基于腦機(jī)接口的雙上肢殘疾人電話系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種基于腦機(jī)接口控制的雙上肢殘疾人電話系統(tǒng)，包括視覺(jué)刺激器、腦電采集平臺(tái)、系統(tǒng)控制與數(shù)據(jù)處理單元、電話控制模塊和電話機(jī)；當(dāng)用戶注視視覺(jué)刺激器某個(gè)LED時(shí)，在大腦特定的區(qū)域就會(huì)產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)視覺(jué)誘發(fā)電位；腦電采集平臺(tái)實(shí)時(shí)采集腦電信號(hào)，經(jīng)放大、濾波與模數(shù)轉(zhuǎn)換后，輸入系統(tǒng)控制與數(shù)據(jù)處理單元進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，檢測(cè)穩(wěn)態(tài)視覺(jué)誘發(fā)電位信號(hào)的頻率，識(shí)別用戶注視的LED顯示器，并將該顯示器對(duì)應(yīng)的命令傳輸?shù)诫娫捒刂颇K；電話控制模塊根據(jù)接收的命令控制該電話系統(tǒng)執(zhí)行相應(yīng)的操作。本發(fā)明由視覺(jué)表達(dá)操作意圖，免除了用戶的肢體動(dòng)作，操作自然，使用方便，實(shí)現(xiàn)了電話通信的基本功能，撥號(hào)準(zhǔn)確率高、工作穩(wěn)定，用戶幾乎不需要訓(xùn)練。
【專利說(shuō)明】基于腦機(jī)接口的雙上肢殘疾人電話系統(tǒng)【技術(shù)領(lǐng)域】[0001]本發(fā)明涉及腦科學(xué)技術(shù)和通信技術(shù)，更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及腦機(jī)接口技術(shù)與電 話通信技術(shù)。技術(shù)背景[0002]電話是現(xiàn)代社會(huì)一個(gè)非常普及的通信設(shè)備，電話通信已經(jīng)成為人們傳遞信息的主 要方法。然而，現(xiàn)有的電話機(jī)都是為上肢健全的人設(shè)計(jì)的，都需要借助手指撥號(hào)才能使用。 然而，一些人由于各種神經(jīng)肌肉類疾病(如肌肉萎縮性側(cè)索硬化、腦干中風(fēng)、腦癱、脊髓損 傷、以及帕金森氏等)，雙手不受大腦控制而不能運(yùn)動(dòng)。這些雙上肢殘疾者不能使用現(xiàn)有的 電話機(jī)進(jìn)行通信，既不能接聽(tīng)電話，也不能撥打電話，給他們的生活帶來(lái)極大的困擾。因此， 如何幫助他們實(shí)現(xiàn)電話通信的愿望，是科技界面臨的一個(gè)極具挑戰(zhàn)性的問(wèn)題。[0003]腦機(jī)接口(Brain-Computer Interface, BCI)監(jiān)測(cè)用戶的腦活動(dòng),解讀用戶的意 圖，并將用戶的意圖轉(zhuǎn)化為外部命令。BCI是在大腦與外部設(shè)備之間建立的一條直接的通信 通道。不同于人的正常的由外周神經(jīng)和肌肉組成的輸出通道，BCI能夠使人直接通過(guò)大腦 來(lái)表達(dá)思想或操縱設(shè)備，而不需要借助語(yǔ)言和肢體動(dòng)作。對(duì)于遭受運(yùn)動(dòng)殘疾的人而言，BCI 可以幫助他們實(shí)現(xiàn)移動(dòng)、通信和獨(dú)立，從而改進(jìn)他們的生活質(zhì)量。[0004]不同的腦電(Electroencephalography, EEG)信號(hào)分量，例如慢皮層電位、mu/ beta節(jié)律、事件相關(guān)P300電位、以及視覺(jué)誘發(fā)電位(Visual Evoked Potential, VEP),都 可以用作BCI的特征信號(hào)。在這些BCI實(shí)現(xiàn)方法中，基于VEP的BCI由于具有如下四個(gè)優(yōu) 點(diǎn)，因而獲得了越來(lái)越多的注意:1)高的信息傳輸率；2)幾乎不需要用戶訓(xùn)練；3)低的用戶 變化；4)易于使用。