基于運(yùn)動(dòng)想象的腦電信號(hào)分類與腦機(jī)接口技術(shù)研究.pdf

1、腦機(jī)接口是一種不依賴于大腦外周神經(jīng)與肌肉組成的正常輸出通路的通訊控制系統(tǒng)，由于該技術(shù)具有巨大的理論研究?jī)r(jià)值以及實(shí)際應(yīng)用前景，成為近年來生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域中研究的熱點(diǎn)。對(duì)運(yùn)動(dòng)想象腦電信號(hào)進(jìn)行分類研究，是腦機(jī)接口研究領(lǐng)域的一個(gè)重要分支。 根據(jù)河北省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目“基于EEG的腦機(jī)接口技術(shù)研究”（編號(hào)：E2006000034）的要求，本文對(duì)運(yùn)動(dòng)想象腦電信號(hào)提取的實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行了設(shè)計(jì)，對(duì)采集得到的腦電數(shù)據(jù)分別提取能量特征以及復(fù)雜度特征

2、進(jìn)行了分類研究，同時(shí)建立了實(shí)時(shí)在線腦機(jī)接口系統(tǒng)，并對(duì)腦機(jī)接口技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行了探索性研究。主要內(nèi)容如下： 1．設(shè)計(jì)了基于想象左手、右手和腳部運(yùn)動(dòng)的腦電信號(hào)采集實(shí)驗(yàn)方案。對(duì)腦電信號(hào)產(chǎn)生原理，運(yùn)動(dòng)想象腦電信號(hào)的特點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)的闡述，根據(jù)腦電信號(hào)記錄儀器的功能及特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了提取運(yùn)動(dòng)想象過程中腦電信號(hào)的實(shí)驗(yàn)方案，提取得到了對(duì)應(yīng)三種不同運(yùn)動(dòng)想象任務(wù)的腦電數(shù)據(jù)，為后續(xù)的離線分析處理提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。 2．進(jìn)行了以腦電信號(hào)能量為特征的分

3、類研究。對(duì)應(yīng)在線腦機(jī)接口研究需要，對(duì)腦電信號(hào)進(jìn)行平穩(wěn)性假設(shè)，采用傅立葉變換提取特定頻率段的能量特征，將該特征作為分類依據(jù)，進(jìn)行了分類研究。所采用的特征提取方法、特征頻段能量確定方法及分類結(jié)果都被應(yīng)用于在線腦機(jī)接口系統(tǒng)設(shè)計(jì)中。根據(jù)腦電信號(hào)非線性、非平穩(wěn)的特點(diǎn)，采用希爾伯特—黃變換對(duì)信號(hào)進(jìn)行了時(shí)頻分析，提取綜合考慮時(shí)間-頻率-空間信息的能量特征作為分類依據(jù)。通過對(duì)該方法提取得到特征采用過濾和封裝混合特征選擇方法進(jìn)行優(yōu)化處理。分類結(jié)果證明，該

4、特征提取方法以及特征選擇方法的有效性。 3．進(jìn)行了以腦電信號(hào)的非線性復(fù)雜度為特征的分類研究。以非線性動(dòng)力學(xué)指標(biāo)-樣本熵作為不同運(yùn)動(dòng)想象任務(wù)時(shí)腦電信號(hào)的特征，以支持向量機(jī)作為分類器，進(jìn)行了分類研究。將特征子集與分類器參數(shù)聯(lián)合優(yōu)化的思想應(yīng)用于分類研究中，為解決分類速度和分類精度之間的矛盾提供了一種可行方法，并獲得了較好的分類效果。 4．建立了在線腦機(jī)接口系統(tǒng)。在前期離線數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了基于運(yùn)動(dòng)想象腦電信號(hào)的在線腦機(jī)接