一种基于体感电刺激的脑机接口刺激序列生成方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于体感电刺激的脑机接口刺激序列生成方法，包括以下步骤：在使用者头皮上安放测量电极，在前额或耳垂位置安放参考电极和接地电极；将体感电刺激输出电极安放在使用者身体各部位；根据体感电刺激输出电极位置以及身体各部位对电刺激的敏感性差异，随机生成刺激输出的序列，或根据应用场景优先排列体感电刺激输出电极输出刺激的优先级；根据对使用者脑电信号的跟踪监测，调整体感电刺激输出电极的位置以及刺激参数。本发明避免了对使用者造成不适以及连续电刺激的疲劳效应；提高了基于体感电刺激脑机接口系统对使用者不同位置电刺激诱发响应的区分度和识别效率，且易于实现和便于操作，具有重要的理论研究和实际应用意义。
【专利说明】
一种基于体感电刺激的脑机接口刺激序列生成方法
技术领域
[0001]本发明属于脑机接口技术领域，尤其是一种基于体感电刺激的脑机接口刺激序列生成方法。
【背景技术】
[0002]脑机接口系统是一种实现人脑与外围设备间信息交互的系统。脑机接口系统可通过脑电电极采集使用者的脑电信息，并分析和辨别使用者大脑活动的模式，从而实现对使用者意愿的解码。脑机接口通常基于视觉和听觉刺激两种模态，相比上述模态，基于体感电刺激的脑机接口具有以下优势:(I)不干扰使用者正常视听觉信息；(2)适用于视听觉受损或因瘫痪等原因无法正常注视屏幕人群；(3)通过组合人体多个位点的体感电刺激信息，扩展了脑机接口的应用场景。
[0003]基于体感电刺激的脑机接口系统中的一个关键技术在于如何生成体感电刺激的刺激序列。由于在基于体感电刺激的脑机接口系统中，脑机接口系统需要对使用者身体的各位置发放一系列的电刺激序列，接收并检测使用者受电刺激后的脑电信息，因此电刺激序列的幅度、个数、持续时间、刺激间隔、接受电刺激的身体位置以及上述参数的排列组合对于基于体感电刺激的脑机接口系统的性能具有重要的影响。
[0004]专利文献“基于体感电刺激诱发P300的脑机接口系统及其实现方法”(专利申请号:201510447832.2)公布了一种基于体感电刺激诱发P300的脑机接口系统及其实现方法，但是并没有说明体感电刺激序列的生成方法。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种设计合理、区分度和识别效率且易于实现的基于体感电刺激的脑机接口刺激序列生成方法。
[0006]本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的:
[0007]—种基于体感电刺激的脑机接口刺激序列生成方法，包括以下步骤:
[0008]步骤1:按照国际10-20系统标准，在使用者头皮上安放测量电极，在使用者前额或耳垂位置安放参考电极和接地电极，从而将使用者脑电信号接入基于体感电刺激的脑机接口系统；
[0009]步骤2:将体感电刺激输出电极安放在使用者身体各部位并接入基于体感电刺激的脑机接口系统；
[0010]步骤3:根据体感电刺激输出电极位置以及身体各部位对电刺激的敏感性差异，随机生成刺激输出的序列，或根据应用场景优先排列体感电刺激输出电极输出刺激的优先级；
[0011]步骤4:根据对使用者脑电信号的跟踪监测，调整体感电刺激输出电极的位置以及刺激参数。
[0012]所述体感电刺激输出电极安放在使用者身体各部位包括手指、手掌、腕部、手臂、腰部、背部、腿部、脚踝和脚部。
[0013]所述步骤2的具体安放方法包括以下步骤:
[0014]步骤2.1:安放每个体感电刺激输出电极时，分别确定适合该部位的电刺激强度幅值；
[0015]步骤2.2:在一个体感电刺激输出电极安防后，在安放另一个体感电刺激输出电极时，确定使用者能够区分两个电刺激的最短刺激间隔。