[0005]VEP反映了大腦的視覺(jué)信息處理機(jī)制，是人眼對(duì)閃光刺激的一種響應(yīng)。按照重復(fù) 刺激的頻率不同，VEP可分為暫態(tài)VEP與穩(wěn)態(tài)VEP。當(dāng)視覺(jué)刺激的重復(fù)頻率較低時(shí)，兩次連 續(xù)刺激引起的響應(yīng)不會(huì)產(chǎn)生交迭，每次刺激產(chǎn)生的響應(yīng)獨(dú)立于以前的刺激，這種響應(yīng)稱為 暫態(tài)VEP (Transient VEP, TVEP);當(dāng)視覺(jué)刺激的重復(fù)頻率高于6Hz時(shí)，連續(xù)幾次刺激誘發(fā) 的響應(yīng)會(huì)迭加在一起，大腦皮層神經(jīng)元發(fā)放會(huì)與刺激頻率同步，在枕區(qū)和頂區(qū)腦電活動(dòng)的 節(jié)律明顯增強(qiáng)，形成一種穩(wěn)定的響應(yīng)，稱為穩(wěn)態(tài)VEP (Stedy-State VEP, SSVEP)。SSVEP具 有與視覺(jué)刺激頻率相同的基波頻率及其諧波，其基波頻率可用特定的信號(hào)處理算法進(jìn)行檢 測(cè)。[0006]目前，只有申請(qǐng)?zhí)枮?01010539169.6的中國(guó)專利公開(kāi)了一種雙上肢殘疾人電話 機(jī)。該發(fā)明在普通電話機(jī)免提鍵上安裝一個(gè)套筒，實(shí)現(xiàn)了接電話和掛機(jī)的功能。該項(xiàng)技術(shù) 需要用戶用嘴巴按動(dòng)免提開(kāi)關(guān)進(jìn)行操作，使用既不方便，也不雅觀；另外，該項(xiàng)技術(shù)只能幫 助用戶接聽(tīng)電話，不能幫助他們撥號(hào)打電話，沒(méi)有完全實(shí)現(xiàn)電話通信功能。[0007]BCI是一種非肌肉的通信與控制通道，這種通道可以幫助運(yùn)動(dòng)障礙者繞過(guò)人類正 常的神經(jīng)肌肉通道，實(shí)現(xiàn)與外部世界的通信或控制外部設(shè)備。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0008]本發(fā)明的目的是提出一種基于腦機(jī)接口(BCI)的雙上肢殘疾人電話系統(tǒng)，包括視覺(jué)刺激器、腦電采集平臺(tái)、系統(tǒng)控制與數(shù)據(jù)處理單元、電話控制模塊以及電話機(jī)。用戶通過(guò)注視視覺(jué)刺激器上特定的LED顯示器來(lái)表達(dá)操作意圖，腦電采集平臺(tái)實(shí)現(xiàn)腦電信號(hào)的采集、放大、濾波和模數(shù)轉(zhuǎn)換，并將數(shù)字信號(hào)傳輸給系統(tǒng)控制與數(shù)據(jù)處理單元。系統(tǒng)控制與數(shù)據(jù)處理單元實(shí)時(shí)檢測(cè)穩(wěn)態(tài)視覺(jué)誘發(fā)電位(SSVEP)信號(hào)的頻率，識(shí)別該頻率對(duì)應(yīng)的LED，并將其代表的命令傳輸?shù)诫娫捒刂颇K，控制電話機(jī)執(zhí)行摘機(jī)、撥號(hào)、掛機(jī)、重?fù)艿炔僮?。本發(fā)明可以幫助雙上肢殘疾患者實(shí)現(xiàn)電話通信的愿望，使他們不僅能夠接聽(tīng)電話，而且能夠撥打電話，從而極大地改進(jìn)他們的生活質(zhì)量。[0009]本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。[0010]本發(fā)明所述的一種基于腦機(jī)接口控制的雙上肢殘疾人電話系統(tǒng)包括視覺(jué)刺激器、 腦電采集平臺(tái)、系統(tǒng)控制與數(shù)據(jù)處理單元、電話控制模塊和電話機(jī)。其中，視覺(jué)刺激器由16 個(gè)LED顯示器組成，它們以不同的頻率同時(shí)發(fā)光。