本文關(guān)鍵詞：面向重度殘疾人的腦機(jī)接口功能輔助研究

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【摘要】：世界上數(shù)以百萬計(jì)的人患有重度運(yùn)動(dòng)功能疾病,如中風(fēng)、脊椎損傷、肌萎縮側(cè)索硬化癥等。他們無法通過傳統(tǒng)的人機(jī)接口(例如鍵盤)表達(dá)意圖。腦機(jī)接口(Brain computer interface,BCI)是一種不依賴諸如外周神經(jīng)和肌肉正常的傳導(dǎo)通道,能直接將頭皮腦電活動(dòng)轉(zhuǎn)化為控制指令的一種接口,因此能為這類失去運(yùn)動(dòng)能力的殘疾人提供了一種與外界進(jìn)行交互的可用替代操控手段。大多數(shù)癱瘓病人長期臥床,他們的活動(dòng)空間受到了極大的限制,通常只能在病床上或輪椅上活動(dòng)。基于此,本文的主要內(nèi)容是面向重度癱瘓病人的腦機(jī)接口神經(jīng)功能輔助研究,致力于開發(fā)出實(shí)用、人性化的基于腦機(jī)接口的輪椅系統(tǒng)、護(hù)理床系統(tǒng)等輔助設(shè)備,從而輔助重度癱瘓病人的日常生活。本文首先研究將腦機(jī)接口與自動(dòng)駕駛技術(shù)結(jié)合,用于輪椅的協(xié)調(diào)控制。根據(jù)感知的環(huán)境信息自動(dòng)產(chǎn)生候選目的地和可供輪椅安全行駛的路徑點(diǎn)。用戶可以通過基于運(yùn)動(dòng)想象或者P300的腦機(jī)接口選擇目的地,一旦用戶選擇完目的地,導(dǎo)航系統(tǒng)規(guī)劃出一條最短安全路徑,并導(dǎo)航輪椅到達(dá)該目的地。與其他同類型的腦機(jī)接口輪椅系統(tǒng)相比,該系統(tǒng)不僅能極大程度地減輕用戶的精神負(fù)擔(dān),而且能適應(yīng)環(huán)境的變化�；谶\(yùn)動(dòng)想象和P300的輪椅控制測(cè)試實(shí)驗(yàn)證明了該系統(tǒng)的有效性。大多數(shù)家居環(huán)境具有非結(jié)構(gòu)性,基于已知環(huán)境信息的輪椅控制系統(tǒng)具有一定局限性。為此,本文開發(fā)了一種基于傳感器信息融合的智能輪椅,并與腦機(jī)接口集成,實(shí)現(xiàn)了未知環(huán)境下的腦機(jī)協(xié)調(diào)控制。為解決輪椅在諸如走廊環(huán)境下到達(dá)遠(yuǎn)距離的目的地需要多步選擇的問題,本文將目標(biāo)方向識(shí)別、方向跟蹤等技術(shù)應(yīng)用于輪椅系統(tǒng)中。此外,本文提供了一套快速眨眼檢測(cè)算法,將其應(yīng)用于輪椅的停止指令,從而提高了停止指令的反應(yīng)速度。此外,本文還研究了基于P300的異步腦機(jī)接口,通過對(duì)腦電信號(hào)進(jìn)行特征變換,分別對(duì)受試者在不同狀態(tài)(控制或空閑狀態(tài))下的腦電信號(hào)特征構(gòu)建統(tǒng)計(jì)模型,推導(dǎo)出用于識(shí)別受試者控制意圖的計(jì)算方法,最后提供了一套完整的基于P300的異步檢測(cè)算法,并將該算法實(shí)際應(yīng)用于重度癱瘓病人的護(hù)理床控制。實(shí)測(cè)結(jié)果證明了該算法能夠有效地檢測(cè)受試者不同的狀態(tài)。此外,實(shí)驗(yàn)結(jié)果也表明包括脊椎損傷病人在內(nèi)的所有受試者都能通過該護(hù)理床系統(tǒng)完成各種操作任務(wù)。最后在基于腦機(jī)接口智能輪椅、護(hù)理床的基礎(chǔ)上,提出了一種面向重度脊椎損傷病人的環(huán)境控制系統(tǒng),旨在為他們提供日常幫助。為實(shí)現(xiàn)在不降低腦機(jī)接口性能的條件下保持操作的自主性,該系統(tǒng)能夠在不同操作情形下分別以同步控制和異步控制模式運(yùn)行。此外,將驗(yàn)證機(jī)制和偽鍵引入到系統(tǒng)范式中,有效地減少了誤操作率。6位重度脊椎損傷的病人分別參與了在護(hù)理床和輪椅上進(jìn)行的兩個(gè)實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明所有脊椎損傷病人能夠以滿意的性能使用該環(huán)境控制系統(tǒng),因此該系統(tǒng)在輔助殘疾人日常生活方面蘊(yùn)藏著巨大潛力。
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：R496;TN911.7

【參考文獻(xiàn)】

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 余天佑;多模態(tài)與多自由度腦機(jī)接口研究[D];華南理工大學(xué);2013年

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本文編號(hào)：1256522