[0016]所述电刺激强度幅值的确定方法为:在给定刺激持续时间下，从低到高递增电刺激强度幅值，向使用者输出连续的电刺激，以使用者正好能够感知电刺激时的幅值为选定幅值;当刺激持续时间变化时，重新确定刺激强度幅值。
[0017]所述最短刺激间隔的确定方法为:从零开始递增两个电刺激的刺激间隔，向使用者同时输出两个电刺激，以使用者正好能够分开两个电刺激位置时的刺激间隔为选定的最短刺激间隔。
[0018]所述刺激参数包括刺激输出的波形、幅值、持续时间、个数以及刺激输出的间隔。
[0019]本发明的优点和积极效果是:
[0020]本发明利用人体对不同位置体感电刺激的敏感性不同，选择合适的刺激幅值、持续时间和刺激间隔，一方面避免了对使用者造成不适以及连续电刺激的疲劳效应;另一方面提高了基于体感电刺激脑机接口系统对使用者不同位置电刺激诱发响应的区分度和识别效率，且易于实现和便于操作，具有重要的理论研究和实际应用意义。
【附图说明】
[0021]图1为人体与基于体感电刺激的脑机接口系统连接示意图。
【具体实施方式】
[0022]以下结合附图对本发明实施例做进一步详述:
[0023]一种基于体感电刺激的脑机接口刺激序列生成方法，包括以下步骤:
[0024]步骤I:在使用者头皮上安放测量电极，其分布符合国际10-20系统标准，在使用者前额或耳垂位置安放参考电极和接地电极，将使用者脑电信号接入基于体感电刺激的脑机接口系统。
[0025]如图1所示，在基于体感电刺激的脑机接口系统中，体感电刺激诱发电位的检测是通过体表电极作为传感器拾取头皮脑电信号的，需要注意的是，电极类型、导联方式并不只局限于本实施例所列举的情形。本领域的一般技术人员可以意识到，所有可提供脑电信号采样的电极均可以适用于本发明所描述的系统及其实现方法。示例中所提供的电极类型和导联方式并不旨在对本发明的使用范围或功能提出任何局限；
[0026]步骤2:根据使用场景的不同，将体感电刺激输出电极安放在使用者身体各部位，例如但不限于:手指、手掌、腕部、手臂、腰部、背部、腿部、脚踝以及脚部等;具体方法如下:
[0027]步骤2.1:安放每个体感电刺激输出电极时，由于每个人和每个部位所需的刺激强度不同，需要分别确定最适合该部位的电刺激强度幅值，该电刺激强度幅值的确定方法为:在给定刺激持续时间下，从低到高递增电刺激强度幅值，向使用者输出连续的电刺激，以使用者正好能够感知电刺激时的幅值为选定幅值；当刺激持续时间变化时，需要重新测定刺激强度幅值。在本实施例中，如以电流强度表征电刺激强度幅值，当刺激持续时间为Ims时，则可从1.0mA开始，每次递增0.1mA，直至使用者能够注意到传递至该部位的电刺激。
[0028]步骤2.2:安放完毕一个体感电刺激输出电极后，开始安放另一个体感电刺激输出电极时，需要确定使用者能够区分两个电刺激的最短刺激间隔。该刺激间隔是指:当刺激两个位置时，使用者能够分辨出来自身体不同位置电刺激所需的最短时间间隔。该最短刺激间隔的确定方法为:从零开始递增两个电刺激的刺激间隔，向使用者同时输出两个电刺激，以使用者正好能够分开两个电刺激位置时的刺激间隔为选定的最短刺激间隔；
[0029 ]步骤3:在安放完成体感电刺激输出电极后，可根据体感电刺激输出电极位置以及身体各部位对电刺激的敏感性差异，随机生成刺激输出的序列，也可根据应用场景优先排列某些电极输出刺激的优先级，如当需要强调A部位刺激时，可优先排列向A部位输出电刺激的时序并增加向A部位输出刺激的个数;或者，当需要强调A部位刺激的特异性时，可增加非A部位输出刺激的个数，或减少A部位输出刺激的个数，最终使得向A部位输出刺激数的比例在总刺激数中降低。
