實(shí)施例中，在該系統(tǒng)中閃光以不同的固定頻率閃爍。在某些實(shí)施例中，在系統(tǒng)中閃光以固定模式以可變頻率或者以非周期性頻率閃爍。系統(tǒng)記錄所檢測的用戶的EEG信號且判斷用戶是否/何時(shí)正在觀看閃光之一。如本文所用的那樣，SEP通常指當(dāng)用戶經(jīng)受(例如快速地)重復(fù)的感覺刺激(例如，視覺，諸如閃光，或?qū)τ谝曈X刺激事件、聽覺刺激事件、觸覺刺激事件或其它刺激事件的另一無意識響應(yīng))時(shí)生成的無意識的EEG信號。如本文所用的那樣，SEP并不包括基于用戶的思想和更高層次認(rèn)知的事件(例如，識別相對稀有的事件， 如P300，或識別語法錯(cuò)誤)，其通常在較長時(shí)段的偏移之后發(fā)生(且通常需要這些事件相對緩慢的重復(fù)使得小的EEG信號樣本可被相加并被平均用于識別目的)且其通常被稱作事件相關(guān)的電位(ERP)。在某些實(shí)施例中，提供一種對響應(yīng)于快速重復(fù)的感覺刺激而生成的SEP信號使用各種信號平均化技術(shù)的系統(tǒng)。在某些實(shí)施例中，諸如圖18所示的那樣，測量由于用戶對快速重復(fù)刺激事件做出反應(yīng)(諸如用戶觀看閃光)而產(chǎn)生的EEG信號與用于控制刺激的信號。舉例而言，首先記錄在光開始之后固定長度(例如，100毫秒(ms))的EEG信號片段。然后對所記錄的數(shù)據(jù)一起進(jìn)行平均使得在刺激開始之后的第一 EEG數(shù)據(jù)點(diǎn)在一起被平均，然后在刺激開始之后的所有第二數(shù)據(jù)點(diǎn)一起被平均，然后在刺激開始之后的第三數(shù)據(jù)點(diǎn)一起被平均，等等。結(jié)果提供了刺激鎖定的平均信號(或者在此實(shí)例中，閃光鎖定的平均信號)， 其具有與所記錄片段相同長度的平均波形。舉例而言，如果用戶觀看光，那么平均波形將包括特征性形狀(例如，在光開始時(shí)間之后大約30ms的EEG電壓的正偏轉(zhuǎn))。平均波形的這種特征性形狀可以多種方式被檢測，如在本文中進(jìn)一步描述的那樣。如果用戶沒有觀看光， 那么平均波形將是大致平坦的。在某些實(shí)施例中，該系統(tǒng)包括多于一個(gè)刺激。舉例而言，圖17是示出四個(gè)刺激鎖定的平均值的實(shí)例的圖。平均值之一已經(jīng)發(fā)展出特征性形狀，而其它平均值相對平坦?？墒褂酶鞣N技術(shù)來檢測特征性形狀，包括在從開始的某延遲處與閾值比較，求某段時(shí)間上的平均EEG信號的積分且比較該結(jié)果與閾值，或者創(chuàng)建區(qū)分是否正在注意光的分類器(classifier)。作為另一實(shí)例，可構(gòu)建理想平均值的原型(S卩，當(dāng)正在注意光時(shí))且乘以實(shí)際平均值。高值結(jié)果將指示受到注意的光。可以多種方式來構(gòu)建原型，包括當(dāng)已知用戶正在觀看光時(shí)計(jì)算EEG平均值、或者當(dāng)已知用戶正在觀看光時(shí)構(gòu)建EEG數(shù)據(jù)的自動(dòng)回歸 (regression)模型、和使用該自動(dòng)回歸模型的系數(shù)作為原型的數(shù)據(jù)要素。在某些實(shí)施例中，該系統(tǒng)用于使用由用戶觀看閃光所誘發(fā)的某些EEG信號來控制裝置。舉例而言，也可基于所檢測的SEP向另一裝置(例如，娛樂系統(tǒng)、教育系統(tǒng)、醫(yī)療系統(tǒng)、 用于汽車的應(yīng)用和執(zhí)行應(yīng)用的計(jì)算機(jī))提供控制信號。舉例而言，該系統(tǒng)可包括若干個(gè)閃光，每個(gè)閃光都表示用于控制裝置的命令。當(dāng)用戶觀看閃光之一時(shí)，可使用刺激鎖定的平均技術(shù)來確定EEG信號中的獨(dú)特標(biāo)記存在于用戶記錄的EEG信號模式中。舉例而言，計(jì)算裝置(例如，編程計(jì)算機(jī)/膝上型計(jì)算機(jī)/上網(wǎng)本/便攜式計(jì)算裝置、微控制器、ASIC和/或 FPGA)可執(zhí)行高效且有效的算法(例如，分類器)，其持續(xù)地檢查對應(yīng)于每個(gè)閃光的唯一EEG 信號標(biāo)記。在某些實(shí)施例中，算法實(shí)時(shí)地執(zhí)行這些判斷(例如，在事件的大約3秒內(nèi)計(jì)算這些判斷，在此情況下為閃光(或多個(gè)閃光)事件(或多個(gè)事件))。