一種基于體感電刺激的腦機(jī)接口刺激序列生成方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于體感電刺激的腦機(jī)接口刺激序列生成方法，包括以下步驟：在使用者頭皮上安放測(cè)量電極，在前額或耳垂位置安放參考電極和接地電極；將體感電刺激輸出電極安放在使用者身體各部位；根據(jù)體感電刺激輸出電極位置以及身體各部位對(duì)電刺激的敏感性差異，隨機(jī)生成刺激輸出的序列，或根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景優(yōu)先排列體感電刺激輸出電極輸出刺激的優(yōu)先級(jí)；根據(jù)對(duì)使用者腦電信號(hào)的跟蹤監(jiān)測(cè)，調(diào)整體感電刺激輸出電極的位置以及刺激參數(shù)。本發(fā)明避免了對(duì)使用者造成不適以及連續(xù)電刺激的疲勞效應(yīng)；提高了基于體感電刺激腦機(jī)接口系統(tǒng)對(duì)使用者不同位置電刺激誘發(fā)響應(yīng)的區(qū)分度和識(shí)別效率，且易于實(shí)現(xiàn)和便于操作，具有重要的理論研究和實(shí)際應(yīng)用意義。
【專利說明】
一種基于體感電刺激的腦機(jī)接口刺激序列生成方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于腦機(jī)接口技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種基于體感電刺激的腦機(jī)接口刺激序列生成方法。
【背景技術(shù)】
[0002]腦機(jī)接口系統(tǒng)是一種實(shí)現(xiàn)人腦與外圍設(shè)備間信息交互的系統(tǒng)。腦機(jī)接口系統(tǒng)可通過腦電電極采集使用者的腦電信息，并分析和辨別使用者大腦活動(dòng)的模式，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)使用者意愿的解碼。腦機(jī)接口通?；谝曈X和聽覺刺激兩種模態(tài)，相比上述模態(tài)，基于體感電刺激的腦機(jī)接口具有以下優(yōu)勢(shì):(I)不干擾使用者正常視聽覺信息；(2)適用于視聽覺受損或因癱瘓等原因無法正常注視屏幕人群；(3)通過組合人體多個(gè)位點(diǎn)的體感電刺激信息，擴(kuò)展了腦機(jī)接口的應(yīng)用場(chǎng)景。
[0003]基于體感電刺激的腦機(jī)接口系統(tǒng)中的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)在于如何生成體感電刺激的刺激序列。由于在基于體感電刺激的腦機(jī)接口系統(tǒng)中，腦機(jī)接口系統(tǒng)需要對(duì)使用者身體的各位置發(fā)放一系列的電刺激序列，接收并檢測(cè)使用者受電刺激后的腦電信息，因此電刺激序列的幅度、個(gè)數(shù)、持續(xù)時(shí)間、刺激間隔、接受電刺激的身體位置以及上述參數(shù)的排列組合對(duì)于基于體感電刺激的腦機(jī)接口系統(tǒng)的性能具有重要的影響。
[0004]專利文獻(xiàn)“基于體感電刺激誘發(fā)P300的腦機(jī)接口系統(tǒng)及其實(shí)現(xiàn)方法”(專利申請(qǐng)?zhí)?201510447832.2)公布了一種基于體感電刺激誘發(fā)P300的腦機(jī)接口系統(tǒng)及其實(shí)現(xiàn)方法，但是并沒有說明體感電刺激序列的生成方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種設(shè)計(jì)合理、區(qū)分度和識(shí)別效率且易于實(shí)現(xiàn)的基于體感電刺激的腦機(jī)接口刺激序列生成方法。
[0006]本發(fā)明解決其技術(shù)問題是采取以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0007]—種基于體感電刺激的腦機(jī)接口刺激序列生成方法，包括以下步驟:
