一种基于稳态视觉诱发电位的沟通系统的制作方法

1.本发明属于计算机和生命科学领域，具体涉及一种基于稳态视觉诱发电位的沟通系统。


背景技术：

2.对于由意外伤害或疾病等原因导致瘫痪并无法发声的人群，在日常生活中往往无法向陪护人员表明自己的意图，导致其生活质量大大降低，为社会和家庭带来严重的负担。
3.脑机接口技术可以通过分析大脑的电活动信号，解码出当前的大脑状态，从而对外部设备进行控制，这种方式能够为身体瘫痪，不能说话，但是大脑健康的人群提供一种与外界沟通的方式。
4.目前有多种基于脑机接口的发明来提高上述人群的生活质量，如“基于ssvep稳态视觉诱发电位的智能轮椅系统”(专利号cn201310163499.3)使用了脑机接口技术帮助瘫痪人群控制轮椅；专利“一种基于稳态视觉诱发电位的双拼中文输入系统”(专利号cn201710033253.2)应用脑机接口技术进行文字输入。针对于瘫痪人群与陪护人员的沟通，目前的方法尚有不足。其中很重要的一点是在特定的情况下瘫痪人群需要快速高效的表达其常用的生活意图，如特定的需求“饮水”，身体状态“不舒服”，表达情绪“开心”，甚至于其需要隐私空间时表达“请勿打扰”等等，这些意图通过打字等方式效率较低。


