專利名稱：基于顳肌表面肌電信號(hào)實(shí)現(xiàn)鼠標(biāo)控制的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用肌電信號(hào)實(shí)現(xiàn)鼠標(biāo)按鍵點(diǎn)擊和鼠標(biāo)光標(biāo)移動(dòng)功能控制的方法，屬 于康復(fù)工程及計(jì)算機(jī)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
鼠標(biāo)是一種計(jì)算機(jī)必不可少的輸入設(shè)備，目前的產(chǎn)品主要是通過手的移動(dòng)與點(diǎn)擊 實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)的控制，并不能滿足高位截癱和上肢殘疾患者的需求。近年來，基于腦電、眼電、肌電等生物電信號(hào)的人機(jī)交互技術(shù)成為遙操作機(jī)器人和 人機(jī)交互技術(shù)的研究前沿和熱點(diǎn)之一。經(jīng)過大量的研究表明，腦電和眼電信號(hào)的提取不夠 方便，易受個(gè)人誤動(dòng)作及周圍環(huán)境因素的影響，且腦電控制的成本較高，不易實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。 而表面肌電采集預(yù)處理技術(shù)已十分成熟，肌電控制作為人-機(jī)接口領(lǐng)域的一個(gè)新興分支， 在臨床肌肉疾病診斷、運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)、康復(fù)工程等領(lǐng)域越來越受關(guān)注。顳肌呈扇形，起于顳窩和 顳深筋膜的深面，肌束下行，聚集成扁腱，穿過顴弓深面止于下頌骨喙突的尖端、內(nèi)側(cè)和前 后緣，并延伸到下頌支的前緣直至第三磨牙處。顳肌整體收縮時(shí)，將協(xié)助提下頌向上，表現(xiàn) 為咬合動(dòng)作，經(jīng)過大量實(shí)驗(yàn)研究，咬牙動(dòng)作時(shí)顳肌產(chǎn)生的肌電信號(hào)特征明顯。因此可以利用 咬合動(dòng)作時(shí)顳肌產(chǎn)生的肌電信號(hào)作為鼠標(biāo)按鍵點(diǎn)擊和光標(biāo)移動(dòng)的控制信號(hào)。發(fā)明申請(qǐng)人200610024781. 3涉及的肌電信號(hào)控制鼠標(biāo)，可利用控制假手的肌電 信號(hào)來控制鼠標(biāo)的左右鍵開關(guān)，并利用現(xiàn)有的肌電控制假手來抓住鼠標(biāo)，靠殘肢的運(yùn)動(dòng)來 實(shí)現(xiàn)移動(dòng)鼠標(biāo)，從而實(shí)現(xiàn)光標(biāo)X、Y方向的運(yùn)動(dòng)。但此項(xiàng)專利控制裝置較復(fù)雜且仍然需要?dú)?肢進(jìn)行鼠標(biāo)的控制，不能滿足高位截癱等患者的控制需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為高位截癱、上肢截肢等上肢運(yùn)動(dòng)功能障礙患者提供一種可利用 自身肌電信號(hào)實(shí)現(xiàn)鼠標(biāo)點(diǎn)擊及鼠標(biāo)光標(biāo)移動(dòng)功能控制的方法。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下方案—種基于顳肌表面肌電信號(hào)實(shí)現(xiàn)鼠標(biāo)控制的方法，其特征在于包括以下步驟1)采集頭部左右兩側(cè)顳肌位置產(chǎn)生的肌電信號(hào)；2)分析識(shí)別所采集的顳肌表面肌電信號(hào)，將其轉(zhuǎn)換成控制信號(hào)；3)通過不同咬牙動(dòng)作引起的兩側(cè)肌電控制信號(hào)的組合，實(shí)現(xiàn)鼠標(biāo)按鍵點(diǎn)擊與鼠標(biāo) 光標(biāo)移動(dòng)功能。