在某些實(shí)施例中，調(diào)整各種參數(shù)來使得EEG信號最大且提高視覺誘發(fā)電位檢測速率，諸如光亮度、顏色、間距、頻率、 占空比和由光所用的視場量。當(dāng)檢測到視覺誘發(fā)的電位時(shí)，將相對應(yīng)的命令發(fā)送給受控制的裝置。舉例而言，受控制的裝置可為玩具且當(dāng)該系統(tǒng)識別出用戶正在觀看閃光之一時(shí)， 那么玩具將發(fā)生有趣的事情(例如，基于來自用于檢測SEP的系統(tǒng)的命令)。作為另一實(shí)例， 在視頻游戲內(nèi)的物體可閃光，且游戲可識別到用戶正在觀看什么(例如，哪個(gè)閃光物體)且將其合并到游戲內(nèi)。作為另一實(shí)例，在飛行模擬器或軍事或其它應(yīng)用內(nèi)的物體可閃光，且游戲可識別到用戶正在觀看什么(例如，哪個(gè)閃光物體)且將其合并到該應(yīng)用內(nèi)。作為另一實(shí)例，受控制的裝置可為編程計(jì)算機(jī)或者任何設(shè)備，其允許不能用他們的手但需要能力的用戶做出系統(tǒng)選擇。作為另一實(shí)例，受控制的裝置可為汽車應(yīng)用，其中駕駛員和/或乘客的汽車界面的選擇或設(shè)置。舉例而言，EEG檢測系統(tǒng)可為由用戶佩戴的罩的形式和/或集成到汽車座位的車座枕頭內(nèi)且閃爍的光/閃光可集成到汽車的控制臺/儀表板內(nèi)用于控制收音機(jī)、溫度或其它控制/設(shè)置，或者與汽車或其它裝置的各種其它EEG應(yīng)用組合，其中所述其它裝置諸如為心理狀態(tài)監(jiān)視器(例如，為了確定注意力、焦慮、吃驚和/或疲勞狀態(tài)，諸如用于汽車、飛機(jī)或任何其它裝置的駕駛員)。圖1是示出根據(jù)某些實(shí)施例的用于SEP的EEG系統(tǒng)的方塊圖。如圖所示，用于SEP 的EEG系統(tǒng)100包括EEG控制系統(tǒng)110、EEG檢測系統(tǒng)130和裝置150。在某些實(shí)施例中， 裝置150受到EEG控制系統(tǒng)110控制。在某些實(shí)施例中，裝置150被包括于用于SEP的EEG 系統(tǒng)中或者與用于SEP的EEG系統(tǒng)集成，如圖所示，且使用串行或其它通信信道與裝置150 通信。在某些實(shí)施例中，裝置150與用于SEP的EEG系統(tǒng)100分開且使用有線或無線通信與EEG控制系統(tǒng)110通信。在某些實(shí)施例中，EEG控制系統(tǒng)110使用串行或其它通信信道 (例如，有線或無線)與EEG檢測系統(tǒng)130通信。在某些實(shí)施例中，EEG檢測系統(tǒng)130檢測用戶的EEG信號，且EEG控制系統(tǒng)110包括處理器，該處理器被配置為對由EEG檢測系統(tǒng)130所檢測的EEG信號執(zhí)行SEP判斷算法 (例如，實(shí)時(shí)分類算法/分類器)。在某些實(shí)施例中，使用各種SEP判斷技術(shù)(例如，時(shí)域 SEP判斷算法/分類器)，如本文所公開的那樣。在某些實(shí)施例中，基于SEP判斷(或多個(gè)SEP判斷)，EEG控制系統(tǒng)110發(fā)送相對應(yīng)的控制信號(或多個(gè)控制信號)給裝置150(例如，基于相關(guān)聯(lián)的SEP)。在某些實(shí)施例中，EEG檢測系統(tǒng)130發(fā)送原始EEG信號數(shù)據(jù)，或在某些實(shí)施例中發(fā)送經(jīng)處理的EEG信號數(shù)據(jù)(例如，以過濾出噪音)給EEG控制系統(tǒng)110。圖2是示出根據(jù)某些實(shí)施例的EEG控制系統(tǒng)的功能圖。如圖所示，EEG控制系統(tǒng) 130包括EEG檢測通信元件112，其用于與EEG檢測系統(tǒng)130通信；處理器114，其用于對由 EEG檢測系統(tǒng)130所檢測的EEG信號執(zhí)行SEP判斷算法；輸出控制118，其用于與裝置150 通信；LED通信122，其用于與一個(gè)或多個(gè)LED(例如，閃爍的LED燈系統(tǒng))通信；以及數(shù)據(jù)存儲裝置124(例如，用于存儲接收到的EEG信號樣本和相關(guān)聯(lián)的定時(shí)數(shù)據(jù)，諸如閃爍LED 燈)；以及通信鏈路120。