一种基于SSVEP脑电手电生物电接口的仪器控制系统的制作方法

本发明属于生物电接口，特别是涉及一种基于ssvep脑电手电生物电接口的仪器控制系统。

背景技术：

1、ssvep是一种特殊类型的脑电图(eeg)信号，当大脑的神经元群体以与刺激频率同步地激发时，会产生稳定的电位，形成ssvep信号；ssvep的信号包括相位和幅度成分。ssvep可用于开发脑机接口系统，使用户能够通过视觉选择与特定刺激频率相关的命令或控制设备。

2、生物电接口是一种技术，通过测量和分析生物电信号，如脑电图、心电图、指尖电位、肌电图等，以实现与计算机或其他设备的互动。这些生物电信号可以提供有关个体的生理状态和意图的信息。以下是用于生物电接口的常见仪器和设备。

3、根据公示的基于多模式融合的脑机接口控制系统及方法(公开号为：cn102866775a)，包括用以诱发ssvep稳态视觉和诱导mi运动想象的脑电刺激与反馈模块；用以采集eeg脑电信号的脑电信号采集模块；用以提取并识别分类eeg脑电信号中的ssvep稳态视觉诱发电位特征和mi运动想象脑电特征的脑电信号处理模块；脑电信号处理模块还将ssvep稳态视觉诱发电位特征和mi运动想象脑电特征分别对应的分类结果反馈回脑电刺激与反馈模块；用以执行分类结果的执行模块。该发明构建了多模式融合的脑机接口，提高了控制系统的信息传输率、可靠性和灵活性，减少了单运动想象模式脑机接口下的低信息传输率，同时也减少了单ssvep任务下的视觉负担，提高了基于脑机接口的控制系统的适应人群。但是，上述申请中缺乏信号转换系统，将信号转换至生物电接口设备上，导致信号准确率难以保障，有待改进。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于ssvep脑电手电生物电接口的仪器控制系统，通过信号采集单元内部的电极配置模块、数据预处理模块和数据记录模块相互配合，实现了将测量微弱的生物电信号并将其放大以进行记录的作用，解决了现有的问题。

2、为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

3、本发明为一种基于ssvep脑电手电生物电接口的仪器控制系统，包括信号采集单元，所述信号采集单元的输出端设有信号处理单元，所述信号处理单元的输出端设有用户界面单元，所述用户界面单元的输出端设有指令生成单元，所述指令生成单元的输出端设有设备控制单元。

4、进一步地，所述信号采集单元内部包括电极配置模块、数据预处理模块和数据记录模块，所述电极配置模块内部包括脑电手电信号采集设备、传感器和特定电极，所述数据预处理模块包括滤波分析设备、频谱处理设备，所述数据记录模块包括电子记录器。在脑电信号采集中，电极的位置和配置非常重要。一般情况下，需要在头皮上放置电极，以便记录不同脑区的活动。电极可以采用不同的配置，如标准的-系统或其他定制配置，用于记录脑电信号的设备通常是脑电放大器或脑电图机。这些设备可以测量微弱的生物电信号并将其放大以进行记录，采集到的原始脑电信号通常需要进行一些预处理，包括去噪、滤波和参考电极选择。去噪可以包括去除眼动和肌肉噪声，以便专注于ssvep信号。滤波可以帮助提取特定频率范围内的信号。选择参考电极可以影响信号质量和解释。采集到的脑电信号通常以文件形式记录下来，以备后续的分析和处理，通过信号采集单元内部的电极配置模块、数据预处理模块和数据记录模块相互配合，实现了将测量微弱的生物电信号并将其放大以进行记录的作用，并与信号处理单元内部的滤波过滤模块、时域与频域分析模块、特征提取模块和模式识别模块相互配合，利用一系列技术和tqc算法，包括滤波、特征提取、模式识别和实时性处理。这些步骤一起确保了从脑电信号中提取用户的专注信息以实现外部设备控制。

5、进一步地，所述信号处理单元内部包括滤波过滤模块、时域与频域分析模块、特征提取模块和模式识别模块，所述滤波过滤模块包括数字滤波器，所述时域与频域分析模块包括傅里叶变换设备、小波变换设备，所述特征提取模块包括文本记录器，所述模式识别模块包括向量机识别算法、神经网络算法。信号通常包含来自不同频率的成分。在ssvep脑机接口中，需要从脑电信号中提取特定频率的成分，通常是与刺激频率相匹配的频率。为了实现这一点，一般会使用数字滤波器来滤除不需要的频率成分，信号处理可以涉及时域和频域分析。在时域中，可以使用技术如时域滤波和平均来提取脑电信号的特定特征，如振幅和相位。在频域中，可以使用傅里叶变换或小波变换来将信号从时域转换为频域，以查看特定频率成分的能量，一旦信号被滤波和分析，接下来需要提取用于识别用户专注的特征。通常，这涉及到计算特定频率带内的能量或幅度，以及在响应刺激的时间延迟。这些特征是用于判断用户当前专注的关键因素。提取特征后，信号处理通常包括模式识别算法，如支持向量机、神经网络或其他机器学习方法。这些算法用于从提取的特征中识别用户的专注状态，以便将其映射到相应的控制命令，在设计信号处理流程时，需要进行系统调试和性能评估。

