基于ssvep脑电电位的无线bci输入系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种利用人类头皮脑电实现对移动智能设备进行控制的BCI (BrainComputer Interface，脑机接口)系统，属于人机交互技术领域。
【背景技术】
[0002]BCI是一种人脑与计算机或其他电子设备之间的信息传输通道。该技术不依赖于常规的脊髓外周神经肌肉系统，为人脑提供了一种直接与外部环境交换信息的途径。BCI技术是一个多学科交叉、综合的研究方向，涉及生物、信息、生命科学、计算机、医学等多个学科分支，是当前国际上的研究热点之一。
[0003]目前常用的BCI系统可以分为植入式采集(有创)和非植入式采集(无创)两大类。非植入式的头皮脑电(Electroencephalograph，EEG)由于其具有无创、安全、易用的特点，是目前BCI研究中常用的一种形式，也是BCI实用化研究的首选。
[0004]奥地利Graz科技大学的BCI小组在相关研究中一直处于领先的地位:他们基于自主设计的名为Graz的BCI系统进行了英文输入、计算机游戏等应用开发，还结合功能性电刺激来帮助瘫痪病人恢复手臂功能，因此该小组是BCI技术实用化的先驱。美国的ffadworth Center在BCI研究中也一直处于领先地位，他们研究的BCI系统可以让用户通过对μ节律的自主控制实现鼠标的2维移动。目前，基于他们的BCI系统，高度瘫痪的病人可以自行完成英文拼写、收发电子邮件、简单语音交流等日常操作。
[0005]SSVEP (Steady-State Visual Evoked Potentials，稳态视觉诱发电位)是目前BCI系统中稳定性较高的一种，其生理基础是人眼注视某特定频率的周期性闪烁时，会在大脑皮层视觉区诱发一个连续的与刺激频率相关(刺激频率的基频或其倍频)的响应。利用非侵入性的电极即可在大脑枕叶区的头皮脑电中检测到此响应。该类型的脑机接口系统具有非侵入性、准确率高、不需训练等优点。
[0006]目前BCI系统的设计大多基于多导联脑电采集设备和分析脑电信号的上位机，造价昂贵、携带困难、电极帽佩戴繁琐、不便于日常应用。
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于提供一种便于佩戴使用的便携式的脑电输入设备，并且可利用蓝牙技术实现对移动智能终端的控制。本发明可以应用于医疗康复领域，辅助残疾人行动；也可应用于日常生活和生产中，为某些不便于手动操作的工作提供一种新的控制手段。
[0008]为实现上述目的，本发明采用的技术方案为基于SSVEP脑电电位的无线BCI输入系统，该系统通过蓝牙与移动智能设备配对连接，使用者仅需要注视按键即可实现对移动智能设备的无线控制。
[0009]—种基于SSVEP脑电电位的无线BCI输入系统，该系统包括SSVEP键盘、脑电头箍；其中，SSVEP键盘用于呈现输入字符并诱发使用者特定脑电电位；脑电头箍用于采集头皮脑电、提取SSVEP电位、分析处理脑电信号、识别使用者期望的键值、将键值通过蓝牙发送给移动智能设备。
[0010]所述SSVEP键盘包括闪烁光发生器、外壳、蒙板；其中，闪烁光发生器用于产生特定频率光刺激；外壳用于隔离光源；蒙板用于标示键值；
[0011]闪烁光发生器通过NE555芯片配合定值电容电阻，产生特定频率的方波，驱动LED发光，不同LED光源之间使用不透明塑料隔离，标有键值的半透明蒙板覆盖于闪烁光发生器的LED光源之上，该蒙板与键盘整体形成抽屉式结构，便于更换。
[0012]所述脑电头箍包括脑电采集模块、脑电分析模块、通信模块及头带識电采集模块用于采集使用者头皮脑电信号并将其进行放大、滤波和AD转换；脑电分析模块用于从脑电信号中提取SSVEP电位并进行分类识别；通信模块用于将脑电分析模块识别出的键值发送给计算机或手持智能设备。脑电采集模块、脑电分析模块及通信模块均固定在头带之上。
[0013]脑电信号采集模块包括:电极、放大滤波电路、AD转换电路。电极包括枕叶电极、额叶电极和耳夹电极；放大滤波电路包括两级差分放大器和带通滤波器(通带频率为5-40Hz) ;AD转换模块采样率为512Hz。上述枕叶电极与额叶电极分别接入差分放大器两输入端，耳夹电极接地。
[0014]脑电分析模块由单片机和分析算法组成，分析算法固化在单片机之中，对脑电信号进行处理分析，包括数据分段、去除直流成分、消除基线漂移、时频转换、特征提取、空闲检测、模式分类。
[0015]通信模块包括蓝牙模块和天线，通过蓝牙通讯协议将脑电分析模块识别出的键值发送给配对的移动智能设备。
【附图说明】
[0016]图1为本发明整体示意图，其中I为SSVEP键盘，2为脑电头带，3为使用者，4为移动智能设备；
[0017]图2为本发明SSVEP键盘的结构示意图，其中11为外壳，12为蒙版，13为LED光源，111为按键；
[0018]图3为本发明脑电头带的结构示意图，其中21为额叶电极，22为枕叶电极，23为头带，24为塑料外壳，25为耳夹电极；
[0019]图4为本发明脑电头箍各模块连接示意图；
[0020]图5为本发明脑电信号分析模块分析算法流程图；
[0021]图6为本发明按键序号图。
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。
[0023]参见图1，使用时需将脑电头带2佩戴于使用者3的头部，将SSVEP键盘I置于使用者3前方，脑电头带2与移动智能设备4通过蓝牙连接。使用者3注视SSVEP键盘I上的按键即可将对应键值输至移动智能设备4。
[0024]参见图2，SSVEP键盘I底部的LED光源13按照预设频率闪烁，蒙板12为半透明材质，过滤一部分光线避免强光引起使用者眼疲劳，外壳11顶部的按键窗为透明材质，其余部分均为不透明材质。
[0025]参见图3，额叶电极21、枕叶电极22固定在脑电头带2内侧，脑电采集模块、脑电分析模块、通信模块均封装在塑料外壳24中。使用时调节头带23使额叶电极21紧贴使用者3的额叶处皮肤，使枕叶电极紧贴使用者3枕叶处皮肤，将耳夹电极25夹于使用者3的左耳耳垂。
[0026]参见图4，电极采集到的脑电信号经由放大电路放大后送入带通滤波器进行滤波，滤波后的信号由AD转换电路进行AD转换；得到的数字信号交由脑电分