在某些實(shí)施例中，編程計(jì)算機(jī)與EEG控制系統(tǒng)110通信，且EEG控制系統(tǒng)110還包括到計(jì)算機(jī)元件的EEG數(shù)據(jù)用于發(fā)送所檢測的EEG信號樣本給計(jì)算機(jī)。在此實(shí)例中，計(jì)算機(jī)包括處理器，該處理器被配置為對由EEG檢測系統(tǒng)130所檢測的EEG信號執(zhí)行SEP判斷算法，然后計(jì)算機(jī)可提供分析結(jié)果給EEG控制系統(tǒng)用于控制該裝置(例如，基于相關(guān)聯(lián)的 SEP)。在某些實(shí)施例中，計(jì)算機(jī)包括處理器，該處理器被配置為對由EEG檢測系統(tǒng)130檢測到的EEG信號執(zhí)行SEP判斷算法，且基于EEG信號樣本的分析結(jié)果計(jì)算機(jī)向裝置發(fā)送相對應(yīng)的控制信號(或多個(gè)相對應(yīng)的控制信號)。在某些實(shí)施例中，由編程計(jì)算機(jī)執(zhí)行對EEG信號樣本的分析的全部或僅一部分。在某些實(shí)施例中，在EEG檢測系統(tǒng)(例如，與EEG傳感器集成或通信的ASIC)中執(zhí)行對EEG信號樣本的分析的全部或僅一部分。圖3是示出根據(jù)某些實(shí)施例的EEG檢測系統(tǒng)的功能圖。如圖所示，EEG檢測系統(tǒng) 130包括處理器132 (例如，F(xiàn)PGA或ASIC)，有源EEG傳感器136和基準(zhǔn)EEG傳感器138和通信鏈路134。所測量的EEG信號被提供給EEG控制系統(tǒng)110。在某些實(shí)施例中，對EEG信號樣本的持續(xù)測量被檢測且被提供給EEG控制系統(tǒng)110。
圖4示出根據(jù)某些實(shí)施例包括安裝于帽內(nèi)的EEG傳感器與基準(zhǔn)EEG傳感器的EEG 檢測系統(tǒng)。如圖所示，EEG檢測系統(tǒng)130為由用戶佩戴的帽子，其包括在帽內(nèi)的EEG傳感器 136和基準(zhǔn)EEG傳感器138。EEG傳感器136和基準(zhǔn)EEG傳感器138經(jīng)由有線線通信(例如，串行通信鏈路)連接到EEG控制系統(tǒng)110。在某些實(shí)施例中，當(dāng)用戶戴上該帽子時(shí)，EEG 傳感器136在帽內(nèi)位于用戶頭部的枕骨區(qū)內(nèi)(例如，用于視覺事件相關(guān)的EEG信號檢測)且基準(zhǔn)EEG傳感器138位于用戶頭部的另一位置(例如，在前額、在用戶頭部在耳朵上方的一側(cè)、或者在用戶頭后部上不同于有源EEG傳感器位置的位置)。在某些實(shí)施例中，基于待檢測的刺激事件類型EEG傳感器(或多個(gè)EEG傳感器)位于不同位置，如將由本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所理解的那樣。在某些實(shí)施例中，EEG傳感器136和基準(zhǔn)EEG傳感器138為非接觸式 EEG傳感器。在某些實(shí)施例中，EEG檢測系統(tǒng)包括多于一個(gè)EEG傳感器136。在某些實(shí)施例中，EEG檢測系統(tǒng)130為頭戴裝置、音頻頭戴式裝置、汽車座位車座枕頭的形式或任何其它形式的設(shè)備或模塊，其可由用戶用于將EEG傳感器(或多個(gè)EEG傳感器)136和基準(zhǔn)EEG傳感器138牢固地定位于用戶頭部的適當(dāng)位置用于EEG信號檢測。在某些實(shí)施例中，EEG檢測系統(tǒng)130(例如，帽/罩，如圖所示)包括接地耳夾(ear clip)以減小噪音量。圖5A至圖5B示出根據(jù)某些實(shí)施例的EEG傳感器。如圖5A所示，EEG傳感器136 安裝于EEG信號檢測帽內(nèi)部。如圖5B所示，示出了 EEG傳感器136的頂側(cè)，其中所圖示的 EEG傳感器136為大約二角五分美元硬幣大小的非接觸式電極。EEG傳感器136集成到帶模擬前端電路的印刷電路板(PCB)內(nèi)，模擬前端電路放大EEG信號且濾出噪音。EEG傳感器 136包括金屬屏蔽件，其保護(hù)例如敏感信號避免外部噪音。在某些實(shí)施例中，用于EEG傳感器136的電路集成到ASIC內(nèi)。圖6是示出根據(jù)某些實(shí)施例的用于SEP的EEG系統(tǒng)的另一方塊圖。