當(dāng)用戶注視視覺(jué)刺激器某個(gè)LED時(shí)，在大腦特定的區(qū)域就會(huì)產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)視覺(jué)誘發(fā)電位，其基波頻率與該LED的發(fā)光頻率相同；腦電采集平臺(tái)實(shí)時(shí)采集腦電信號(hào)，經(jīng)過(guò)放大、濾波與模數(shù)轉(zhuǎn)換后，通過(guò)數(shù)據(jù)線輸入計(jì)算機(jī)；系統(tǒng)控制與數(shù)據(jù)處理單元對(duì)接收的腦電數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，檢測(cè)穩(wěn)態(tài)視覺(jué)誘發(fā)電位信號(hào)的頻率， 識(shí)別用戶注視的LED顯示器，并將該顯示器對(duì)應(yīng)的命令傳輸?shù)诫娫捒刂颇K；電話控制模塊根據(jù)接收的命令控制該電話系統(tǒng)執(zhí)行相應(yīng)的操作。[0011]所述視覺(jué)刺激器由刺激器面板與刺激器控制電路組成，用于產(chǎn)生不同頻率的視覺(jué)刺激。刺激器面板由16個(gè)發(fā)白色光的LED顯示器和15個(gè)數(shù)碼管顯示器組成。16個(gè)LED排列成4X4的刺激矩陣，用于模擬16個(gè)按鍵的電話撥號(hào)鍵盤(pán)。每個(gè)LED為2cmX2cm的矩形方塊。兩個(gè)相鄰LED的水平距離為3cm，而垂直距離為2.5cm。15個(gè)數(shù)碼管顯示器排列成一行，用于顯示輸入的電話號(hào)碼。[0012]刺激器控制電路由復(fù)雜可編程邏輯器件(CPLD )芯片及其外圍電路構(gòu)成，用于產(chǎn)生 16路不同頻率、調(diào)制深度為1/2的方波信號(hào)，控制16個(gè)LED以不同的頻率和不同的時(shí)序閃光。這16路方波信號(hào)由復(fù)雜可編程邏輯器件芯片I/O端口輸出，它們的工作模式由復(fù)雜可編程邏輯器件外圍的4個(gè)撥碼開(kāi)關(guān)(SW1-SW4)來(lái)設(shè)定。每個(gè)LED的閃光頻率可以通過(guò)程序設(shè)定和改變，頻率范圍為6Hz~30Hz (最佳為6Hz~20Hz)，頻率之間的最小間隔為0.5Hz。[0013]每個(gè)LED顯示器內(nèi)部包含6個(gè)發(fā)光二極管，組成由3個(gè)發(fā)光二極管串連的雙列結(jié)構(gòu)。為了保證足夠的發(fā)光強(qiáng)度，需要給每個(gè)LED顯示器施加電流驅(qū)動(dòng)電路。由復(fù)雜可編程邏輯器件芯片I/O端口輸出的每一路方波信號(hào)分別輸送至一路電流驅(qū)動(dòng)電路。16路電流驅(qū)動(dòng)電路相互獨(dú)立、互不干擾。[0014]每個(gè)LED顯示器對(duì)應(yīng)于一個(gè)特定的命令。用戶想要執(zhí)行某個(gè)命令時(shí)，只要注視對(duì)應(yīng)的LED顯示器，這時(shí)在用戶大腦枕部區(qū)域會(huì)產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)視覺(jué)誘發(fā)電位信號(hào)，其 基波頻率與被注視LED的發(fā)光頻率相同。因此，用戶的意圖(即用戶注視的LED)可通過(guò)分析其腦電信號(hào)、檢測(cè)SSVEP信號(hào)的頻率來(lái)確定。[0015]這個(gè)4X4的虛擬電話撥號(hào)鍵盤(pán)包括10個(gè)數(shù)字鍵(O~9)和6個(gè)功能鍵:一(退格)，D (撥號(hào))，HU (掛機(jī))，PU (摘機(jī))，RD (重?fù)?與 ^ (確認(rèn))。通過(guò)注視相應(yīng)的按鍵，用戶可以輸入一個(gè)電話號(hào)碼、執(zhí)行一個(gè)功能操作或者刪除輸入錯(cuò)誤。數(shù)字鍵用于輸入電話號(hào)碼；‘D’鍵用于將輸入正確的號(hào)碼撥出；‘RD’鍵用于撥打前一個(gè)撥出的號(hào)碼；‘PU’鍵用于接聽(tīng)或撥打電話前的摘機(jī)操作；‘HU’鍵用于通話結(jié)束后的掛機(jī)操作；‘一’鍵用于刪除輸入錯(cuò)誤；‘U’鍵用于對(duì)前4個(gè)功能鍵進(jìn)行確認(rèn)。
