本發(fā)明涉及醫(yī)學(xué)信息智能處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及基于旋轉(zhuǎn)視覺感知的穩(wěn)態(tài)運動誘發(fā)電位腦-機接口方法。
背景技術(shù)：
腦-機接口是指人或動物腦(或者腦細(xì)胞的培養(yǎng)物)與外部設(shè)備間建立的直接連接通路，常用方法有運動想象(Motor imagery,MI)、P300事件相關(guān)電位、瞬態(tài)視覺誘發(fā)電位(tVEP)、穩(wěn)態(tài)視覺誘發(fā)電位(SSVEP)等。相比而言，穩(wěn)態(tài)視覺誘發(fā)電位所需電極數(shù)目少、使用者不需要訓(xùn)練，辨識準(zhǔn)確率更高。然而，傳統(tǒng)的SSVEP，常采用光閃爍或圖形翻轉(zhuǎn)等刺激方式，易造成使用者視覺疲勞、降低大腦響應(yīng)和識辨準(zhǔn)確率，限制了其進(jìn)一步應(yīng)用。近年來有學(xué)者提出基于運動感知的腦-機接口范式，能避免長時間強刺激對大腦響應(yīng)產(chǎn)生的負(fù)面影響。運動視覺誘發(fā)電位(mVEP)分為瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)兩種，瞬態(tài)范式要求多刺激目標(biāo)按不同起始時刻作單一方向運動，運動具有方向特異性，易引發(fā)大腦運動后效應(yīng)。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種基于旋轉(zhuǎn)視覺感知的穩(wěn)態(tài)運動誘發(fā)電位腦-機接口方法(SSMVEP)，提高信噪比，降低使用者視覺疲勞，提升腦-機接口的交互性能。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：
一種基于旋轉(zhuǎn)視覺感知的穩(wěn)態(tài)運動誘發(fā)電位腦-機接口方法，包括以下步驟：
1)旋轉(zhuǎn)范式設(shè)計：
旋轉(zhuǎn)范式圖案寬和高為W和H，這里都設(shè)為150像素，顏色設(shè)置為紅色；為實現(xiàn)范式的旋轉(zhuǎn)，定義變量M，其值為這里將其圓整為M’；令[-M’，M’]間隔為1，生成一個大小為(2M’+1)×(2M’+1)的二維網(wǎng)格點，范式圖案像素點坐標(biāo)(x,y)對應(yīng)于每一網(wǎng)格點坐標(biāo)；旋轉(zhuǎn)范式生成公式為:
S＝0.5+0.5.*cos(π*th) (1)
其中S為范式圖案亮度值；th為旋轉(zhuǎn)范式圖案像素點(x,y)轉(zhuǎn)換為極坐標(biāo)后的極軸長度；
范式圖案是通過顯示屏一幀一幀呈現(xiàn)的，通過PSYCHTOOLBOX工具箱編程繪制范式圖案紋理，改變紋理旋轉(zhuǎn)角度Angle實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)范式運動，采用等角速度實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)范式的運動，其中：
Aanglei+1＝Anglei+n·D (2)
其中i表示第i幀范式圖案，D表示每一幀圖案轉(zhuǎn)過的角度，由式(2)知，當(dāng)n為+1時，范式順時針旋轉(zhuǎn)，當(dāng)n為-1時，范式逆時針旋轉(zhuǎn)，通過改變n的正負(fù)實現(xiàn)范式旋轉(zhuǎn)方向的改變，這里范式旋轉(zhuǎn)360度后反向；設(shè)范式運動頻率為f,即順-逆時針旋轉(zhuǎn)一個周期所需時間的倒數(shù)，反轉(zhuǎn)頻率為fc,即旋轉(zhuǎn)范式旋向改變的頻率，將反轉(zhuǎn)頻率fc作為誘發(fā)的SSMVEP信號基頻；
2)搭建腦-機接口平臺：
電極帽通過腦電采集設(shè)備和主控制器的輸入連接，主控制器的輸出通過顯示屏擴展和計算機屏幕的輸入連接，使用者頭戴電極帽端坐于屏幕前，頭部距離屏幕100-120cm,測量電極為O1、Oz、O2、POz、PO4和PO8，左耳垂放置參考電極，F(xiàn)Pz處為地電極，給各測量電極注入導(dǎo)電膏，保證電極與頭皮良好接觸；
3)旋轉(zhuǎn)范式呈現(xiàn)與識別：
主控制器通過顯示屏擴展使計算機屏幕上呈現(xiàn)數(shù)個刺激頻率不同的旋轉(zhuǎn)范式，使用者每次注視刺激范式圖案中任意一個，通過腦電采集設(shè)備采集使用者注視范式圖案時產(chǎn)生的腦電信號，然后經(jīng)過放大、濾波與A/D轉(zhuǎn)換后，將處理后的腦電信號輸入主控制器，將采集到的腦電信號利用典型相關(guān)分析進(jìn)行特征提取及分類識別；
