本發(fā)明涉及腦機(jī)接口控制，特別是一種基于多模式融合的腦機(jī)接口控制系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

1、腦機(jī)接口（brain-computer?interface，bci）作為一項前沿技術(shù)，近年來取得了快速的發(fā)展。傳統(tǒng)的腦機(jī)接口技術(shù)主要依賴于大腦與外部設(shè)備之間的單向信息傳遞，通過采集腦電信號（electroencephalogram，eeg）并將其轉(zhuǎn)換為控制指令，bci技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對計算機(jī)、機(jī)械臂、輪椅等設(shè)備的控制。這些技術(shù)的發(fā)展始于早期的腦電信號檢測和神經(jīng)元活動研究，逐漸演變?yōu)槔酶鼜?fù)雜的算法和信號處理方法進(jìn)行實(shí)時控制。

2、盡管現(xiàn)有的腦機(jī)接口技術(shù)已經(jīng)能夠通過采集腦電信號實(shí)現(xiàn)對外部設(shè)備的控制，但信號處理仍然存在不小的挑戰(zhàn)?，F(xiàn)有的微電極陣列信號采集技術(shù)在自動調(diào)整和優(yōu)化采樣參數(shù)方面存在不足，無法實(shí)時根據(jù)信號特性進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整，導(dǎo)致信號質(zhì)量的波動較大。此外，現(xiàn)有技術(shù)在腦電信號的融合與噪聲抑制方面也存在優(yōu)化空間，多個通道的信號融合算法較為簡單，難以有效抑制噪聲并增強(qiáng)信號的可靠性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、鑒于現(xiàn)有的腦機(jī)接口技術(shù)存在的問題，提出了本發(fā)明。

2、因此，本發(fā)明所要解決的問題在于如何解決信號采集穩(wěn)定性、實(shí)時性以及信號處理問題。

3、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

4、第一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了基于多模式融合的腦機(jī)接口控制系統(tǒng)，其包括，微電極陣列管理模塊，負(fù)責(zé)微電極陣列的布置與初始信號采集，并實(shí)時監(jiān)測腦電信號特征；參數(shù)優(yōu)化模塊，用于動態(tài)調(diào)整微電極陣列的采樣參數(shù)以優(yōu)化信號質(zhì)量；多通道信號處理模塊，對多個電極通道信號進(jìn)行加權(quán)融合和噪聲抑制；自校準(zhǔn)反饋模塊，根據(jù)反饋?zhàn)孕?zhǔn)電極參數(shù)，優(yōu)化微電極陣列的采集參數(shù)；控制指令生成模塊，用于生成指令；輸出調(diào)節(jié)模塊，用于動態(tài)調(diào)節(jié)輸出；所述微電極陣列管理模塊連接于所述參數(shù)優(yōu)化模塊，所述參數(shù)優(yōu)化模塊連接于所述多通道信號處理模塊；所述多通道信號處理模塊連接于所述自校準(zhǔn)反饋模塊；所述自校準(zhǔn)反饋模塊連接于所述輸出調(diào)節(jié)模塊；所述輸出調(diào)節(jié)模塊連接于所述輸出調(diào)節(jié)模塊。

5、第二方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了基于多模式融合的腦機(jī)接口控制方法，其包括：在目標(biāo)區(qū)域布置微電極陣列，初始化所述微電極陣列并進(jìn)行初次微電極陣列信號采集，實(shí)時監(jiān)測采集腦電信號特征；根據(jù)所述信號特征自動調(diào)整微電極陣列信號采集參數(shù)，優(yōu)化電極通道信號質(zhì)量；對多個電極通道信號進(jìn)行處理，增強(qiáng)信號的可靠性和輸出穩(wěn)定性；基于反饋機(jī)制進(jìn)行自校準(zhǔn)，優(yōu)化微電極陣列信號采集參數(shù)；生成控制指令，并根據(jù)實(shí)際場景需動態(tài)調(diào)整輸出。