進(jìn)一步地所述的鼠標(biāo)按鍵點(diǎn)擊與鼠標(biāo)光標(biāo)移動(dòng)功能均只通過咬牙動(dòng)作實(shí)現(xiàn)。在所述步驟2)中，當(dāng)采集的肌電信號(hào)的值達(dá)到所取閾值范圍則表示動(dòng)作有效，根 據(jù)動(dòng)作持續(xù)時(shí)間將控制信號(hào)分為雜信號(hào)、按鍵信號(hào)與移動(dòng)信號(hào)，雜信號(hào)為誤動(dòng)作引入的無 效信號(hào)；按鍵信號(hào)對(duì)應(yīng)光標(biāo)方向切換功能與鼠標(biāo)按鍵的點(diǎn)擊功能；移動(dòng)信號(hào)對(duì)應(yīng)確定鍵功 能以及鼠標(biāo)光標(biāo)的移動(dòng)功能。
在所述步驟3)中當(dāng)只有左側(cè)顳肌位置產(chǎn)生按鍵信號(hào)時(shí)則對(duì)應(yīng)鼠標(biāo)左鍵點(diǎn)擊功能；當(dāng)只有右側(cè)顳肌位置產(chǎn)生按鍵信號(hào)時(shí)則對(duì)應(yīng)鼠標(biāo)右鍵點(diǎn)擊功能；當(dāng)左右顳肌位置同時(shí)產(chǎn)生按鍵信號(hào)時(shí)則對(duì)應(yīng)切換功能，其控制效果是實(shí)現(xiàn)當(dāng)前鼠 標(biāo)光標(biāo)移動(dòng)方向的切換；當(dāng)只有左側(cè)顳肌位置產(chǎn)生移動(dòng)信號(hào)時(shí)則對(duì)應(yīng)光標(biāo)向左/右方向移動(dòng)功能；當(dāng)只有右側(cè)顳肌位置產(chǎn)生的移動(dòng)信號(hào)時(shí)則對(duì)應(yīng)光標(biāo)上/下方向移動(dòng)功能；當(dāng)左右顳肌位置同時(shí)產(chǎn)生移動(dòng)信號(hào)時(shí)則對(duì)應(yīng)確定鍵功能，其控制效果是選中并打 開鼠標(biāo)光標(biāo)當(dāng)前所指文件。本發(fā)明可利用自身肌電信號(hào)實(shí)現(xiàn)鼠標(biāo)點(diǎn)擊及鼠標(biāo)光標(biāo)移動(dòng)功能控制。


圖1為系統(tǒng)及其控制框圖；圖2為控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；圖3和圖4均為鼠標(biāo)控制方法流程圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明涉及利用肌電信號(hào)實(shí)現(xiàn)鼠標(biāo)按鍵點(diǎn)擊和鼠標(biāo)光標(biāo)移動(dòng)功能控制的方法。不同位置、強(qiáng)度、持續(xù)時(shí)間的咬牙動(dòng)作會(huì)使顳肌產(chǎn)生不同特征的肌電信號(hào)，本發(fā)明 通過采集、處理與計(jì)算將其轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)可識(shí)別的鼠標(biāo)控制信號(hào)。選取頭部左右兩側(cè)顳肌位置產(chǎn)生的肌電信號(hào)進(jìn)行采集處理與計(jì)算將其轉(zhuǎn)換成控 制信號(hào)，通過雙通道控制信號(hào)不同的組合實(shí)現(xiàn)鼠標(biāo)按鍵點(diǎn)擊與鼠標(biāo)光標(biāo)移動(dòng)功能。鼠標(biāo)按鍵點(diǎn)擊與鼠標(biāo)光標(biāo)移動(dòng)功能均只用咬牙動(dòng)作時(shí)頭部顳肌位置的肌電信號(hào) 控制。采集不同咬牙動(dòng)作時(shí)頭部左右兩側(cè)顳肌產(chǎn)生的肌電信號(hào)，對(duì)該肌電信號(hào)進(jìn)行處理 與計(jì)算，將其轉(zhuǎn)換成控制信號(hào)，其值達(dá)到所取閾值范圍則表示動(dòng)作有效，根據(jù)動(dòng)作持續(xù)時(shí)間 將控制信號(hào)分為雜信號(hào)、按鍵信號(hào)與移動(dòng)信號(hào)，雜信號(hào)為誤動(dòng)作引入的無效信號(hào)；按鍵信號(hào) 對(duì)應(yīng)光標(biāo)方向切換功能與鼠標(biāo)按鍵的點(diǎn)擊功能；移動(dòng)信號(hào)對(duì)應(yīng)確定鍵功能以及鼠標(biāo)光標(biāo)的 移動(dòng)功能。