4)識別結(jié)果通過屏幕輸出，完成視覺反饋后，返回步驟3)，進(jìn)行下一輪的目標(biāo)辨識。
本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明基于穩(wěn)態(tài)運動視覺電位，綜合利用人眼對色彩、形狀、亮度、運動等視覺信息的感知能力，設(shè)計了紅色旋轉(zhuǎn)范式，降低了使用者的視覺疲勞，提高了EEG信噪比，對注視目標(biāo)辨識準(zhǔn)確率也更高，具有低閃爍，低適應(yīng)性的特點，可以提升腦-機接口的交互性能。
附圖說明
圖1為本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)范式圖案。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作詳細(xì)描述。
一種基于旋轉(zhuǎn)視覺感知的穩(wěn)態(tài)運動誘發(fā)電位腦-機接口方法，包括以下步驟：
1)旋轉(zhuǎn)范式設(shè)計：
人眼視覺系統(tǒng)精細(xì)復(fù)雜，可以感知色彩、形狀、亮度、運動等不同視覺信息。視覺皮層包括“背側(cè)通道”、“腹側(cè)通道”兩條信息傳輸通路，前者可以感知高頻閃爍和運動信息，后者可以感知色彩、亮度等視覺信息，SSVEP主要利用人眼亮度感知通道，本發(fā)明為提高誘發(fā)腦電信號信噪比，提升識辨準(zhǔn)確率，將兩條通路都利用起來，設(shè)計了旋轉(zhuǎn)范式，由于人眼對紅色反應(yīng)較為敏感，潛伏期短，這里將范式圖案設(shè)置為紅色，參照圖1，旋轉(zhuǎn)范式圖案寬和高為W和H，這里都設(shè)為150像素；為實現(xiàn)范式的旋轉(zhuǎn)，定義變量M，其值為這里將其圓整為M’；令[-M’，M’]間隔為1，生成一個大小為(2M’+1)×(2M’+1)的二維網(wǎng)格點，范式圖案像素點坐標(biāo)(x,y)對應(yīng)于每一網(wǎng)格點坐標(biāo)；旋轉(zhuǎn)范式生成公式為:
S＝0.5+0.5.*cos(π*th) (1)
其中S為范式圖案亮度值；th為旋轉(zhuǎn)范式圖案像素點(x,y)轉(zhuǎn)換為極坐標(biāo)后的極軸長度；
范式圖案是通過顯示屏一幀一幀呈現(xiàn)的，通過PSYCHTOOLBOX工具箱編程繪制范式圖案紋理，改變紋理旋轉(zhuǎn)角度Angle實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)范式運動，本發(fā)明采用等角速度實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)范式的運動，其中：
Aanglei+1＝Anglei+n·D (2)
其中i表示第i幀范式圖案，D表示每一幀圖案轉(zhuǎn)過的角度，由式(2)可知，當(dāng)n為+1時，范式順時針旋轉(zhuǎn)，當(dāng)n為-1時，范式逆時針旋轉(zhuǎn)，通過改變n的正負(fù)實現(xiàn)范式旋轉(zhuǎn)方向的改變，這里范式旋轉(zhuǎn)360度后反向；設(shè)范式運動頻率為f,即順-逆時針旋轉(zhuǎn)一個周期所需時間的倒數(shù)，反轉(zhuǎn)頻率為fc,即旋轉(zhuǎn)范式旋向改變的頻率，本發(fā)明將反轉(zhuǎn)頻率fc作為誘發(fā)的SSMVEP信號基頻；
2)搭建腦-機接口平臺：
電極帽通過腦電采集設(shè)備和主控制器的輸入連接，主控制器的輸出通過顯示屏擴展和計算機屏幕的輸入連接，使用者頭戴電極帽端坐于屏幕前，頭部距離屏幕100-120cm,測量電極為O1、Oz、O2、POz、PO4和PO8，左耳垂放置參考電極，F(xiàn)Pz處為地電極，給各測量電極注入導(dǎo)電膏，保證電極與頭皮良好接觸；
3)旋轉(zhuǎn)范式呈現(xiàn)與識別：
主控制器通過顯示屏擴展使計算機屏幕上呈現(xiàn)數(shù)個刺激頻率不同的旋轉(zhuǎn)范式，使用者每次注視刺激范式圖案中任意一個，通過腦電采集設(shè)備采集使用者注視范式圖案時產(chǎn)生的腦電信號，然后經(jīng)過放大、濾波與A/D轉(zhuǎn)換后，將處理后的腦電信號輸入主控制器，將采集到的腦電信號利用典型相關(guān)分析進(jìn)行特征提取及分類識別；
4)識別結(jié)果通過屏幕輸出，完成視覺反饋后，返回步驟3)，進(jìn)行下一輪的目標(biāo)辨識。