如圖所示，用于SEP的EEG系統(tǒng)100包括計(jì)算機(jī)610，其被配置(例如，編程)為對所檢測的EEG信號執(zhí)行SEP判斷算法；控制器620，其用于控制LED(閃爍)燈系統(tǒng)650 (例如，控制燈閃爍的開始和偏移(offset)的定時(shí)和哪些燈以哪種模式閃爍)；以及EEG電路630，其用于從EEG 傳感器136和基準(zhǔn)EEG傳感器138接收(且在某些實(shí)施例中處理)所檢測的EEG信號。如圖所示，四個(gè)LED燈設(shè)于LED燈系統(tǒng)650中。在某些實(shí)施例中，提供一個(gè)或多個(gè)LED燈。控制器620還包括FPGA 622 (或在某些實(shí)施例中，任何其它形式的處理器或在諸如ASIC或編程處理器的處理器上執(zhí)行的軟件)。在某些實(shí)施例中，控制器620控制LED燈 650且還與計(jì)算機(jī)610和EEG電路630通信。在某些實(shí)施例中，控制器620控制閃光且從 EEG電路630接收EEG信號(樣本)數(shù)據(jù)。在某些實(shí)施例中，控制器還將所接收的EEG信號數(shù)據(jù)與光定時(shí)數(shù)據(jù)(例如，LED燈系統(tǒng)650的閃爍開始/偏移)組合為串行流，該串行流被發(fā)送給計(jì)算機(jī)610用于進(jìn)一步分析和處理(例如，使用實(shí)時(shí)SEP判斷算法)。在某些實(shí)施例中，控制器620還發(fā)送控制信號給受控制的裝置(例如，裝置150)。EEG電路630包括固件632 (或在某些實(shí)施例中，任何其它形式的處理器或在諸如 ASIC或FPGA或編程處理器的處理器上執(zhí)行的軟件)?？刂破髋c計(jì)算機(jī)610和EEG電路630 成串行通信，如圖所示的那樣。在某些實(shí)施例中，EEG電路630還直接連接到，如圖所示經(jīng)由直接串行連接到計(jì)算機(jī)610 (或者，在某些實(shí)施例中與計(jì)算機(jī)610直接通信、有線或無線地)。在某些實(shí)施例中，這些連接中的一個(gè)或多個(gè)為無線的。圖7示出根據(jù)某些實(shí)施例具有非接觸式EEG傳感器的EEG檢測系統(tǒng)。如圖所示，EEG檢測系統(tǒng)130為由用戶戴上的帽或罩的形式，其包括電池710(例如，可再充電的鋰離子電池)，EEG電路720和到EEG傳感器的布線730 (非接觸式EEG傳感器安裝于帽內(nèi)部且因此在由用戶戴上帽的此描繪圖中不可看到)。在某些實(shí)施例中，EEG檢測系統(tǒng)130與其它設(shè)備/裝置，諸如EEG控制系統(tǒng)110無線通信(例如，藍(lán)牙或另一無線協(xié)議)。在某些實(shí)施例中，電池710、EEG電路720和到EEG傳感器730的布線更緊密地集成到帽/罩和/或其它頭戴式設(shè)備內(nèi)(如在上文中類似地討論)且在某些實(shí)施例中，當(dāng)由用戶戴上時(shí)通常是不可見的。應(yīng)了解，可使用各種其它設(shè)計(jì)和頭戴式設(shè)備來提供本文所公開的EEG檢測系統(tǒng)130。圖8A-8B示出根據(jù)某些實(shí)施例用于SEP的EEG系統(tǒng)的LED燈。如圖所示，圖8A示出LED燈650，其中，關(guān)掉了所有四個(gè)LED燈(例如，未開啟閃爍)。如圖所示，圖8B示出 LED燈650，其中，開啟了所有四個(gè)LED燈(例如，閃爍開啟)。如圖所示，LED燈650安裝于盒形設(shè)備中，其例如能以代表給用戶的命令的模式閃爍。在某些實(shí)施例中，LED燈系統(tǒng)650 的四個(gè)單獨(dú)的LED燈中的每個(gè)LED燈都可獨(dú)立地開啟/關(guān)閉閃爍。在某些實(shí)施例中，LED燈系統(tǒng)650的LED燈以不同的固定頻率閃爍。在某些實(shí)施例中，LED燈系統(tǒng)650的LED燈以固定模式以可變頻率閃爍。在某些實(shí)施例中，四個(gè)LED燈中每一個(gè)以不同頻率閃爍。在某些實(shí)施例中，LED燈中每個(gè)燈的頻率以IHz或2Hz來分開(例如，可以下列頻率來設(shè)置四個(gè) LED燈9Hz、IOHz、11Ηζ和12Hz或其它頻率，諸如在8Hz至20Hz的范圍或者可有效地檢測 SEP的某些其它頻率范圍)。在某些實(shí)施例中，在LED燈系統(tǒng)650中包括少于四個(gè)或多于四個(gè)LED。