只有左側(cè)顳肌位置產(chǎn)生按鍵信號(hào)(簡稱LS信號(hào))對(duì)應(yīng)鼠標(biāo)左鍵點(diǎn)擊功能；只有右 側(cè)顳肌位置產(chǎn)生按鍵信號(hào)(簡稱RS信號(hào))對(duì)應(yīng)鼠標(biāo)右鍵點(diǎn)擊功能；左右顳肌位置同時(shí)產(chǎn)生 按鍵信號(hào)(簡稱BS信號(hào))對(duì)應(yīng)切換功能，其控制效果是實(shí)現(xiàn)當(dāng)前鼠標(biāo)光標(biāo)移動(dòng)方向的切換 (左右方向的切換與上下方向的切換)。只有左側(cè)顳肌位置產(chǎn)生移動(dòng)信號(hào)(簡稱LL信號(hào))對(duì)應(yīng)光標(biāo)向左/右方向移動(dòng)功 能；只有右側(cè)顳肌位置產(chǎn)生的移動(dòng)信號(hào)(簡稱RL信號(hào))對(duì)應(yīng)光標(biāo)上/下方向移動(dòng)功能；左 右顳肌位置同時(shí)產(chǎn)生移動(dòng)信號(hào)(簡稱BL信號(hào))對(duì)應(yīng)確定鍵功能，其控制效果是選中并打開 鼠標(biāo)光標(biāo)當(dāng)前所指文件。下面對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)說明。根據(jù)該發(fā)明提供的方法，設(shè)計(jì)基于顳肌肌電信號(hào)的鼠標(biāo)控制系統(tǒng)，主要由四個(gè)模
4塊組成肌電信號(hào)采集模塊；信號(hào)處理與轉(zhuǎn)換模塊；無線傳輸模塊；計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件。其 中肌電信號(hào)采集模塊選取頭部顳肌位置作為肌電信號(hào)采集源，將采集到的肌電信 號(hào)進(jìn)行濾波、放大后傳輸給下一模塊進(jìn)行信號(hào)處理與轉(zhuǎn)換；信號(hào)處理和轉(zhuǎn)換模塊將經(jīng)過預(yù)處理的肌電信號(hào)通過單片機(jī)電路對(duì)其進(jìn)行處理與 計(jì)算，將其轉(zhuǎn)化成計(jì)算機(jī)可識(shí)別的鼠標(biāo)控制信號(hào)，通過不同位置咬牙動(dòng)作控制信號(hào)的組合 實(shí)現(xiàn)鼠標(biāo)點(diǎn)擊及鼠標(biāo)光標(biāo)移動(dòng)功能的控制；信號(hào)傳輸模塊采用無線技術(shù)實(shí)現(xiàn)控制信號(hào)的無線發(fā)送，接收端采用USB 口的無 線接收裝置；應(yīng)用軟件基于VB平臺(tái)的鼠標(biāo)(光標(biāo))控制的實(shí)現(xiàn)，根據(jù)咬牙動(dòng)作肌電信號(hào)模式 識(shí)別的結(jié)果，采用windows自帶的API函數(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)光標(biāo)的控制。具體操作過程參照附圖如圖1，選取顳肌位置的肌肉作為肌電信號(hào)的采集點(diǎn)，將采集的信號(hào)經(jīng)過處理與計(jì) 算并轉(zhuǎn)換成可實(shí)現(xiàn)鼠標(biāo)點(diǎn)擊與鼠標(biāo)光標(biāo)移動(dòng)等功能的控制信號(hào)，之后利用藍(lán)牙無線模塊完 成控制信號(hào)的無線發(fā)送與接收，計(jì)算機(jī)根據(jù)咬牙動(dòng)作肌電信號(hào)模式識(shí)別的結(jié)果，利用VB平 臺(tái)及windows自帶的API函數(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)上述功能的控制。