一种基于液压温控脑电帽的运动想象分类装置及方法

本发明属于脑电信号采集，尤其涉及一种基于液压温控脑电帽的运动想象分类装置及方法。

背景技术：

1、本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

2、基于脑电信号运动想象分类装置装中，获取的脑电信号的稳定性对于运动想象分类的准确度至关重要。

3、目前基于脑电信号运动想象分类装置采用常规脑电帽，传统脑电帽需要搭配干电极或湿电极。湿电极需要涂抹导电胶或液体，使其与头皮充分接触，以便准确采集脑电信号，这种电极使用过程中操作繁琐、准备时间长，清洗不变，需要不断更换和清洗电极，使用过程中也容易引起过敏和感染等问题；干电极虽操作简单，受汗液影响较大且采集到的信号质量依赖于后续信号处理提升。

技术实现思路

1、为了解决上述背景技术中存在的至少一项技术问题，本发明的第一个方面提供一种基于液压温控脑电帽的运动想象分类装置，其通过干电极与头皮紧密切合，可以避免佩戴脑电帽时出汗引起信号质量问题，提高了佩戴的舒适性和稳定性，增强信号质量，提高了运动想象分类的准确率。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、本发明的第一方面提供一种基于液压温控脑电帽的运动想象分类装置，包括：信号采集模块，所述信号采集模块包括液压温控脑电帽，所述液压温控脑电帽包括液压温控模块、液袋和干电极，所述液压温控模块用于检测液袋温度和头皮温度是否一致，当达到一致时，设置脑电信号采样率和待采集人员信息，将干电极采集到的脑电信号上传至上位机进行处理；

4、所述上位机用于对采集到的脑电信号进行特征提取，将得到的特征构成特征矩阵，并将相应的刺激标签构成矩阵，进行训练运动想象分类模型，基于训练后的模型对待评估对象的脑电信号进行分类得到分类结果。

5、作为一种实施方式，所述液压温控模块包括由第一微控制单元、注液模块、红外传感器、压力传感器以及恒温模块；所述红外传感器和压力传感器设置于液袋上，同时均和第一微控制单元连接；

6、所述第一微控制单元用于接收红外传感器获取的头皮温度和接收压力传感器获取的液压值，并将温度数值传递给恒温模块，所述恒温模块自动调整液体罐内液体温度，确保液体温度与头皮温度一致；

7、当液压值达到设定的阈值时，所述第一微控制单元用于控制注液模块停止注液。

8、作为一种实施方式，所述注液模块包括注液泵、液体导管、液体罐、进液口和出液口，所述液袋上设置进液口和出液口，所述进液口通过液体导管和液体罐一端连接，液体罐另一端和出液口连接；注液模块通过注液导管将液体罐中的液体通过进液口注入液袋，使液袋膨胀，以实现干电极压紧头皮。

9、作为一种实施方式，所述信号采集模块还包括放大模块、滤波模块、第二微控制单元和wifi模块；

10、所述滤波模块一端与液压温控脑电帽干电极的导线相连，另一端与放大模块相连，所述放大模块用于放大信号，所述放大模块一端与滤波模块相连，另一端与第二微控制单元相连，并将数据传输至第二微控制单元，第二微控制单元通过wifi模块将数据传输至上位机进行处理和分析。

11、作为一种实施方式，所述上位机包括信号评估模块；

12、所述信号评估模块用于判断原始数据中是否存在非数字型数据，若存在则检查通道是否脱落；若数据中不存在字符型数据，采集待评估对象静息状态下的脑电信号，计算该时间段内所有通道的平均值；采集当上位机刺激软件开始依次呈现刺激文字：左手弯曲和右手弯曲时的信号。

13、作为一种实施方式，所述上位机还包括特征提取模块，所述特征提取模块用于提取脑电信号的波动趋势、变换系数、波形因子、脉冲因子、峰值因子和裕度因子。

14、作为一种实施方式，所述上位机还包括模型训练模块，所述模型训练模块用于从特征构成特征矩阵中随机抽取60％数据及从相应的刺激标签构成矩阵提取相应的标签用于训练，40％用于模型验证，训练方法采用支持向量机。

15、为了解决上述问题，本发明的第二方面提供一种基于液压温控脑电帽的运动想象分类方法，其其通过干电极与头皮紧密切合，可以避免佩戴脑电帽时出汗引起信号质量问题，提高了佩戴的舒适性和稳定性，增强信号质量，提高了运动想象分类的准确率。

16、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

17、一种基于液压温控脑电帽的运动想象分类方法，所述运动想象分类方法应用于第一方面中任一所述的一种基于液压温控脑电帽的运动想象分类装置，包括如下步骤：

18、检测液袋温度和头皮温度是否一致，当达到一致时，根据的设置脑电信号采样率和设置的待采集人员信息，获取脑电信号；

19、对获取的脑电信号的脑电信号进行特征提取，将得到的特征构成特征矩阵，并将相应的刺激标签构成矩阵，进行训练运动想象分类模型，基于训练后的模型对待评估对象的脑电信号进行分类得到分类结果。