在某些實(shí)施例中，閃爍模式受到控制器620控制(例如，使用FPGA控制器，諸如執(zhí)行Verilog代碼的Xilinx FPGA芯片來控制閃爍頻率)。圖9A-9B是示出根據(jù)某些實(shí)施例用于SEP的EEG系統(tǒng)的EEG數(shù)據(jù)和燈控制信號數(shù)據(jù)的圖。圖9A示出測量的EEG信號(以伏特(V)為單位)相對于時(shí)間(以秒為單位)。圖 9B示出光輸入信號(以赫茲(Hz)為單位)(例如，閃光事件)相對于時(shí)間(以秒為單位)。 如圖所示，光輸入信號為固定頻率的方波。圖10是樣本EEG數(shù)據(jù)的功率譜圖。特別地，圖10示出測量的EEG信號(以V為單位)相對于頻率(以Hz為單位)，其中描繪了兩個(gè)測量值第一測量的EEG信號，其中不存在光事件；和第二測量的信號，其中發(fā)生12Hz光事件且用戶正在觀看以12Hz的固定頻率開啟和關(guān)閉閃爍的光。如在圖10所示的此實(shí)例中所說明和如上文所討論的那樣，難以判斷在12Hz增加的功率是否是由于觀看12Hz的光造成或者其是否為不相關(guān)的噪音。圖11是示出根據(jù)某些實(shí)施例對于用于SEP的EEG系統(tǒng)，在光開始之后的平均EEG 數(shù)據(jù)的圖。特別地，圖11示出在光開始(例如，12Hz閃光事件)之后的平均EEG信號，其中數(shù)據(jù)的時(shí)間序列的平均值被時(shí)間鎖定到12Hz的閃光。如圖所示，閃光鎖定的平均信號提供這樣的信號形狀其可被識別來檢測正在注意光(例如，由用戶觀察到)從而有效地檢測 SEP(例如，使用閾值比較和/或標(biāo)記信號比較，如本文中所討論的那樣)。圖12是示出根據(jù)某些實(shí)施例對于用于SEP的EEG系統(tǒng)，閃光與原始EEG數(shù)據(jù)相關(guān)性的圖。特別地，圖12示出平均EEG信號(例如，閃光鎖定的平均信號)與閃光事件(例如，光閃爍)之間的相關(guān)性分析。在時(shí)間上的每個(gè)離散點(diǎn)處，測量的EEG信號與測量的光信號被相乘在一起。所有的這些結(jié)果一起被平均以形成相關(guān)數(shù)。在某些實(shí)施例中，使用在EEG 數(shù)據(jù)與光信號數(shù)據(jù)之間的時(shí)間偏移(例如，30ms)重復(fù)分析。結(jié)果是可用于確定正在注意光 (例如，由用戶觀察到)的特征性形狀，從而有效地檢測SEP。
圖13是根據(jù)某些實(shí)施例用于SEP的EEG系統(tǒng)的流程圖。在1302，該過程開始。在 1304，檢測到多個(gè)EEG信號樣本。在1306，使用EEG信號樣本生成刺激鎖定的平均信號。在某些實(shí)施例中，確定EEG信號的平均值，其時(shí)間鎖定到光開始和/或偏移事件(或多個(gè)光開始和/或偏移事件)。舉例而言，對于在光開始之后的規(guī)定時(shí)段(例如，50ms)，記錄EEG信號，且在一個(gè)或多個(gè)光開始中的每次開始之后執(zhí)行這種記錄。然后所得到的50ms EEG片段一起被平均以提供平均信號。在1308，判斷是否響應(yīng)于刺激事件模式而誘發(fā)EEG信號樣本 (例如，SEP判斷，諸如響應(yīng)于視覺事件)。例如，可使用各種技術(shù)來檢測刺激鎖定的平均信號的特征性形狀，包括在從開始的某延遲處與閾值比較，求某段時(shí)間上的平均EEG信號的積分且比較該結(jié)果與閾值，或者創(chuàng)建區(qū)分是否正在注意光的分類器。作為另一實(shí)例，理想平均值的原型(即，當(dāng)正在注意光時(shí))可被構(gòu)建且被乘以實(shí)際平均值。高值結(jié)果將指示注意到光?？梢远喾N方式來構(gòu)建原型，包括當(dāng)已知用戶正在觀看光時(shí)計(jì)算EEG平均值，或者當(dāng)已知用戶正在觀看光時(shí)構(gòu)建EEG數(shù)據(jù)的自動(dòng)回歸模型，和使用該自動(dòng)回歸模型的系數(shù)作為原型的數(shù)據(jù)要素。在1310，基于SEP判斷來提供控制信號。在1312，該過程完成。圖14是根據(jù)某些實(shí)施例用于SEP的EEG系統(tǒng)的另一流程圖。在1402，該過程開始。在1404，檢測并記錄(例如，存儲)多個(gè)EEG信號樣本。在1406，使用EEG信號樣本生成刺激鎖定的平均信號。