[0008]步驟1:按照國(guó)際10-20系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，在使用者頭皮上安放測(cè)量電極，在使用者前額或耳垂位置安放參考電極和接地電極，從而將使用者腦電信號(hào)接入基于體感電刺激的腦機(jī)接口系統(tǒng)；
[0009]步驟2:將體感電刺激輸出電極安放在使用者身體各部位并接入基于體感電刺激的腦機(jī)接口系統(tǒng)；
[0010]步驟3:根據(jù)體感電刺激輸出電極位置以及身體各部位對(duì)電刺激的敏感性差異，隨機(jī)生成刺激輸出的序列，或根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景優(yōu)先排列體感電刺激輸出電極輸出刺激的優(yōu)先級(jí)；
[0011]步驟4:根據(jù)對(duì)使用者腦電信號(hào)的跟蹤監(jiān)測(cè)，調(diào)整體感電刺激輸出電極的位置以及刺激參數(shù)。
[0012]所述體感電刺激輸出電極安放在使用者身體各部位包括手指、手掌、腕部、手臂、腰部、背部、腿部、腳踝和腳部。
[0013]所述步驟2的具體安放方法包括以下步驟:
[0014]步驟2.1:安放每個(gè)體感電刺激輸出電極時(shí)，分別確定適合該部位的電刺激強(qiáng)度幅值；
[0015]步驟2.2:在一個(gè)體感電刺激輸出電極安防后，在安放另一個(gè)體感電刺激輸出電極時(shí)，確定使用者能夠區(qū)分兩個(gè)電刺激的最短刺激間隔。
[0016]所述電刺激強(qiáng)度幅值的確定方法為:在給定刺激持續(xù)時(shí)間下，從低到高遞增電刺激強(qiáng)度幅值，向使用者輸出連續(xù)的電刺激，以使用者正好能夠感知電刺激時(shí)的幅值為選定幅值;當(dāng)刺激持續(xù)時(shí)間變化時(shí)，重新確定刺激強(qiáng)度幅值。
[0017]所述最短刺激間隔的確定方法為:從零開始遞增兩個(gè)電刺激的刺激間隔，向使用者同時(shí)輸出兩個(gè)電刺激，以使用者正好能夠分開兩個(gè)電刺激位置時(shí)的刺激間隔為選定的最短刺激間隔。
[0018]所述刺激參數(shù)包括刺激輸出的波形、幅值、持續(xù)時(shí)間、個(gè)數(shù)以及刺激輸出的間隔。
[0019]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是:
[0020]本發(fā)明利用人體對(duì)不同位置體感電刺激的敏感性不同，選擇合適的刺激幅值、持續(xù)時(shí)間和刺激間隔，一方面避免了對(duì)使用者造成不適以及連續(xù)電刺激的疲勞效應(yīng);另一方面提高了基于體感電刺激腦機(jī)接口系統(tǒng)對(duì)使用者不同位置電刺激誘發(fā)響應(yīng)的區(qū)分度和識(shí)別效率，且易于實(shí)現(xiàn)和便于操作，具有重要的理論研究和實(shí)際應(yīng)用意義。
【附圖說明】
[0021]圖1為人體與基于體感電刺激的腦機(jī)接口系統(tǒng)連接示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例做進(jìn)一步詳述:
[0023]一種基于體感電刺激的腦機(jī)接口刺激序列生成方法，包括以下步驟:
[0024]步驟I:在使用者頭皮上安放測(cè)量電極，其分布符合國(guó)際10-20系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，在使用者前額或耳垂位置安放參考電極和接地電極，將使用者腦電信號(hào)接入基于體感電刺激的腦機(jī)接口系統(tǒng)。
[0025]如圖1所示，在基于體感電刺激的腦機(jī)接口系統(tǒng)中，體感電刺激誘發(fā)電位的檢測(cè)是通過體表電極作為傳感器拾取頭皮腦電信號(hào)的，需要注意的是，電極類型、導(dǎo)聯(lián)方式并不只局限于本實(shí)施例所列舉的情形。本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員可以意識(shí)到，所有可提供腦電信號(hào)采樣的電極均可以適用于本發(fā)明所描述的系統(tǒng)及其實(shí)現(xiàn)方法。示例中所提供的電極類型和導(dǎo)聯(lián)方式并不旨在對(duì)本發(fā)明的使用范圍或功能提出任何局限；