[0016]所述腦電采集平臺(tái)包括電極帽與腦電采集儀，電極帽用于采集腦電信號(hào)，腦電采集儀用于對(duì)采集的腦電信號(hào)進(jìn)行放大、濾波與模數(shù)轉(zhuǎn)換。電極帽包括由7個(gè)電極組成記錄通道，位于大腦枕部區(qū)域。按照“國(guó)際10/20標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)聯(lián)系統(tǒng)”放置，7個(gè)電極的位置分別為01，02，Pz, P3, P4, P7, P8。
[0017]所述系統(tǒng)控制與數(shù)據(jù)處理單元執(zhí)行系統(tǒng)初始化、視覺(jué)刺激器啟動(dòng)、數(shù)據(jù)采集控制、數(shù)據(jù)接收與保存、數(shù)字信號(hào)處理、以及控制命令輸出操作。系統(tǒng)控制與數(shù)據(jù)處理單元的軟件基于C++平臺(tái)開(kāi)發(fā)。腦電采集平臺(tái)與系統(tǒng)控制與數(shù)據(jù)處理單元之間的數(shù)據(jù)傳輸遵循TCP/IP協(xié)議。
[0018]數(shù)字信號(hào)處理是指對(duì)腦電信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，檢測(cè)穩(wěn)態(tài)視覺(jué)誘發(fā)電位信號(hào)的頻率，識(shí)別該頻率對(duì)應(yīng)的用戶命令。該電話系統(tǒng)使用典型相關(guān)分析(Canonical CorrelationAnalysis, CCA)對(duì)腦電信號(hào)中穩(wěn)態(tài)視覺(jué)誘發(fā)電位的頻率進(jìn)行檢測(cè)。CCA是一種多變量統(tǒng)計(jì)方法，用于兩個(gè)變量存在某種隱含相關(guān)的情況。在該電話系統(tǒng)中，CCA方法用于描述刺激信號(hào)與記錄的腦電信號(hào)之間的關(guān)系。
[0019]所述電話控制模塊由單片機(jī)和通用無(wú)線分組業(yè)務(wù)(GPRS)模塊構(gòu)成，單片機(jī)通過(guò)串口與系統(tǒng)控制與數(shù)據(jù)處理單元通信，接收系統(tǒng)控制與數(shù)據(jù)處理單元傳來(lái)的數(shù)據(jù)指令，通過(guò)第二串口對(duì)通用無(wú)線分組業(yè)務(wù)模塊發(fā)送相應(yīng)的AT指令。電話控制模塊軟件執(zhí)行與系統(tǒng)控制與數(shù)據(jù)處理單元的通信、握手、命令識(shí)別和對(duì)電話機(jī)的控制，從而實(shí)現(xiàn)摘機(jī)、撥號(hào)、掛機(jī)、重?fù)艿裙δ堋?br> [0020]所述電話機(jī)是指一部普通電話機(jī)除了電話控制模塊和電話鍵盤(pán)之外的其余部分，主要包括話筒、聽(tīng)筒、電源(電池)、以及振鈴電路等。
[0021]本發(fā)明基于SSVEP的BCI技術(shù)，通過(guò)用戶的視覺(jué)控制，實(shí)現(xiàn)了無(wú)接觸式電話撥號(hào)與接聽(tīng)，從而解決了雙上肢殘疾人的電話通信問(wèn)題。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的效果:由視覺(jué)表達(dá)操作意圖，免除了用戶的肢體動(dòng)作，操作自然，使用方便，避免了雙上肢殘疾者使用嘴巴或身體其它部位進(jìn)行操作的尷尬。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了電話通信的基本功能，用戶不僅能夠接聽(tīng)電話，而且能夠撥打電話。在無(wú)需肢體動(dòng)作參與的條件下，用戶能夠自主地執(zhí)行摘機(jī)、撥號(hào)、掛機(jī)、重?fù)?、以及刪除輸入錯(cuò)誤等操作。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的電話系統(tǒng)撥號(hào)準(zhǔn)確率高、工作穩(wěn)定，用戶幾乎不需要訓(xùn)練。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1是本發(fā)明雙上肢殘疾人電話系統(tǒng)原理圖。