技术实现要素：

5.为解决上述问题，提供一种基于稳态视觉诱发电位的沟通系统，本发明采用了如下技术方案：
6.本发明提供了一种基于稳态视觉诱发电位的沟通系统，能够基于脑电信号实现用户与陪护人员的快速沟通，其特征在于，包括：脑电采集模块，用于采集人脑接受视觉刺激后产生的稳态视觉诱发电位信号并对其进行处理；以及信息交互模块，用于产生视觉刺激、显示沟通信息以及进行人脸识别，与脑电采集模块通信连接，其中，脑电采集模块包括电极头戴以及信号处理电路，信息交互模块包括光源盒、摄像头以及控制电路，控制电路控制光源盒产生视觉刺激给用户，电极头戴采集用户的稳态视觉诱发电位信号；信号处理电路处理稳态视觉诱发电位信号，得到对应的脑电信号频率成分，控制电路控制光源盒基于脑电信号频率成分显示沟通信息让陪护人员确认。
7.本发明提供的基于稳态视觉诱发电位的沟通系统，还可以具有这样的技术特征，其中，电极头戴包括：两个位于前方的额叶电极，用于采集额叶脑电信号；两个位于后方的枕叶电极，用于采集枕叶脑电信号；以及参考电极，稳态视觉诱发电位信号包括额叶脑电信号以及枕叶脑电信号。
8.本发明提供的基于稳态视觉诱发电位的沟通系统，还可以具有这样的技术特征，其中，光源盒包括多个光源子盒，多个光源子盒中包括启动光源子盒、终止光源子盒以及至少一个自定义光源子盒，光源子盒具有led灯以及盖板，当光源子盒在刺激工作模式时，led
灯闪烁，用于产生视觉刺激；当光源子盒在沟通工作模式时，led灯常亮，用于指示沟通信息；当光源子盒在停止工作模式时，led灯关闭，盖板用于定义沟通信息。
9.本发明提供的基于稳态视觉诱发电位的沟通系统，还可以具有这样的技术特征，其中，当多个自定义光源子盒进入刺激工作模式时，多个自定义光源子盒的led灯以不同的频率闪烁。
10.本发明提供的基于稳态视觉诱发电位的沟通系统，还可以具有这样的技术特征，其中，信息交互模块通过摄像头进行人脸识别，当信息交互模块识别到人脸，并且用户的眼睛正对摄像头时，信息交互模块通过控制电路将启动光源子盒设置为刺激工作模式。
11.本发明提供的基于稳态视觉诱发电位的沟通系统，还可以具有这样的技术特征，还包括：启动按钮，用于将所有自定义光源子盒以及终止光源子盒设置为刺激工作模式；以及陪护终端，由陪护人员持有，用于接收沟通信息，陪护终端与信号交互模块通信连接，沟通信息至少包括启动信息，当陪护人员收到启动信息时，陪护人员按下启动按钮。
12.本发明提供的基于稳态视觉诱发电位的沟通系统，还可以具有这样的技术特征，其中，当光源子盒进入刺激工作模式2秒后，脑电采集模块采集稳态视觉诱发电位信号，并得到对应的脑电信号频率成分，信息交互模块基于该脑电信号频率成分进行相应的操作，当脑电信号频率成分对应启动光源子盒时，信息交互模块发送启动信息到陪护终端；当脑电信号频率成分对应终止光源子盒时，控制电路将所有自定义光源子盒设置为停止工作模式；当脑电信号频率成分对应一个自定义光源子盒时，控制电路将该自定义光源子盒设置为沟通工作模式，并将其他光源子盒设置为停止工作模式，5秒后，控制电路将所有自定义光源子盒设置为刺激工作模式。
13.本发明提供的基于稳态视觉诱发电位的沟通系统，还可以具有这样的技术特征，其中，脑电采集模块与信息交互模块通过蓝牙通信连接。
14.发明作用与效果
15.根据本发明的基于稳态视觉诱发电位的沟通系统，通过光源盒对用户产生视觉刺激，通过脑电采集模块采集人脑受视觉刺激后产生的视觉诱发电位信号，并对其进行处理，得到对应的脑电信号频率成分，基于该脑电信号频率成分，信息交互模块找到用户注视的光源子盒，得到对应的沟通信息，并同样通过光源盒来向陪护人员显示该沟通信息。用户只需要注视某一个光源子盒2秒，就可以将对应的沟通信息传达给陪护人员。并且该沟通系统提供了多个可自定义的光源子盒，用户可以按照自己的需求，将其自定义成多个常用的生活意图，因此，通过该沟通系统，用户可以仅使用脑电信号快速高效且准确地向陪护人员表达其常用的生活意图，从而能更快能到相应的帮助，提高用户的生活质量。
附图说明
16.图1是本发明实施例的基于稳态视觉诱发电位的沟通系统整体示意图；
17.图2是本发明实施例的脑电采集模块示意图；
18.图3是本发明实施例的信息交互模块示意图；
19.图4是本发明实施例的基于稳态视觉诱发电位的沟通系统运行流程示意图。
具体实施方式
20.为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下结合实施例及附图对本发明的基于稳态视觉诱发电位的沟通系统作具体阐述。
21.<实施例>
22.本实施例中，基于稳态视觉诱发电位的沟通系统的用户为瘫痪患者，陪护终端为陪护人员的手机，瘫痪患者通过该沟通系统与陪护人员进行快速沟通，以下结合附图对此作具体阐述。
23.图1是本发明实施例的基于稳态视觉诱发电位的沟通系统整体示意图。
24.如图1所示，本发明实施例的基于稳态视觉诱发电位的沟通系统(以下简称沟通系统)100包括脑电采集模块12和信息交互模块13，两者之间通过蓝牙无线连接。
25.图2是本发明实施例的脑电采集模块示意图；
26.如图1和图2所示，脑电采集模块12包括电极头戴21以及信号处理电路22。
27.电极头戴21为可松紧材料制成的圆环形状，具有两段为魔术贴的可松紧布带，本实施例中，只采集枕叶信号，两个枕叶电极201a、201b缝制在头戴的后方内侧，与魔术贴相距1厘米，参考电极202连接于电极头戴21的右侧中部。瘫痪患者佩戴好电极头戴21后，枕叶电极201a、201b贴合于患者后脑枕叶位置，参考电极202连接至右耳。
28.电极头戴21用于采集瘫痪患者大脑接受视觉刺激后产生的稳态视觉诱发电位信号。