[0026]步驟2:根據(jù)使用場(chǎng)景的不同，將體感電刺激輸出電極安放在使用者身體各部位，例如但不限于:手指、手掌、腕部、手臂、腰部、背部、腿部、腳踝以及腳部等;具體方法如下:
[0027]步驟2.1:安放每個(gè)體感電刺激輸出電極時(shí)，由于每個(gè)人和每個(gè)部位所需的刺激強(qiáng)度不同，需要分別確定最適合該部位的電刺激強(qiáng)度幅值，該電刺激強(qiáng)度幅值的確定方法為:在給定刺激持續(xù)時(shí)間下，從低到高遞增電刺激強(qiáng)度幅值，向使用者輸出連續(xù)的電刺激，以使用者正好能夠感知電刺激時(shí)的幅值為選定幅值；當(dāng)刺激持續(xù)時(shí)間變化時(shí)，需要重新測(cè)定刺激強(qiáng)度幅值。在本實(shí)施例中，如以電流強(qiáng)度表征電刺激強(qiáng)度幅值，當(dāng)刺激持續(xù)時(shí)間為Ims時(shí)，則可從1.0mA開始，每次遞增0.1mA，直至使用者能夠注意到傳遞至該部位的電刺激。
[0028]步驟2.2:安放完畢一個(gè)體感電刺激輸出電極后，開始安放另一個(gè)體感電刺激輸出電極時(shí)，需要確定使用者能夠區(qū)分兩個(gè)電刺激的最短刺激間隔。該刺激間隔是指:當(dāng)刺激兩個(gè)位置時(shí)，使用者能夠分辨出來自身體不同位置電刺激所需的最短時(shí)間間隔。該最短刺激間隔的確定方法為:從零開始遞增兩個(gè)電刺激的刺激間隔，向使用者同時(shí)輸出兩個(gè)電刺激，以使用者正好能夠分開兩個(gè)電刺激位置時(shí)的刺激間隔為選定的最短刺激間隔；
[0029 ]步驟3:在安放完成體感電刺激輸出電極后，可根據(jù)體感電刺激輸出電極位置以及身體各部位對(duì)電刺激的敏感性差異，隨機(jī)生成刺激輸出的序列，也可根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景優(yōu)先排列某些電極輸出刺激的優(yōu)先級(jí)，如當(dāng)需要強(qiáng)調(diào)A部位刺激時(shí)，可優(yōu)先排列向A部位輸出電刺激的時(shí)序并增加向A部位輸出刺激的個(gè)數(shù);或者，當(dāng)需要強(qiáng)調(diào)A部位刺激的特異性時(shí)，可增加非A部位輸出刺激的個(gè)數(shù)，或減少A部位輸出刺激的個(gè)數(shù)，最終使得向A部位輸出刺激數(shù)的比例在總刺激數(shù)中降低。
[0030]步驟4:根據(jù)對(duì)使用者腦電信號(hào)的跟蹤監(jiān)測(cè)，調(diào)整體感電刺激輸出電極的位置以及刺激參數(shù)，包括但不限于:刺激輸出的波形、幅值、持續(xù)時(shí)間、個(gè)數(shù)以及刺激輸出的間隔等，如:考慮到體感電刺激在刺激位置上的靈活性，可根據(jù)各位置體感電刺激誘發(fā)腦電響應(yīng)的特征，自動(dòng)調(diào)整刺激輸出位置和幅值，或者，當(dāng)觀測(cè)到目前所使用的向某一位置輸出的刺激個(gè)數(shù)過多，導(dǎo)致使用者對(duì)電刺激產(chǎn)生疲勞誘發(fā)響應(yīng)電位幅值降低時(shí)，可自適應(yīng)地提示并在操作者許可后減少刺激個(gè)數(shù)，并適度提高刺激幅值。
[0031]通過以上步驟，實(shí)現(xiàn)了本發(fā)明的若干目標(biāo)并獲得了其他有利結(jié)果。
[0032]上述方法的執(zhí)行或?qū)崿F(xiàn)順序不是必要的，除非另外指定。即，方法的元素可以用任何順序來執(zhí)行，除非另外指定，且方法可包括比此處所揭示的更多或更少的元素?？梢哉J(rèn)為，在另一元素之前、與其同時(shí)或之后執(zhí)行或?qū)崿F(xiàn)特定元素是在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
[0033]當(dāng)說明本發(fā)明或其實(shí)施例的元素時(shí)，冠詞“一”、“一個(gè)”、“該”和“所述”是指存在一個(gè)或多個(gè)元素?！鞍ā薄ⅰ鞍?、“具有”旨在包含性的，且意味著除所列出的元素之外還可以有其他元素。