[0023]圖2是本發(fā)明視覺(jué)刺激器面板圖。
[0024]圖3是本發(fā)明LED控制信號(hào)產(chǎn)生電路圖。
[0025]圖4是本發(fā)明LED電流驅(qū)動(dòng)電路圖。
[0026]圖5是本發(fā)明電極位置分布圖。
[0027]圖6是本發(fā)明系統(tǒng)控制與數(shù)據(jù)處理單元程序流程圖。
[0028]圖7是本發(fā)明CCA用于SSVEP頻率識(shí)別的方法。[0029]圖8是本發(fā)明電話控制模塊中單片機(jī)STC12C5A60s2及外圍電路圖。[0030]圖9是本發(fā)明電話控制模塊中GPRS模塊SIM300及外圍電路圖。【具體實(shí)施方式】[0031]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚、明確，以下參照附圖并舉實(shí)施例進(jìn) 一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明的應(yīng)用不限于所述的舉例，對(duì)本領(lǐng)域的專業(yè)人員來(lái) 說(shuō)，可以根據(jù)上述說(shuō)明加以改進(jìn)或變換，所有這些改進(jìn)和變換都屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求 的保護(hù)范圍。[0032]如圖1所示，基于腦機(jī)接口的雙上肢殘疾人電話系統(tǒng)包括依次連接的視覺(jué)刺激 器、腦電采集平臺(tái)、系統(tǒng)控制與數(shù)據(jù)處理單元、電話控制模塊與電話機(jī)。用戶頭戴7導(dǎo)聯(lián) 的電極帽，坐在桌邊的椅子上，視覺(jué)刺激器放在用戶正前方的桌面上，距離用戶眼睛大約 50cm。腦電采集儀放在刺激器后邊，本實(shí)施例中將筆記本電腦作為系統(tǒng)控制與數(shù)據(jù)處理單 元，放在刺激器的左邊。為便于用戶通話，電話控制模塊與電話機(jī)放在靠近用戶的桌邊，電 話機(jī)設(shè)置為免提狀態(tài)。[0033]如圖2所示，16個(gè)發(fā)白色光的LED分布在視覺(jué)刺激器面板上，組成了一個(gè)4X4的 刺激矩陣，用于模擬一個(gè)電話撥號(hào)鍵盤(pán)，包括10個(gè)數(shù)字鍵(O?9)和6個(gè)功能鍵:一(退 格)，D (撥號(hào))，HU (掛機(jī))，PU (摘機(jī))，F(xiàn)D (重?fù)?與J (確認(rèn))。通過(guò)注視相應(yīng)的 按鍵，用戶可以輸入電話號(hào)碼、執(zhí)行功能操作或刪除輸入錯(cuò)誤。當(dāng)電話鈴聲響起后，用戶注 視‘PU’鍵將電話機(jī)切換到通話狀態(tài)，即可與對(duì)方通話；當(dāng)需要撥打電話時(shí)，用戶注視‘PU’ 鍵將電話切換到撥號(hào)狀態(tài)，通過(guò)注視相應(yīng)的數(shù)字鍵可輸入電話號(hào)碼。如果輸入發(fā)生錯(cuò)誤，用 戶可以使用‘一’鍵刪除輸入錯(cuò)誤，重新輸入數(shù)字。當(dāng)電話號(hào)碼輸入正確后，用戶注視‘D’鍵 可以將號(hào)碼撥出；通話結(jié)束后，用戶注視‘HU’鍵可將電話掛斷；使用‘RD’鍵，用戶可以重?fù)?前一次撥打的號(hào)碼。為了減少操作錯(cuò)誤，前5個(gè)功能鍵必須與鍵聯(lián)合使用。