6、作為本發(fā)明所述基于多模式融合的腦機(jī)接口控制方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述根據(jù)所述信號特征自動調(diào)整微電極陣列信號采集參數(shù)包括以下步驟：根據(jù)監(jiān)測采集的信號特征，動態(tài)優(yōu)化微電極陣列的采樣頻率；根據(jù)不同的神經(jīng)信號頻段和模式，自動調(diào)整微電極陣列的增益和阻抗匹配。

7、作為本發(fā)明所述基于多模式融合的腦機(jī)接口控制方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述動態(tài)優(yōu)化微電極陣列的采樣參數(shù)包括：采樣頻率的動態(tài)調(diào)整根據(jù)信號的頻率特征自適應(yīng)優(yōu)化，基于nyquist準(zhǔn)則結(jié)合自適應(yīng)調(diào)整機(jī)制設(shè)計公式，具體如下：

8、；

9、其中，是當(dāng)前t時刻的采樣頻率，是當(dāng)前t時刻檢測到的信號頻率，是t時刻根據(jù)信號頻段和噪聲水平動態(tài)調(diào)整的頻率補(bǔ)償量，是設(shè)定的最小采樣頻率；對于低頻信號降低采樣頻率，減少數(shù)據(jù)冗余；對高頻信號則提高采樣頻率，以捕獲快速變化的信號。

10、作為本發(fā)明所述基于多模式融合的腦機(jī)接口控制方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述自動調(diào)整微電極陣列的增益和阻抗匹配包括以下內(nèi)容：微電極陣列增益的調(diào)整根據(jù)信號的振幅特征進(jìn)行自適應(yīng)優(yōu)化，調(diào)整過程如下：

11、；

12、其中，是時間t時刻的增益，是初始增益值，是目標(biāo)信號的理想振幅，是實(shí)時監(jiān)測到的信號振幅，是調(diào)整因子；微電極陣列阻抗匹配的優(yōu)化通過實(shí)時監(jiān)測電極與皮膚或腦組織之間的阻抗，并動態(tài)調(diào)整接觸條件，公式如下：

13、；

14、其中，是當(dāng)前電極接觸的有效阻抗，是初始阻抗值，是目標(biāo)接觸電阻，是實(shí)時測量的接觸電阻值，是阻抗匹配的調(diào)整因子。

15、作為本發(fā)明所述基于多模式融合的腦機(jī)接口控制方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述基于反饋機(jī)制進(jìn)行自校準(zhǔn)，優(yōu)化微電極陣列信號采集參數(shù)包括：對每次信號調(diào)整后的采集結(jié)果進(jìn)行評價，進(jìn)行新參數(shù)下的信號質(zhì)量評估，并與初始設(shè)定進(jìn)行對比：若信號質(zhì)量持續(xù)提升，則系統(tǒng)將自動保持當(dāng)前的微電極陣列信號采集參數(shù)，并保存當(dāng)前狀態(tài)為新的基準(zhǔn)；若信號質(zhì)量出現(xiàn)下降或波動，則通過回滾機(jī)制恢復(fù)到先前的穩(wěn)定參數(shù)狀態(tài)；根據(jù)信號變化的趨勢逐步優(yōu)化微電極陣列信號采集參數(shù)，通過連續(xù)的小幅調(diào)整尋找最優(yōu)的微電極陣列信號采集條件；每次自校準(zhǔn)調(diào)整的結(jié)果將反饋給所述信號質(zhì)量評估，形成閉環(huán)反饋回路，通過多輪次的反饋和自校準(zhǔn)調(diào)整，找到最優(yōu)的微電極陣列信號采集參數(shù)設(shè)定。

16、作為本發(fā)明所述基于多模式融合的腦機(jī)接口控制方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述信號質(zhì)量評估的計算公式如下：

17、；

18、其中，~分別為信號質(zhì)量權(quán)重因子；為信號強(qiáng)度，為頻率響應(yīng)，為信噪比。

19、作為本發(fā)明所述基于多模式融合的腦機(jī)接口控制方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述對多個電極通道信號進(jìn)行處理包括加權(quán)融合和噪聲抑制。

20、第三方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種計算機(jī)設(shè)備，包括存儲器和處理器，所述存儲器存儲有計算機(jī)程序，其中：所述計算機(jī)程序指令被處理器執(zhí)行時實(shí)現(xiàn)如本發(fā)明第二方面所述的基于多模式融合的腦機(jī)接口控制方法的步驟。