在1408，計(jì)算刺激鎖定的平均信號的峰值，其中基于平均信號的最大值減去最小值來確定第一峰值。在1410，比較該峰值與閾值。舉例而言，如果用戶經(jīng)歷刺激誘發(fā)事件(例如，正在觀看閃光)，那么平均EEG信號將通常包括在閃爍開始之后不久能注意到的峰值(例如，在這些SEP的大約30ms至50ms偏移之后)。因此，可設(shè)置閾值(例如，標(biāo)記信號)來判斷是否存在峰值。在某些實(shí)施例中，基于利用特定用戶的測試來訓(xùn)練該系統(tǒng)，且基于訓(xùn)練來生成閾值(或者在某些實(shí)施例中，為信號標(biāo)記)。在某些實(shí)施例中，使用時(shí)間延遲偏移(例如，30ms至50ms)來使得EEG信號樣本與刺激事件模式相關(guān)以判斷是否響應(yīng)于刺激事件模式而誘發(fā)EEG信號樣本(例如，SEP判斷，諸如響應(yīng)于視覺事件)。在 1412，基于SEP判斷來提供控制信號。在1414，該過程完成。圖15是示出根據(jù)某些實(shí)施例的不同刺激頻率類型的圖。如圖所示，光輸入信號的刺激頻率可以是單個(gè)固定頻率，諸如方波，符號(sign)或三角波，具有調(diào)制的載波。在某些實(shí)施例中，使用混合頻率刺激，其中混合頻率刺激為，例如加在一起的兩個(gè)或更多個(gè)的固定頻率的組合。在某些實(shí)施例中，使用各種其它類型的非周期性信號且與時(shí)域分析相匹配。舉例而言，具有調(diào)制的載波將類似于具有與不同的較小的信號組合的在固定頻率處的大的正弦波分量的FM無線電信號。作為另一實(shí)例，可通過在頻率中添加某些變化來調(diào)整單頻率刺激。應(yīng)了解，還存在許多方式來構(gòu)建偽隨機(jī)碼，諸如在蜂窩電話網(wǎng)絡(luò)中使用的CDMA代碼。圖16是示出根據(jù)某些實(shí)施例的時(shí)域算法的圖。在某些實(shí)施例中，時(shí)域分類器技術(shù)使用EEG信號而無需轉(zhuǎn)換到頻域。舉例而言，可使用的一種方案是將EEG信號乘以與閃光相同頻率的正弦波。如果正弦波具有正確的頻率和相位，則輸出將具有相對大的幅度。與不正確的正弦波相比，這樣的輸出的絕對值將相對高。作為另一實(shí)例，可使用相關(guān)性分析， 其將EEG數(shù)據(jù)的每個(gè)點(diǎn)乘以光強(qiáng)度數(shù)據(jù)的每個(gè)點(diǎn)(例如，在減去均值之后)。如果在兩個(gè)數(shù)據(jù)向量之間無相關(guān)性，輸出將為零。也可在光強(qiáng)度數(shù)據(jù)與EEG的延遲版本之間計(jì)算相關(guān)性 (例如，使用適當(dāng)偏移，諸如30ms至50ms)。在某延遲處，對于正在被注意的光而言，相關(guān)性將通常為強(qiáng)。在下文中進(jìn)一步描述刺激鎖定平均技術(shù)的各種實(shí)施例。
圖17是示出根據(jù)某些實(shí)施例的四個(gè)刺激鎖定平均值的實(shí)例的圖。平均值之一已經(jīng)發(fā)展出特征性形狀，而其它平均值相對平坦。圖18是示出根據(jù)某些實(shí)施例生成閃光鎖定的平均信號的實(shí)例的圖。如圖18所示， 測量由于用戶觀看閃光所生成的EEG信號和用于控制光的信號。首先記錄在光開始之后的固定長度(IOOms)的EEG信號的片段。所記錄的數(shù)據(jù)一起被平均使得在光開始之后的第一 EEG數(shù)據(jù)點(diǎn)一起被平均，然后在光開始之后的所有第二數(shù)據(jù)點(diǎn)一起被平均，然后在光開始之后的第三數(shù)據(jù)點(diǎn)一起被平均，等等。結(jié)果提供與所記錄的片段相同長度的平均波形。舉例而言，如果用戶觀看光，那么平均波形將包括特征性形狀(例如，在光開始時(shí)間之后大約30ms 至50ms的EEG電壓的正偏轉(zhuǎn))?？梢远喾N方式來檢測這種特征性形狀。如果用戶沒有觀看光，那么平均波形將是大致平坦的。在某些實(shí)施例中，這種技術(shù)類似地用于生成刺激鎖定的平均信號。在某些實(shí)施例中，測量的EEG信號包括無意識的EEG信號響應(yīng)。在某些實(shí)施例中，測量的EEG信號還包括有意識的EEG信號響應(yīng)，諸如強(qiáng)度或注意力集中(focus)相關(guān)的 EEG信號響應(yīng)(例如，EEG信號的強(qiáng)度可以這樣的方式被更改其中(諸如外圍注意力集中相對于直接注意力集中(a periphery versus a direct focus))或者用戶觀察閃光(或多個(gè)閃光)的強(qiáng)度))。盡管已經(jīng)為了清楚理解的目的在某種詳細(xì)程度上描述了前述實(shí)施例，本發(fā)明并不限于所提供的細(xì)節(jié)。存在許多實(shí)施本發(fā)明的替代方式。所公開的實(shí)施例是說明性的而不是限制性的。