[0034]由于可在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下在上述產(chǎn)品和方法中做出各種改變，因此包含在上述說明書并在附圖中示出的所有內(nèi)容都應(yīng)當(dāng)被解釋為說明性而非限制性的。
[0035]以上【具體實(shí)施方式】?jī)H用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于體感電刺激的腦機(jī)接口刺激序列生成方法，其特征在于包括以下步驟: 步驟1:按照國(guó)際10-20系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，在使用者頭皮上安放測(cè)量電極，在使用者前額或耳垂位置安放參考電極和接地電極，從而將使用者腦電信號(hào)接入基于體感電刺激的腦機(jī)接口系統(tǒng)； 步驟2:將體感電刺激輸出電極安放在使用者身體各部位并接入基于體感電刺激的腦機(jī)接口系統(tǒng)； 步驟3:根據(jù)體感電刺激輸出電極位置以及身體各部位對(duì)電刺激的敏感性差異，隨機(jī)生成刺激輸出的序列，或根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景優(yōu)先排列體感電刺激輸出電極輸出刺激的優(yōu)先級(jí)；步驟4:根據(jù)對(duì)使用者腦電信號(hào)的跟蹤監(jiān)測(cè)，調(diào)整體感電刺激輸出電極的位置以及刺激參數(shù)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于體感電刺激的腦機(jī)接口刺激序列生成方法，其特征在于:所述體感電刺激輸出電極安放在使用者身體各部位包括手指、手掌、腕部、手臂、腰部、背部、腿部、腳踝和腳部。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于體感電刺激的腦機(jī)接口刺激序列生成方法，其特征在于:所述步驟2的具體安放方法包括以下步驟: 步驟2.1:安放每個(gè)體感電刺激輸出電極時(shí)，分別確定適合該部位的電刺激強(qiáng)度幅值；步驟2.2:在一個(gè)體感電刺激輸出電極安防后，在安放另一個(gè)體感電刺激輸出電極時(shí)，確定使用者能夠區(qū)分兩個(gè)電刺激的最短刺激間隔。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于體感電刺激的腦機(jī)接口刺激序列生成方法，其特征在于:所述電刺激強(qiáng)度幅值的確定方法為:在給定刺激持續(xù)時(shí)間下，從低到高遞增電刺激強(qiáng)度幅值，向使用者輸出連續(xù)的電刺激，以使用者正好能夠感知電刺激時(shí)的幅值為選定幅值;當(dāng)刺激持續(xù)時(shí)間變化時(shí)，重新確定刺激強(qiáng)度幅值。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于體感電刺激的腦機(jī)接口刺激序列生成方法，其特征在于:所述最短刺激間隔的確定方法為:從零開始遞增兩個(gè)電刺激的刺激間隔，向使用者同時(shí)輸出兩個(gè)電刺激，以使用者正好能夠分開兩個(gè)電刺激位置時(shí)的刺激間隔為選定的最短刺激間隔。6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于體感電刺激的腦機(jī)接口刺激序列生成方法，其特征在于:所述刺激參數(shù)包括刺激輸出的波形、幅值、持續(xù)時(shí)間、個(gè)數(shù)以及刺激輸出的間隔。
【文檔編號(hào)】G06F3/01GK106055109SQ201610417504
【公開日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年6月14日
【發(fā)明人】胡勇, 蒲江波
【申請(qǐng)人】中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院生物醫(yī)學(xué)工程研究所