[0034]如圖3、圖4所示，刺激器控制電路由LED調(diào)制信號(hào)產(chǎn)生電路與LED驅(qū)動(dòng)電路組成。 LED調(diào)制信號(hào)產(chǎn)生電路由復(fù)雜可編程邏輯器件(CPLD)芯片EMP1270T144及其外圍電路構(gòu) 成，產(chǎn)生16路調(diào)制深度為1/2的方波信號(hào)，由I/O端口 SI?S16輸出，控制16個(gè)LED以不 同的頻率和不同的時(shí)序模式閃光。端口 CLKO (引腳18)與晶體振蕩器LTC6905-80相連， 用于產(chǎn)生48MHz的方波信號(hào)，經(jīng)過(guò)分頻可產(chǎn)生所需要的LED調(diào)制信號(hào)。LED的閃光頻率可 以通過(guò)程序設(shè)定和改變，頻率范圍為6Hz?20Hz，頻率之間的最小間隔為0.5Hz。撥碼開(kāi)關(guān) Sffl?SW4可用于設(shè)定16路方波信號(hào)的工作模式。方波調(diào)制信號(hào)SI?S16分別輸出至一 路電流驅(qū)動(dòng)電路。16路電流驅(qū)動(dòng)電路相互獨(dú)立、互不干擾。圖4給出了一路電流驅(qū)動(dòng)電路 原理圖。[0035]如圖5所示，電極帽用于采集腦電信號(hào)，包括位于枕部區(qū)域的7個(gè)電極作為腦電信 號(hào)記錄通道，電極按照“國(guó)際10/20標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)聯(lián)系統(tǒng)”放置，7個(gè)電極位置分別為01，02，Pz, P3, P4, P7, P8。為保證電極與頭皮有良好的接觸，電極帽插孔中注入具有良好導(dǎo)電特性 的導(dǎo)電膠，電阻在5千歐以下。[0036]受試者通過(guò)注視特定的LED來(lái)表達(dá)操作意圖，相應(yīng)的腦電信號(hào)經(jīng)電極帽采集，再 經(jīng)腦電采集儀放大、濾波和模數(shù)轉(zhuǎn)換處理，傳輸?shù)焦P記本電腦中系統(tǒng)控制與數(shù)據(jù)處理單元。[0037]如圖6所示，系統(tǒng)控制與數(shù)據(jù)處理單元在計(jì)算機(jī)中通過(guò)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，其處理步驟依次為系統(tǒng)初始化、視覺(jué)刺激器啟動(dòng)、數(shù)據(jù)采集控制、數(shù)據(jù)接收與保存、數(shù)字信號(hào)處理以及控制命令輸出。該單元具有兩個(gè)主要功能:一是對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的工作狀態(tài)進(jìn)行控制，二是對(duì)腦電數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，識(shí)別用戶的操作命令。系統(tǒng)控制軟件基于C++平臺(tái)開(kāi)發(fā)，腦電采集儀與筆記本電腦之間的數(shù)據(jù)傳輸遵循TCP/IP協(xié)議。
[0038]用于實(shí)時(shí)處理的腦電數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為2秒，移動(dòng)步長(zhǎng)為0.5秒。為了改進(jìn)目標(biāo)識(shí)別的可靠性，只有在連續(xù)兩次檢測(cè)為同一刺激頻率時(shí)，SSVEP頻率識(shí)別才有效。
[0039]如圖7所示，使用典型相關(guān)分析(CCA)算法對(duì)腦電數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，識(shí)別穩(wěn)態(tài)視覺(jué)誘發(fā)電位(SSVEP)信號(hào)的頻率。具體步驟如下。