21、第四方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，其上存儲有計算機(jī)程序，其中：所述計算機(jī)程序指令被處理器執(zhí)行時實(shí)現(xiàn)如本發(fā)明第二方面所述的基于多模式融合的腦機(jī)接口控制方法的步驟。

22、本發(fā)明有益效果為：本發(fā)明通過在大腦皮層或頭皮表面布置微電極陣列，實(shí)時監(jiān)測腦電信號特征，采用動態(tài)優(yōu)化的采樣參數(shù)實(shí)現(xiàn)了信號采集的自適應(yīng)調(diào)整，確保了不同腦電信號頻段的精確捕獲。同時，通過加權(quán)融合和噪聲抑制技術(shù)，增強(qiáng)了信號的可靠性和輸出穩(wěn)定性，解決了現(xiàn)有腦機(jī)接口技術(shù)中信號采集不穩(wěn)定、參數(shù)調(diào)整不靈活以及噪聲抑制效果不佳等問題，實(shí)現(xiàn)了對腦電信號的精確采集和處理，進(jìn)而提升了系統(tǒng)在實(shí)時應(yīng)用中的靈活性和準(zhǔn)確性。

技術(shù)特征：

1.一種基于多模式融合的腦機(jī)接口控制系統(tǒng)，其特征在于：包括，

2.一種基于多模式融合的腦機(jī)接口控制方法，基于權(quán)利要求1所述的基于多模式融合的腦機(jī)接口控制系統(tǒng)，其特征在于：還包括，

3.如權(quán)利要求2所述的基于多模式融合的腦機(jī)接口控制方法，其特征在于：所述根據(jù)所述信號特征自動調(diào)整微電極陣列信號采集參數(shù)包括以下步驟：

4.如權(quán)利要求3所述的基于多模式融合的腦機(jī)接口控制方法，其特征在于：所述動態(tài)優(yōu)化微電極陣列的采樣參數(shù)包括：

5.如權(quán)利要求4所述的基于多模式融合的腦機(jī)接口控制方法，其特征在于：所述自動調(diào)整微電極陣列的增益和阻抗匹配包括以下內(nèi)容：

6.如權(quán)利要求5所述的基于多模式融合的腦機(jī)接口控制方法，其特征在于：所述基于反饋機(jī)制進(jìn)行自校準(zhǔn)，優(yōu)化微電極陣列信號采集參數(shù)包括：

7.如權(quán)利要求6所述的基于多模式融合的腦機(jī)接口控制方法，其特征在于：所述信號質(zhì)量評估的計算公式如下：

8.如權(quán)利要求7所述的基于多模式融合的腦機(jī)接口控制方法，其特征在于：所述對多個電極通道信號進(jìn)行處理包括加權(quán)融合和噪聲抑制。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于多模式融合的腦機(jī)接口控制系統(tǒng)及方法，涉及腦機(jī)接口控制技術(shù)領(lǐng)域。包括微電極陣列管理模塊，負(fù)責(zé)微電極陣列的布置與初始信號采集，并實(shí)時監(jiān)測腦電信號特征；參數(shù)優(yōu)化模塊，用于動態(tài)調(diào)整微電極陣列的采樣參數(shù)以優(yōu)化信號質(zhì)量；多通道信號處理模塊，對多個電極通道信號進(jìn)行加權(quán)融合和噪聲抑制；自校準(zhǔn)反饋模塊，根據(jù)反饋?zhàn)孕?zhǔn)電極參數(shù)，優(yōu)化微電極陣列的采集參數(shù)；控制指令生成模塊，用于生成指令；輸出調(diào)節(jié)模塊，用于動態(tài)調(diào)節(jié)輸出。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了對腦電信號的精確采集和處理，進(jìn)而提升了系統(tǒng)在實(shí)時應(yīng)用中的靈活性和準(zhǔn)確性。

技術(shù)研發(fā)人員：龐珩,鄔宇平,孫英豪,王成鋒,金偉彬,王文濤
受保護(hù)的技術(shù)使用者：新瑞數(shù)城技術(shù)有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/23