如圖2所示，發(fā)生咬牙動(dòng)作時(shí)顳肌位置的肌電信號(hào)表現(xiàn)的特征明顯，將采集的肌 電信號(hào)經(jīng)過放大、濾波等預(yù)處理后傳入單片機(jī)電路，單片機(jī)電路將傳入的信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn) 換并將轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號(hào)參照采樣頻率及肌電信號(hào)電壓幅值等特征，并利用閾值判別法將其 轉(zhuǎn)換成可控制鼠標(biāo)的信號(hào)，之后利用藍(lán)牙無線技術(shù)完成控制信號(hào)的傳送與接收。如圖3所示，通過閾值判別法判斷是否有動(dòng)作產(chǎn)生，有動(dòng)作產(chǎn)生則信號(hào)置高電平， 沒有動(dòng)作產(chǎn)生則信號(hào)置低電平，根據(jù)高電平持續(xù)時(shí)間將信號(hào)分為雜信號(hào)、按鍵信號(hào)與移動(dòng) 信號(hào)。雜信號(hào)為無效信號(hào)，按鍵信號(hào)與移動(dòng)信號(hào)是控制信號(hào)，當(dāng)產(chǎn)生雜信號(hào)時(shí)返回產(chǎn)生雜信 號(hào)之前的信號(hào)狀態(tài)，當(dāng)產(chǎn)生有效信號(hào)時(shí)設(shè)定一定的高電平持續(xù)時(shí)間閾值，當(dāng)不超過閾值時(shí) 判斷其為按鍵信號(hào)，當(dāng)超過閾值時(shí)判斷其為移動(dòng)信號(hào)，將信號(hào)轉(zhuǎn)入下一模塊D(圖4)計(jì)算處 理。如圖4所示，不同位置的控制信號(hào)分別對(duì)應(yīng)鼠標(biāo)的左右鍵點(diǎn)擊功能與當(dāng)前鼠標(biāo)光 標(biāo)方向切換功能；不同位置的移動(dòng)信號(hào)分別對(duì)應(yīng)鼠標(biāo)的左/右與上/下移動(dòng)功能以及確定 鍵功能。具體內(nèi)容如下只有左側(cè)顳肌位置產(chǎn)生按鍵信號(hào)(簡稱LS信號(hào))對(duì)應(yīng)鼠標(biāo)左鍵點(diǎn)擊功能；只有右 側(cè)顳肌位置產(chǎn)生按鍵信號(hào)(簡稱RS信號(hào))對(duì)應(yīng)鼠標(biāo)右鍵點(diǎn)擊功能；左右顳肌位置同時(shí)產(chǎn)生 按鍵信號(hào)(簡稱BS信號(hào))對(duì)應(yīng)切換功能，其控制效果是實(shí)現(xiàn)當(dāng)前鼠標(biāo)光標(biāo)移動(dòng)方向的切換 (左右方向的切換與上下方向的切換)。只有左側(cè)顳肌位置產(chǎn)生移動(dòng)信號(hào)(簡稱LL信號(hào))對(duì)應(yīng)光標(biāo)向左/右方向移動(dòng)功 能；只有右側(cè)顳肌位置產(chǎn)生的移動(dòng)信號(hào)(簡稱RL信號(hào))對(duì)應(yīng)光標(biāo)上/下方向移動(dòng)功能；左 右顳肌位置同時(shí)產(chǎn)生移動(dòng)信號(hào)(簡稱BL信號(hào))對(duì)應(yīng)確定鍵功能，其控制效果是選中并打開 鼠標(biāo)光標(biāo)當(dāng)前所指文件。如操作已完成則結(jié)束信號(hào)采集，如操作未完成則返回繼續(xù)采集處理肌電信號(hào)。
權(quán)利要求