權(quán)利要求
1.一種系統(tǒng)，包括處理器，其被配置為生成多個(gè)EEG信號樣本的刺激鎖定的平均信號；以及判斷是否響應(yīng)于刺激事件模式而誘發(fā)所述多個(gè)EEG信號樣本；以及存儲器，其耦接到所述處理器且被配置為向所述處理器提供指令。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述刺激事件模式包括以固定頻率周期性地發(fā)出閃光的多個(gè)光源。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述刺激事件模式包括周期性地發(fā)出閃光的多個(gè)光源，包括以第一固定頻率發(fā)出閃光的第一光源和以第二固定頻率發(fā)出閃光的第二光源。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述刺激事件模式包括以多個(gè)頻率周期性地發(fā)出閃光的光源，包括以第一頻率的第一閃光和以第二頻率的第二閃光。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述刺激事件模式包括以非周期性頻率發(fā)出閃光的多個(gè)光源。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述刺激事件模式包括下列中的一個(gè)或多個(gè)視覺刺激事件模式；聲音刺激事件模式；以及觸覺刺激事件模式。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述刺激事件的模式包括多個(gè)光源，每個(gè)光源都提供獨(dú)立的閃光事件。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述多個(gè)EEG信號樣本被誘發(fā)作為用戶對所述系統(tǒng)的無意識響應(yīng)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述多個(gè)EEG信號包括有意識的EEG信號響應(yīng)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述多個(gè)EEG信號樣本中的每一個(gè)都包括多個(gè)樣本點(diǎn)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述多個(gè)EEG信號樣本中的每一個(gè)是EEG信號樣本的時(shí)間序列。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述刺激鎖定的平均信號包括閃光鎖定的平均信號。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中通過比較所述刺激鎖定平均值與閾值來進(jìn)行是否響應(yīng)于刺激事件模式而誘發(fā)所述多個(gè)EEG信號樣本的判斷。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中通過使所述刺激鎖定的平均值乘以先前創(chuàng)建的原型平均值來進(jìn)行是否響應(yīng)于刺激事件模式而誘發(fā)所述多個(gè)EEG信號樣本的判斷。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中通過使所述刺激鎖定的平均值乘以適應(yīng)于所述用戶EEG信號的原型平均值來進(jìn)行是否響應(yīng)于刺激事件模式而誘發(fā)所述多個(gè)EEG信號樣本的判斷。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中通過求所述EEG信號數(shù)據(jù)的積分以生成結(jié)果且比較所述結(jié)果與閾值來進(jìn)行是否響應(yīng)于刺激事件模式而誘發(fā)所述多個(gè)EEG信號樣本的判斷。