6、进一步地，所述用户界面单元内部包括文本框模块、标签模块、图像模块、下拉框模块、表格模块、导航栏模块、进度条模块和按钮模块。文本框用于显示文本信息，通常用于用户输入。按钮是用户界面的交互元素，用于触发操作。图像用于呈现图形、照片、图标或其他视觉元素。表格用于以表格形式呈现数据，通常包括行和列。用户可以查看、筛选、排序或编辑表格中的数据。菜单是一种用于组织和显示应用程序功能或导航选项的界面元素。这里设置成是上下文菜单、导航菜单或应用程序菜单。导航栏是用户界面的一部分，用于导航到不同部分或功能。通常包括链接、菜单和搜索框。进度条用于显示任务的进度，如文件下载、应用程序安装或操作完成，通过用户界面单元内部的文本框模块、标签模块、图像模块、下拉框模块等相互配合，实现了各种应用程序和网站的基本构建块，可以组合和定制以满足不同的用户需求。设计和排列这些元素需要考虑用户体验、可用性和可访问性，以确保用户能够轻松地与应用程序互动。

7、进一步地，所述指令生成单元内部包括目标确定模块、反馈处理模块、评估和优化模块和维护和更新模块，所述目标确定模块包括任务分类处理器和用户需求服务器，所述反馈处理模块包括数据处理器，所述评估和优化模块包括模型优化处理器，所述维护和更新模块包括数据更新系统。目标确定分为两步首先进行任务分类：首先需要确定要生成指令的具体任务或领域。这可以进行用户需求评估：了解用户的需求，以确保生成的指令满足期望。反馈处理：使用数据处理器进行用户反馈：分析用户对生成指令的反馈，以改进生成质量；错误处理：处理生成指令中可能存在的错误，确保用户不会受到误导。评估和优化模块使用优化处理器进行模型优化：基于评估结果不断改进生成模型。最后采用数据更新系统进行维护和更新：定期更新模型使用的数据以反映最新的信息和需求，与时俱进。

8、进一步地，所述设备控制单元包括操作模块和操作传输模块。操作模块和操作传输模块主要用于客户对于信号采集、信号处理和在用户界面内部的操作，完成后续指令。控制器输出(输出信号)＝kp*e(t)+ki*∫e(t)dt+kd*de(t)/dt，其中：控制器输出：即控制器生成的输出信号，用于调节被控制设备的操作。

9、kp：比例增益，用于调整比例项的权重。表示了系统响应速度对误差的敏感性。

10、ki：积分增益，用于调整积分项的权重。用于修正系统的稳态误差，即长期存在的误差。

11、kd：微分增益，用于调整微分项的权重。用于抑制系统的振荡和提高系统的稳定性。

12、e(t)：当前误差，即期望值和实际值之间的差异。通常表示为e(t)＝设定值-当前值。

13、∫e(t)dt：误差的积分，表示误差随时间的累积。积分项用于处理系统的稳态误差。

14、de(t)/dt：误差的变化率，表示误差随时间的变化速度。微分项用于预测未来的误差变化。

15、进一步地，所述信号采集单元与信号处理单元设有ssvep脑电信号转换器。ssvep脑电信号：ssvep是一种脑电信号，是由视觉刺激引起的大脑皮层的振荡响应。这种信号在不同频率下表现出来，用户可以通过专注不同频率的视觉刺激来生成不同的ssvep信号，ssvep脑电信号转换器将ssvep脑电信号进行转换。

16、进一步地，所述信号处理单元与用户界面单元设有仪器控制系统。这个系统通常由计算机和需要控制的设备组成。仪器控制系统的任务是接收、解释和执行用户通过ssvep脑电信号提供的指令，以控制设备的运动或执行特定任务的功能。

17、进一步地，所述操作模块内部包括计算机系统和显示面板，所述操作传输模块内部包括传输文本库。操作模块包括计算机系统和显示面板。这个模块的作用是与用户进行互动和控制。计算机系统通常用于处理数据和执行特定的任务。显示面板则用于展示信息、图像或图表等，以便用户能够与系统进行交互或控制。用户通过操作模块来输入指令、浏览数据、调整设置或执行其他操作，以实现其需求。

18、进一步地，所述用户界面单元与指令生成单元之间设置有传输器。操作传输模块包括传输文本库。这个模块的作用是将文本或数据从一个地方传输到另一个地方。传输文本库可能包含一系列文本数据，需要在不同的系统、应用程序或设备之间进行传输。这种传输可能是通过网络连接、数据传输协议或其他通信方式完成的。这个模块可能用于数据同步、备份、共享或在不同系统之间实现数据互通。

19、本发明具有以下有益效果：

20、1、本发明通过信号采集单元内部的电极配置模块、数据预处理模块和数据记录模块相互配合，实现了将测量微弱的生物电信号并将其放大以进行记录的作用，并与信号处理单元内部的滤波过滤模块、时域与频域分析模块、特征提取模块和模式识别模块相互配合，利用一系列技术和算法，包括滤波、特征提取、模式识别和实时性处理。这些步骤一起确保了从脑电信号中提取用户的专注信息以实现外部设备控制。

21、2、本发明通过用户界面单元内部的文本框模块、标签模块、图像模块、下拉框模块等相互配合，实现了各种应用程序和网站的基本构建块，可以组合和定制以满足不同的用户需求。设计和排列这些元素需要考虑用户体验、可用性和可访问性，以确保用户能够轻松地与应用程序互动。

22、3、本发明通过用户界面单元与指令生成单元之间设置的传输器，将文本或数据从一个地方传输到另一个地方，再与操作模块内部设置的计算机系统和显示面板相互配合，便利了用户能够与系统进行交互或控制。用户通过操作模块来输入指令、浏览数据、调整设置或执行其他操作，以实现其需求。

23、当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。