[0030]步骤4:根据对使用者脑电信号的跟踪监测，调整体感电刺激输出电极的位置以及刺激参数，包括但不限于:刺激输出的波形、幅值、持续时间、个数以及刺激输出的间隔等，如:考虑到体感电刺激在刺激位置上的灵活性，可根据各位置体感电刺激诱发脑电响应的特征，自动调整刺激输出位置和幅值，或者，当观测到目前所使用的向某一位置输出的刺激个数过多，导致使用者对电刺激产生疲劳诱发响应电位幅值降低时，可自适应地提示并在操作者许可后减少刺激个数，并适度提高刺激幅值。
[0031]通过以上步骤，实现了本发明的若干目标并获得了其他有利结果。
[0032]上述方法的执行或实现顺序不是必要的，除非另外指定。即，方法的元素可以用任何顺序来执行，除非另外指定，且方法可包括比此处所揭示的更多或更少的元素。可以认为，在另一元素之前、与其同时或之后执行或实现特定元素是在本发明的范围之内。
[0033]当说明本发明或其实施例的元素时，冠词“一”、“一个”、“该”和“所述”是指存在一个或多个元素。“包括”、“包含”、“具有”旨在包含性的，且意味着除所列出的元素之外还可以有其他元素。
[0034]由于可在不脱离本发明的范围的情况下在上述产品和方法中做出各种改变，因此包含在上述说明书并在附图中示出的所有内容都应当被解释为说明性而非限制性的。
[0035]以上【具体实施方式】仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
【主权项】
1.一种基于体感电刺激的脑机接口刺激序列生成方法，其特征在于包括以下步骤: 步骤1:按照国际10-20系统标准，在使用者头皮上安放测量电极，在使用者前额或耳垂位置安放参考电极和接地电极，从而将使用者脑电信号接入基于体感电刺激的脑机接口系统； 步骤2:将体感电刺激输出电极安放在使用者身体各部位并接入基于体感电刺激的脑机接口系统； 步骤3:根据体感电刺激输出电极位置以及身体各部位对电刺激的敏感性差异，随机生成刺激输出的序列，或根据应用场景优先排列体感电刺激输出电极输出刺激的优先级；步骤4:根据对使用者脑电信号的跟踪监测，调整体感电刺激输出电极的位置以及刺激参数。2.根据权利要求1所述的基于体感电刺激的脑机接口刺激序列生成方法，其特征在于:所述体感电刺激输出电极安放在使用者身体各部位包括手指、手掌、腕部、手臂、腰部、背部、腿部、脚踝和脚部。3.根据权利要求1或2所述的基于体感电刺激的脑机接口刺激序列生成方法，其特征在于:所述步骤2的具体安放方法包括以下步骤: 步骤2.1:安放每个体感电刺激输出电极时，分别确定适合该部位的电刺激强度幅值；步骤2.2:在一个体感电刺激输出电极安防后，在安放另一个体感电刺激输出电极时，确定使用者能够区分两个电刺激的最短刺激间隔。4.根据权利要求3所述的基于体感电刺激的脑机接口刺激序列生成方法，其特征在于:所述电刺激强度幅值的确定方法为:在给定刺激持续时间下，从低到高递增电刺激强度幅值，向使用者输出连续的电刺激，以使用者正好能够感知电刺激时的幅值为选定幅值;当刺激持续时间变化时，重新确定刺激强度幅值。5.根据权利要求3所述的基于体感电刺激的脑机接口刺激序列生成方法，其特征在于:所述最短刺激间隔的确定方法为:从零开始递增两个电刺激的刺激间隔，向使用者同时输出两个电刺激，以使用者正好能够分开两个电刺激位置时的刺激间隔为选定的最短刺激间隔。6.根据权利要求1或2所述的基于体感电刺激的脑机接口刺激序列生成方法，其特征在于:所述刺激参数包括刺激输出的波形、幅值、持续时间、个数以及刺激输出的间隔。
【文档编号】G06F3/01GK106055109SQ201610417504
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年6月14日
【发明人】胡勇, 蒲江波
【申请人】中国医学科学院生物医学工程研究所