29.信号处理电路22通过魔术贴粘连于电极头戴21的左中部。信号处理电路22用于处理采集到的稳态视觉诱发电位信号，经信号处理后，得到对应于刺激频率的脑电信号频率成分。
30.图3是本发明实施例的信息交互模块示意图。
31.如图3所示，信息交互模块13包括光源盒31、摄像头32以及控制电路33。
32.光源盒31包括盒体301、盖板302以及启动按键303，盒体包含18个光源子盒，其中16个为自定义光源子盒311，其大小一致，位于中间的两个光源子盒为启动光源子盒312与终止光源子盒313，这两个光源子盒大小是自定义光源子盒311的2倍。每个光源子盒中包含一个led灯，受控制电路33控制。盖板302由透明亚克力材料制成，启动光源子盒312以及终止光源子盒313对应的盖板部分已定义了其特定功能，除此之外，其他自定义光源子盒311对应的盖板部分321可以用马克笔进行自定义的信息书写和擦除，用于定义不同情境下瘫痪患者可能使用到的信息。本实施例中，将其中的自定义光源子盒311a定义为“需要饮水”并将相应的文字用马克笔写到自定义光源子盒311a对应的盖板部分321a上。
33.光源盒31包含三种工作模式，待机模式、刺激模式以及沟通模式。
34.当进入待机模式时，启动光源子盒312的led灯闪烁，用于产生视觉刺激、诱发脑电，其他光源子盒的led灯熄灭。
35.当进入刺激模式时，所有光源子盒的led灯以不同的频率闪烁，用于产生视觉刺激、诱发脑电。
36.当进入沟通模式时，只有一个光源子盒的led灯常亮，用于指示瘫痪患者选择的信息，其他光源子盒的led灯熄灭。
37.启动按钮303位于光源盒31的右侧，陪护人员按下启动按钮303可以使光源盒31进
入刺激模式。
38.摄像头32位于光源盒31盒体的正上方，用于进行人脸识别检测。
39.控制电路33用于控制光源盒31，使其对瘫痪患者产生视觉刺激并诱发脑电，或使其向陪护人员显示沟通信息。
40.图4是本发明实施例的基于稳态视觉诱发电位的沟通系统运行流程示意图。
41.如图1和图4所示，本实施例的基于稳态视觉诱发电位的沟通系统按以下的流程运行：
42.步骤s1，沟通系统100开始运行后，摄像头32每隔5秒进行一次人脸识别检测，判断该识别检测是否成功，识别到指定瘫痪患者并且检测到其眼睛正对摄像头32为成功。当判断为否，即识别检测失败时，重复步骤1；
43.步骤s2，当识别检测成功时，信息交互模块13中的控制电路33将光源盒31设置为待机模式，此时，启动光源子盒312的led灯以特定的频率闪烁；
44.步骤s3，当光源盒31进入待机模式2秒后，也即启动光源子盒312的led灯闪烁2秒后，脑电采集模块12采集瘫痪患者的稳态视觉诱发电位信号，经信号处理电路22处理后得到对应的脑电信号频率成分，信号处理电路22进一步识别该脑电信号频率成分，判断其是否为启动光源子盒312所对应的频率，当判断为否时，返回步骤1；
45.步骤s4，当识别出启动光源子盒312对应的频率时，信号处理电路22通过蓝牙发送指令给控制电路33，并发送启动信息到陪护人员的手机中，陪护人员收到启动信息后，手动按下启动按钮303；
46.步骤s5，控制电路33将光源盒31设置为刺激模式，即所有光源子盒的led灯以不同的频率闪烁；
47.步骤s6，当光源盒31进入刺激模式2秒后，脑电采集模块12采集瘫痪患者的稳态视觉诱发电位信号，经信号处理电路22处理后得到对应的脑电信号频率成分，信号处理电路22进一步识别该脑电信号频率成分，找到瘫痪患者所指定的光源子盒，控制电路33将光源盒31设置为沟通模式，即瘫痪患者所指定的光源子盒的led灯常亮5秒，其他光源子盒的led灯熄灭，陪护人员通过观察光源盒得到本次沟通的信息。
48.例如，本实施例中，在刺激模式下，瘫痪患者注视自定义光源子盒311a 2秒后，光源盒31进入沟通模式，自定义光源子盒311a的led灯常亮5秒，陪护人员观察亮灯情况，结合对应的盖板部分321a上的文字信息，得到本次沟通信息“需要饮水”。
49.步骤s7，判断瘫痪患者所指定的光源子盒是否为终止光源子盒，当判断为否时，返回步骤6，开始新一轮的沟通，当判断为是时，沟通系统100终止操作。
50.实施例作用与效果
51.根据本实施例提供的基于稳态视觉诱发电位的沟通系统，通过光源盒对用户产生视觉刺激，通过脑电采集模块采集人脑受视觉刺激后产生的视觉诱发电位信号，并对其进行处理，得到对应的脑电信号频率成分，基于该脑电信号频率成分，信息交互模块找到用户注视的光源子盒，得到对应的沟通信息，并同样通过光源盒来向陪护人员显示该沟通信息。用户只需要注视某一个光源子盒2秒，就可以将对应的沟通信息传达给陪护人员。并且该沟通系统提供了多个可自定义的光源子盒，用户可以按照自己的需求，将其自定义成多个常用的生活意图，因此，通过该沟通系统，用户可以仅使用脑电信号快速高效且准确地向陪护
人员表达其常用的生活意图，从而能更快能到相应的帮助，提高用户的生活质量。
52.上述实施例仅用于举例说明本发明的具体实施方式，而本发明不限于上述实施例的描述范围。
53.例如，在上述实施例中，盖板为透明亚克力材料，在盖板上用马克笔进行自定义的信息书写和擦除，在本发明的其他方案中，也可以使用其他材料以及其他标示方式，例如使用玻璃盖板，在其上贴便条来进行信息自定义，也能实现本发明的技术效果。
54.在上述实施例中，自定义光源子盒的数量为16个，在本发明的其他方案中，也可以使用更少或更多个自定义光源子盒，也能实现本发明的技术效果。
55.在上述实施例中，陪护终端为陪护人员的手机，在本发明的其他方案中，也可以使用其他终端设备，例如传呼机，也能实现本发明的技术效果。
56.在上述实施例中，脑电采集模块和信息交互模块通过蓝牙通信连接，在本发明的其他方案中，也可以使用其他通信连接方式，也能实现本发明的技术效果。