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中通過使用時(shí)域分類器來執(zhí)行是否響應(yīng)于刺激事件模式而誘發(fā)所述多個(gè)EEG信號樣本的判斷。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中實(shí)時(shí)地執(zhí)行是否響應(yīng)于刺激事件模式而誘發(fā)所述多個(gè)EEG信號樣本的判斷。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述處理器還被配置為 判斷所述系統(tǒng)的用戶是否正在觀看第一光源。
20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述處理器還被配置為計(jì)算所述刺激鎖定的平均信號的第一峰值，其中基于所述刺激鎖定的平均信號的最大值減去最小值來確定所述第一峰值；以及比較所述第一峰值與閾值。
21.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述處理器還被配置為使用基于刺激定時(shí)的時(shí)間偏移來將所述多個(gè)EEG信號樣本與所述刺激事件模式相關(guān)。
22.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述處理器還被配置為基于第一用戶進(jìn)行訓(xùn)練以確定第一標(biāo)記信號來輔助使所述多個(gè)EEG信號樣本與所述第一用戶的刺激事件模式相關(guān)。
23.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中還包括多個(gè)電極，其包括有源EEG電極和基準(zhǔn)EEG電極，其中所述多個(gè)電極檢測所述多個(gè)EEG 信號樣本。
24.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述處理器還被配置為基于是否響應(yīng)于所述刺激事件模式而誘發(fā)所述多個(gè)EEG信號樣本的判斷來提供控制信號。
25.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述處理器還被配置為基于是否響應(yīng)于所述刺激事件模式而誘發(fā)所述多個(gè)EEG信號樣本的判斷來向裝置提供控制信號，其中所述裝置包括下列項(xiàng)中的一個(gè)或多個(gè)娛樂系統(tǒng)、教學(xué)系統(tǒng)、醫(yī)療系統(tǒng)、汽車系統(tǒng)和執(zhí)行應(yīng)用的計(jì)算機(jī)。
26.一種方法，其包括使用生物信號傳感器來測量多個(gè)EEG信號樣本； 使用多個(gè)EEG信號樣本生成刺激鎖定的平均信號；以及判斷是否響應(yīng)于刺激而誘發(fā)所述多個(gè)EEG信號樣本。
27.一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，所述計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品被包括于計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)中且包括計(jì)算機(jī)指令，所述計(jì)算機(jī)指令用于記錄多個(gè)EEG信號樣本；使用所述多個(gè)EEG信號樣本生成刺激鎖定的平均信號；以及判斷是否響應(yīng)于刺激模式而誘發(fā)所述多個(gè)EEG信號樣本。
全文摘要
公開了使用感覺誘發(fā)電位(SEP)(例如，視覺誘發(fā)電位)對裝置進(jìn)行EEG控制。在某些實(shí)施例中，系統(tǒng)接收多個(gè)EEG信號樣本；使用多個(gè)EEG信號樣本生成刺激鎖定的平均信號；以及判斷是否響應(yīng)于刺激模式而誘發(fā)多個(gè)EEG信號樣本。
文檔編號A61B5/0484GK102368950SQ201080012711
公開日2012年3月7日 申請日期2010年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月16日
發(fā)明者A·德羅姆, A·羅, T·J·薩利文 申請人:紐羅斯凱公司