[0040]I)確定參考信號(hào):假定存在刺激頻率分別為Λ, Z2,…，fk的#個(gè)目標(biāo)。I與7f表示兩個(gè)多維的隨機(jī)變量，其中I為M秒長(zhǎng)的多通道腦電信號(hào)表示與Z長(zhǎng)度相同的參考信號(hào)。該參考信號(hào)是一個(gè)由刺激頻率/及其諧波的正弦和余弦組成的列矢量
【權(quán)利要求】
1.一種基于腦機(jī)接口控制的雙上肢殘疾人電話系統(tǒng)，其特征是包括視覺(jué)刺激器、腦電采集平臺(tái)、系統(tǒng)控制與數(shù)據(jù)處理單元、電話控制模塊和電話機(jī)；當(dāng)用戶注視視覺(jué)刺激器某個(gè)LED時(shí)，在大腦特定的區(qū)域就會(huì)產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)視覺(jué)誘發(fā)電位，其基波頻率與該LED的發(fā)光頻率相同；腦電采集平臺(tái)實(shí)時(shí)采集腦電信號(hào)，經(jīng)過(guò)放大、濾波與模數(shù)轉(zhuǎn)換后，通過(guò)數(shù)據(jù)線輸入系統(tǒng)控制與數(shù)據(jù)處理單元；系統(tǒng)控制與數(shù)據(jù)處理單元對(duì)接收的腦電數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，檢測(cè)穩(wěn)態(tài)視覺(jué)誘發(fā)電位信號(hào)的頻率，識(shí)別用戶注視的LED顯示器，并將該顯示器對(duì)應(yīng)的命令傳輸?shù)诫娫捒刂颇K；電話控制模塊根據(jù)接收的命令控制該電話系統(tǒng)執(zhí)行相應(yīng)的操作； 所述的視覺(jué)刺激器由刺激器面板與刺激器控制電路組成，刺激器面板由16個(gè)發(fā)白色光的LED顯示器和15個(gè)數(shù)碼管顯示器組成，16個(gè)LED排列成4X4的刺激矩陣，用于模擬16個(gè)按鍵的電話撥號(hào)鍵盤(pán)，15個(gè)數(shù)碼管顯示器排列成一行，用于顯示輸入的電話號(hào)碼；刺激器控制電路由復(fù)雜可編程邏輯器件芯片及其外圍電路構(gòu)成，控制16個(gè)LED以不同的頻率和不同的時(shí)序閃光，它們的工作模式由復(fù)雜可編程邏輯器件外圍的4個(gè)撥碼開(kāi)關(guān)來(lái)設(shè)定；LED的頻率范圍為6Hz?20Hz，頻率之間的最小間隔為0.5Hz ； 所述的系統(tǒng)控制與數(shù)據(jù)處理單元執(zhí)行系統(tǒng)初始化、視覺(jué)刺激器啟動(dòng)、數(shù)據(jù)采集控制、數(shù)據(jù)接收與保存、數(shù)字信號(hào)處理、以及控制命令輸出操作；所述的數(shù)字信號(hào)處理是指對(duì)腦電信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，檢測(cè)穩(wěn)態(tài)視覺(jué)誘發(fā)電位信號(hào)的頻率，識(shí)別該頻率對(duì)應(yīng)的用戶命令； 所述電話控制模塊由單片機(jī)和通用無(wú)線分組業(yè)務(wù)模塊構(gòu)成，單片機(jī)通過(guò)串口與系統(tǒng)控制與數(shù)據(jù)處理單元通信，接收系統(tǒng)控制與數(shù)據(jù)處理單元傳來(lái)的數(shù)據(jù)指令，通過(guò)第二串口對(duì)通用無(wú)線分組業(yè)務(wù)模塊發(fā)送相應(yīng)的AT指令，從而實(shí)現(xiàn)摘機(jī)、撥號(hào)、掛機(jī)、重?fù)艿裙δ?；所述電話機(jī)主要包括話筒、聽(tīng)筒、電源、以及振鈴電路。
【文檔編號(hào)】H04M11/00GK103607519SQ201310485562
【公開(kāi)日】2014年2月26日 申請(qǐng)日期:2013年10月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月17日
【發(fā)明者】魏慶國(guó), 盧宗武, 朱莉 申請(qǐng)人:南昌大學(xué)