本文關(guān)鍵詞：基于頭部電磁信息反演的人機交互系統(tǒng)控制指令提取方法研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著我國人口老齡化加劇,完全失能老年人口數(shù)量逐年攀升。此外,由于神經(jīng)和肌骨系統(tǒng)病變、自然災(zāi)害、交通事故等導(dǎo)致的殘障完全失能患者也在逐年增多。上述原因?qū)е挛覈耆芑颊呷后w日益龐大,其占我國人口總數(shù)的比重也呈上升趨勢。為了維持完全失能患者的日常生活,患者家庭和社會面臨沉重的負(fù)擔(dān)和嚴(yán)峻的考驗,如何幫助完全失能患者實現(xiàn)生活自理以及與外界的溝通和交流,是一個亟待解決的重大社會問題。本文從頭部電磁信息的物理特性出發(fā),利用具有空間分布特征的磁信息和具有集中參數(shù)特征的電信息,包括用于定位舌動的標(biāo)記磁信號、眼動伴隨產(chǎn)生的生理電信號和大腦思維活動伴隨產(chǎn)生的腦電、腦磁信號,開展了基于頭部電磁信息反演的人機交互系統(tǒng)控制指令提取方法研究。為了解決如何快速獲得高精度、多模式的控制指令等關(guān)鍵問題,本文在理論研究的基礎(chǔ)上,利用仿真和實驗進行了驗證,并開展了輔助人機交互系統(tǒng)應(yīng)用研究：針對基于磁標(biāo)記舌機接口的入機交互系統(tǒng)控制指令提取面臨的快速性、高精度要求,提出了基于封閉解析解模型的快速高精度磁源定位方法；針對基于混合生理電信號的人機交互系統(tǒng)控制指令提取面臨的多模式要求,提出了基于單通道干電極生理電信號時/頻域信息的多模式特征信號識別方法；針對基于腦磁圖技術(shù)的人機交互系統(tǒng)控制指令提取面臨的高精度要求,提出了基于無旋空間磁場重構(gòu)的高精度磁源空間位置分布特征提取方法。論文主要研究內(nèi)容包括：第1章,闡述了論文的研究背景與意義,詳細(xì)介紹了當(dāng)前國內(nèi)外服務(wù)于不同程度完全失能患者的輔助人機交互技術(shù),包括舌機接口、眼機接口和腦機接口,綜述了其控制指令提取方法的研究現(xiàn)狀和發(fā)展方向,提出了論文的主要研究內(nèi)容。第2章,系統(tǒng)研究了基于電磁信息反演的特征信號提取方法的相關(guān)理論基礎(chǔ)。首先,針對磁標(biāo)記舌機接口中磁源空間分布特征信號提取,提出了基于封閉解析解模型的磁源定位方法：設(shè)計了磁源磁偶極矩方向固定機構(gòu),在此基礎(chǔ)上,提出了封閉解析解的磁源定位反解模型,并解決了反解模型的唯一解以及傳感器系統(tǒng)標(biāo)定等問題,實現(xiàn)了快速、高精度的磁源定位。其次,針對混合生理電信號人機交互的集中參數(shù)特征信號提取,提出了基于單通道干電極混合生理電信號時/頻域信息的多模式控制指令提取方法：基于時域幅值和時間參數(shù),設(shè)計了輕/重眨眼特征信號識別算法；基于頻域Alpha節(jié)律腦電波功率譜分布,設(shè)計了集中度腦電特征信號識別算法,實現(xiàn)了多模式生理電信號的特征提取。最后,針對基于腦磁圖技術(shù)的腦機接口中腦磁源空間分布特征信號提取,提出了基于空間磁場重構(gòu)的磁源空間分布特征提取方法：利用無源空間磁場的無旋特性,以標(biāo)量磁勢拉普拉斯方程作為重構(gòu)基本微分方程,以測量信息作為邊界條件開展無旋磁場重構(gòu)研究；針對重構(gòu)過程,開展了基于多項式擬合的邊界條件插值加密方法研究,以及基于磁源反解改善率和重構(gòu)磁場梯度分布的重構(gòu)信息篩選準(zhǔn)則研究；利用非線性優(yōu)化理論求解磁源空間分布特征參數(shù),實現(xiàn)了高精度的磁源反演。第3章,基于電磁信息反演人機交互系統(tǒng)控制指令提取的理論研究,利用仿真和實驗進行了驗證研究。首先,以永磁體標(biāo)記磁源為研究對象,開展基于封閉解析解模型的磁源定位方法實驗驗證,搭建磁源磁偶極矩方向豎直保持機構(gòu)以及傳感器測量系統(tǒng),實現(xiàn)了不同運動模式下,快速高精度磁源位置追蹤。其次,利用單通道干電極裝備搭建了生理電信號采集系統(tǒng),設(shè)計了面向個體差異性的特征信號識別參數(shù)預(yù)標(biāo)定范式,以肢體健全志愿者和肢體殘障志愿者為受試對象,開展人體實驗驗證。最后,以具有通用性的磁偶極子模型為研究對象,開展基于磁場重構(gòu)的磁源空間分布特征參數(shù)反演方法的仿真驗證研究,表明了重構(gòu)過程對測量信息夾雜噪聲的平滑作用以及磁源定位精度的改善作用。第4章,基于頭部電磁信息反演提取的控制指令,開展了輔助人機交互系統(tǒng)應(yīng)用研究。首先,基于單通道干電極設(shè)備獲得量化的眨眼誘發(fā)生理電信號強度,通過閾值判定提取控制指令,開展基于眼機接口人機交互系統(tǒng)的電動輪椅控制應(yīng)用研究。其次,基于本文提出的混合生理電信號集中參數(shù)控制指令提取方法,開展基于混合腦機接口的六自由度機械手控制應(yīng)用研究,并基于多模式控制指令提出了復(fù)合控制策略,提高了系統(tǒng)的自動化水平以及執(zhí)行效率。最后,針對基于腦磁圖技術(shù)的人機交互系統(tǒng)應(yīng)用,開展基于空間磁場重構(gòu)的腦磁源反演方法研究,通過多項式擬合插值方法從測量所得稀疏頭表磁場分布獲得加密的邊界條件,實現(xiàn)頭外無旋空間磁場重構(gòu),并利用重構(gòu)磁場的梯度分布特性篩選獲得具有高保真度的重構(gòu)磁場信息,結(jié)合腦磁源反演非線性優(yōu)化算法,為基于腦磁圖技術(shù)的人機交互系統(tǒng)提供更準(zhǔn)確的控制指令。第5章,總結(jié)了論文的主要研究工作和創(chuàng)新點,并對未來的研究工作進行了展望。

  本文關(guān)鍵詞：基于頭部電磁信息反演的人機交互系統(tǒng)控制指令提取方法研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。