基于STM32和LabVIEW的運動想象腦機接口研究.pdf

1、腦-機接口(Brain-computer Interface, BCI)是一種不依賴于腦的正常輸出通路的通訊系統(tǒng)。通過建立人腦與電子設(shè)備如計算機之間的直接通路,將大腦中產(chǎn)生的生理電信號直接轉(zhuǎn)換成控制外部設(shè)備的命令,這樣就可以實現(xiàn)代替人類自然肢體或語言器官以新的途徑與外界進行交流并可主動的改變周遭的環(huán)境。康復(fù)醫(yī)學(xué)、工業(yè)、軍事等領(lǐng)域?qū)τ谀X機接口的巨大需求,將腦機接口推動為熱門學(xué)科。然而,在達到美好的腦機接口應(yīng)用大量普及的未來之前,全世界多數(shù)

2、腦機接口研究還處于實驗室階段。
　　面對BCI技術(shù)發(fā)展的機遇與挑戰(zhàn),本文開展了基于STM32和LABVIEW的實時腦機接口應(yīng)用研究。所構(gòu)建的BCI系統(tǒng)以運動想象腦電信號為處理對象,相比于視覺誘發(fā)電位,運動想象信號便于檢測,而且低刺激頻率不易引起眼部及精神疲倦。以可充分調(diào)用計算機硬件資源的LABVIEW軟件開發(fā)本系統(tǒng),相比于嵌入式系統(tǒng),計算機在運算速度等硬件方面具有壓倒性的優(yōu)勢。
　　根據(jù)運動想象腦機接口應(yīng)用的要求,利用LAB

3、VIEW軟件設(shè)計了新的視覺刺激器。刺激器的刺激圖片以特定頻率交替出現(xiàn),刺激圖片形象生動,可以有效提示受試者進行相應(yīng)的左右手運動想象。作為以指導(dǎo)訓(xùn)練為目的的系統(tǒng),刺激界面同時能夠反饋給醫(yī)生受試者實時的腦電信號波形。在信號采集方式上,以STM32作為MCU構(gòu)建腦機接口數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。使用選定的二導(dǎo)聯(lián)電極采集頭部左右兩側(cè)的腦電信號,對信號進行放大,濾波處理后通過外部ADC芯片完成模擬信號向數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換。最終通過串口實現(xiàn)采集系統(tǒng)與刺激系統(tǒng)的數(shù)據(jù)

4、交互。
　　BCI技術(shù)的研究重心是選擇合適的算法從強背景噪聲中提取運動想象腦電,辨別受試者的選擇。研究對比小波分解、小波包分解重構(gòu)、支持向量機、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等信號處理算法,最終選擇用 db5小波包對特定時間窗內(nèi)的腦電信號進行濾波重構(gòu),以滑動能量窗數(shù)據(jù)作為特征向量,用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識別,并用量子粒子群算法對BP網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化。
　　腦機接口實驗表明,系統(tǒng)可有效提示實驗者產(chǎn)生運動想象思維運動。所選用算法對于離線的數(shù)據(jù)具有較高的識別率,驗