1.一種基于顳肌表面肌電信號(hào)實(shí)現(xiàn)鼠標(biāo)控制的方法，其特征在于包括以下步驟1)采集頭部左右兩側(cè)顳肌位置產(chǎn)生的肌電信號(hào)；2)分析識(shí)別所采集的顳肌表面肌電信號(hào)，將其轉(zhuǎn)換成控制信號(hào)；3)通過不同咬牙動(dòng)作引起的兩側(cè)肌電控制信號(hào)的組合，實(shí)現(xiàn)鼠標(biāo)按鍵點(diǎn)擊與鼠標(biāo)光標(biāo) 移動(dòng)功能。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于顳肌表面肌電信號(hào)實(shí)現(xiàn)鼠標(biāo)控制的方法，其特征在于 所述的鼠標(biāo)按鍵點(diǎn)擊與鼠標(biāo)光標(biāo)移動(dòng)功能均只通過咬牙動(dòng)作實(shí)現(xiàn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于顳肌表面肌電信號(hào)實(shí)現(xiàn)鼠標(biāo)控制的方法，其特征在于在所述步驟2)中，當(dāng)采集的肌電信號(hào)的值達(dá)到所取閾值范圍則表示動(dòng)作有效，根據(jù)動(dòng) 作持續(xù)時(shí)間將控制信號(hào)分為雜信號(hào)、按鍵信號(hào)與移動(dòng)信號(hào)，雜信號(hào)為誤動(dòng)作引入的無效信 號(hào)；按鍵信號(hào)對(duì)應(yīng)光標(biāo)方向切換功能與鼠標(biāo)按鍵的點(diǎn)擊功能；移動(dòng)信號(hào)對(duì)應(yīng)確定鍵功能以 及鼠標(biāo)光標(biāo)的移動(dòng)功能。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于顳肌表面肌電信號(hào)實(shí)現(xiàn)鼠標(biāo)控制的方法，其特征在于 在所述步驟幻中當(dāng)只有左側(cè)顳肌位置產(chǎn)生按鍵信號(hào)時(shí)則對(duì)應(yīng)鼠標(biāo)左鍵點(diǎn)擊功能； 當(dāng)只有右側(cè)顳肌位置產(chǎn)生按鍵信號(hào)時(shí)則對(duì)應(yīng)鼠標(biāo)右鍵點(diǎn)擊功能； 當(dāng)左右顳肌位置同時(shí)產(chǎn)生按鍵信號(hào)時(shí)則對(duì)應(yīng)切換功能，其控制效果是實(shí)現(xiàn)當(dāng)前鼠標(biāo)光 標(biāo)移動(dòng)方向的切換；當(dāng)只有左側(cè)顳肌位置產(chǎn)生移動(dòng)信號(hào)時(shí)則對(duì)應(yīng)光標(biāo)向左/右方向移動(dòng)功能； 當(dāng)只有右側(cè)顳肌位置產(chǎn)生移動(dòng)信號(hào)時(shí)則對(duì)應(yīng)光標(biāo)上/下方向移動(dòng)功能； 當(dāng)左右顳肌位置同時(shí)產(chǎn)生移動(dòng)信號(hào)時(shí)則對(duì)應(yīng)確定鍵功能，其控制效果是選中并打開鼠 標(biāo)光標(biāo)當(dāng)前所指文件。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種利用頭部表面肌電信號(hào)實(shí)現(xiàn)鼠標(biāo)按鍵點(diǎn)擊及鼠標(biāo)光標(biāo)移動(dòng)功能控制的方法。不同位置、強(qiáng)度、持續(xù)時(shí)間的咬牙動(dòng)作會(huì)產(chǎn)生不同特征的肌電信號(hào)，通過采集與處理咬牙動(dòng)作時(shí)頭部顳肌位置的肌電信號(hào)，將其轉(zhuǎn)換成可實(shí)現(xiàn)鼠標(biāo)按鍵點(diǎn)擊及鼠標(biāo)光標(biāo)移動(dòng)功能的控制信號(hào)并通過無線技術(shù)與計(jì)算機(jī)連接，以使高位截癱、上肢截肢等上肢運(yùn)動(dòng)功能障礙患者能夠利用簡單的咬牙動(dòng)作實(shí)現(xiàn)對(duì)計(jì)算機(jī)鼠標(biāo)的控制。
文檔編號(hào)G06F3/033GK102117119SQ20111003130
公開日2011年7月6日 申請(qǐng)日期2011年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月28日
發(fā)明者張騰宇, 李立峰, 趙域 申請(qǐng)人:國家康復(fù)輔具研究中心