20、作为一种实施方式，所述特征矩阵的特征包括脑电信号的波动趋势、变换系数、波形因子、脉冲因子、峰值因子和裕度因子。

21、作为一种实施方式，从特征构成特征矩阵中随机抽取60％数据及从相应的刺激标签构成矩阵提取相应的标签用于训练，40％用于模型验证，训练方法采用支持向量机。

22、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

23、本发明采用液压温控脑电帽，具有更好的信号稳定性和更长的佩戴时间；同时，液体温控模块的应用可以避免佩戴脑电帽时出汗引起的问题，提高了佩戴的舒适性和稳定性，为运动想象分类提供了稳定可靠的原始信号。

24、本发明采用液体的膨胀来使干电极与头皮紧密接触，提高脑电信号采集的精度和质量。液体温控模块可以确保脑电帽与头皮之间的温度恒定，避免出汗等因素对信号质量的影响。本发明采用支持向量机方法，能够获得更准确的分类效果。

25、本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

技术特征：

1.一种基于液压温控脑电帽的运动想象分类装置，其特征在于，包括：信号采集模块，所述信号采集模块包括液压温控脑电帽，所述液压温控脑电帽包括液压温控模块、液袋和干电极，所述液压温控模块用于检测液袋温度和头皮温度是否一致，当达到一致时，设置脑电信号采样率和待采集人员信息，将干电极采集到的脑电信号上传至上位机进行处理；

2.如权利要求1所述的一种基于液压温控脑电帽的运动想象分类装置，其特征在于，所述液压温控模块包括由第一微控制单元、注液模块、红外传感器、压力传感器以及恒温模块；所述红外传感器和压力传感器设置于液袋上，同时均和第一微控制单元连接；

3.如权利要求2所述的一种基于液压温控脑电帽的运动想象分类装置，其特征在于，所述注液模块包括注液泵、液体导管、液体罐、进液口和出液口，所述液袋上设置进液口和出液口，所述进液口通过液体导管和液体罐一端连接，液体罐另一端和出液口连接；注液模块通过注液导管将液体罐中的液体通过进液口注入液袋，使液袋膨胀，以实现干电极压紧头皮。

4.如权利要求1所述的一种基于液压温控脑电帽的运动想象分类装置，其特征在于，所述信号采集模块还包括放大模块、滤波模块、第二微控制单元和wifi模块；

5.如权利要求1所述的一种基于液压温控脑电帽的运动想象分类装置，其特征在于，所述上位机包括信号评估模块；

6.如权利要求1所述的一种基于液压温控脑电帽的运动想象分类装置，其特征在于，所述上位机还包括特征提取模块，所述特征提取模块用于提取脑电信号的波动趋势、变换系数、波形因子、脉冲因子、峰值因子和裕度因子。

7.如权利要求1所述的一种基于液压温控脑电帽的运动想象分类装置，其特征在于，所述上位机还包括模型训练模块，所述模型训练模块用于从特征构成特征矩阵中随机抽取60％数据及从相应的刺激标签构成矩阵提取相应的标签用于训练，40％用于模型验证，训练方法采用支持向量机。

8.一种基于液压温控脑电帽的运动想象分类方法，所述运动想象分类方法应用于如权利要求1至7中任一所述的一种基于液压温控脑电帽的运动想象分类装置，其特征在于，包括如下步骤：

9.权利要求8所述的一种基于液压温控脑电帽的运动想象分类方法，其特征在于，所述特征矩阵的特征包括脑电信号的波动趋势、变换系数、波形因子、脉冲因子、峰值因子和裕度因子。

10.权利要求8所述的一种基于液压温控脑电帽的运动想象分类方法，其特征在于，从特征构成特征矩阵中随机抽取60％数据及从相应的刺激标签构成矩阵提取相应的标签用于训练，40％用于模型验证，训练方法采用支持向量机。

技术总结
本发明属于脑电信号采集技术领域，提供了一种基于液压温控脑电帽的运动想象分类装置及方法，其通过信号采集模块包括液压温控脑电帽，所述液压温控脑电帽包括液压温控模块、液袋和干电极，所述液压温控模块用于检测液袋温度和头皮温度是否一致，当达到一致时，设置脑电信号采样率和设置待采集人员信息，将干电极采集到的脑电信号上传至上位机进行处理；所述上位机用于对采集到的脑电信号进行特征提取，将得到的特征构成特征矩阵，并将相应的刺激标签构成矩阵，进行训练运动想象分类模型，基于训练后的模型对待评估对象的脑电信号进行分类得到分类结果。可以避免佩戴脑电帽时出汗引起信号质量问题，增强信号质量，提高了分类的准确率。

技术研发人员：李卫民,陈财,彭福来,张宁玲
受保护的技术使用者：中国科学院深圳先进技术研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15