一种多通道高共模抑制比低功耗脑电采集的脑机接口系统的制作方法

技术特征：
1.一种多通道高共模抑制比低功耗脑电采集的脑机接口系统，其特征在于，包括：脑电视觉刺激模块，用于实现ssvep范式的视觉刺激并诱发被试者产生对应脑电信号，即ssvep脑电信号；脑电放大器，采用一种多通道高共模抑制比低功耗的芯片对ssvep脑电信号进行放大；脑电采集模块，采用ni数据采集卡对脑电放大器放大后的ssvep脑电信号进行去噪，再将去噪后的ssvep脑电信号传送给脑电信号处理模块；脑电信号处理模块，用于对脑电采集模块传送过来的ssvep脑电信号进行数据预处理、特征提取、滤波器组典型相关分析及分类；脑机接口字符拼写模块，根据在线实验的脑电信号处理模块的结果，将识别的字符输出在屏幕上的字符显示区域。2.根据权利要求1所述的一种多通道高共模抑制比低功耗脑电采集的脑机接口系统，其特征在于：所述脑电视觉刺激模块产生正弦波刺激界面并通过计算机的屏幕呈现出来；被试者接受视觉刺激从而诱发出相应脑电信号，即ssvep脑电信号；正弦波刺激界面包括m个按键，呈现k行
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j列均匀排列，第i个按键对应的正弦波刺激频率为(f0 iδf)hz，i∈[0m]，其中f0为初始频率，δf为相邻两个按键的频率间隔；刺激相位为(φ0 iδφ)π，其中φ0为初始相位，δφ为相邻两个按键的相位间隔。3.根据权利要求1所述的一种多通道高共模抑制比低功耗脑电采集的脑机接口系统，其特征在于：所述脑电放大器配置有电极帽，所述电极帽的电极即通道通过导电胶与被试者头皮导联，并通过导线将采集到的脑电信号接入多通道高共模抑制比低功耗的芯片，该芯片的特点在于多通道、高输入阻抗、高共模抑制比和低功耗，与人体阻抗进行匹配，将微伏级别的脑电信号放大到合适大小。4.根据权利要求1所述的一种多通道高共模抑制比低功耗脑电采集的脑机接口系统，其特征在于：所述脑电采集模块采用ni数据采集卡及其芯片外围电路，其数据采样率为1000～10000hz，并进行在线50hz陷波去工频处理，所述ni数据采集卡中的a/d转换芯片将ssvep脑电信号的模拟电压值转化成数字电压值，并将数字电压值通过usb接口传送到脑电信号处理模块。5.根据权利要求1所述的一种多通道高共模抑制比低功耗脑电采集的脑机接口系统，其特征在于：所述脑电采集模块通过stm32单片机与脑电信号处理模块通过串口通信，所述脑电信号处理模块通过pc机串口发送脑电放大器和ni数据采集卡的参数给stm32单片机，所述stm32单片机通过i/o口将参数发送给脑电放大器和ni数据采集卡，实现脑电放大器的放大倍数设置、采样通道选择以及脑电放大器和ni数据采集卡数据同步。6.根据权利要求1所述的一种多通道高共模抑制比低功耗脑电采集的脑机接口系统，其特征在于：所述脑电采集模块采集脑电放大器的电极帽2～9个电极，其分布符合国际10
‑
20系统，参考电极为右侧耳突位置，接地电极位于fpz和fz连线的中点，所有电极阻抗低于10kω。7.根据权利要求1所述的一种多通道高共模抑制比低功耗脑电采集的脑机接口系统，其特征在于：所述脑电信号处理模块处理的ssvep脑电信号由离线训练产生的离线数据和在线拼写产生的在线数据两个部分组成；其中，所述脑电信号处理模块的离线数据处理部分输出字符识别准确率，用来评估训练效果；所述脑电信号处理模块的在线数据处理部分
用来对在线拼写数据进行实时分析及在线解码被试者的拼写意图；上述两种数据的处理流程均包括数据预处理、特征提取、滤波器组典型相关分析及分类；其中，数据预处理实现对原始脑电信号进行带通滤波器去除眼电伪迹，包括线性趋势的滤波、在线50hz陷波去工频处理及对每个刺激频率进行不同子带的带通参数组滤波；特征提取实现对数据预处理后的通道选择及分频段带通滤波；滤波器组典型相关分析及分类实现通过典型相关分析寻找最大加权相关系数并将其对应的按键作为分类结果，从而实现脑机接口字符识别。8.根据权利要求1所述的一种多通道高共模抑制比低功耗脑电采集的脑机接口系统，其特征在于：所述脑机接口字符拼写模块根据在线实验的脑电信号处理模块的结果，将识别的字符输出在屏幕上的字符显示区域，其中，在线实验分为指示拼写及自由拼写；在指示拼写中，被试者根据屏幕上的提示注视目标字符，随后在字符显示区域实时显示系统识别结果；在自由拼写中，屏幕上无目标提示，被试者自主注视任意目标按键，随后在字符显示区域实时显示系统识别结果。9.根据权利要求1或7所述的一种多通道高共模抑制比低功耗脑电采集的脑机接口系统，其特征在于：所述滤波器组典型相关分析采用以下最大加权相关系数p
k
作为目标识别的特征：其中，n是子带的指数，n是子带总数，p
n,k
是对应第n个子带第k个频率的加权相关系数；子带分量w(n)的权重定义如下：w(n)＝n
‑
a
b,n∈[1n]其中，a和b是最大化分类性能的常数，参考信号的频率与最大加权相关系数p
k
被认为是ssvep的频率。

技术总结
本发明公开了一种多通道高共模抑制比低功耗脑电采集的脑机接口系统，包括：脑电视觉刺激模块，用于实现SSVEP范式的视觉刺激并诱发被试者产生对应脑电信号，即SSVEP脑电信号；脑电放大器，采用一种多通道高共模抑制比低功耗的芯片对SSVEP脑电信号进行放大；脑电采集模块，采用NI数据采集卡对脑电放大器放大后的SSVEP脑电信号进行去噪，再将其传送给脑电信号处理模块；脑电信号处理模块，用于对脑电采集模块传送过来的SSVEP脑电信号进行数据预处理、特征提取、滤波器组典型相关分析及分类；脑机接口字符拼写模块，根据在线实验的脑电信号处理模块的结果，将识别的字符输出在屏幕上的字符显示区域。本发明系统具有准确、低成本、实用可靠等优点。用可靠等优点。用可靠等优点。


技术研发人员：李远清 周亚军 胡力 李强
受保护的技术使用者：华南理工大学
技术研发日：2021.07.12
技术公布日：2021/11/21