【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及脑机接口技术、三维立体视觉刺激诱发的脑电信号特征提取与分类的，尤其是指一种基于虚拟现实-脑机接口的视觉感知功能评估系统。
技术介绍
1、目前，常用的视觉感知功能的神经电生理评估方法是通过检测视觉诱发电位(visual evoked potential,vep)判断视觉感知通路的完整性。该方法通过呈现光栅或棋盘格的翻转视觉刺激给予被试者，同时记录视觉刺激所诱发的脑电信号，对已经采集完毕的脑电信号进行分析，医生根据脑电信号中的事件相关电位(event related potential,erp)评估被试者的视觉感知功能。然而，由于视觉诱发的相关电位信号的提取是在强背景噪声下对微弱电生理信号的提取与检测，如何增强信号特征，便于识别，以提高视觉感知功能的检测的正确率是当前迫切需要解决的问题。
2、在临床评估上，也采用行为量表对可能存在感官缺陷的患者进行各类功能评估。比如，昏迷恢复评估量表(coma recovery scale-revised,crs-r)分别从视觉、听觉、运动、语言、交流及觉醒等方面对患者的各项功能进行从低层级反射性活动至高层级认知活动的详细评估，其中视觉功能的评估项中包含视觉惊吓项，是用来检测患者视觉感知功能的，其评估过程如下：快速移动手指到患者眼前2厘米呈现威胁，不接触眼睑或产生风，每只眼睛进行4次测试，如果出现眼睑颤动或眨眼2次以上，则认为患者存在视觉感知功能。这种评估可能会因为眼动受限(运动障碍)或微行为不易观察等而造成评估结果的不准确。
3、本专利技术根据移动的三维视觉偶
4、本专利技术的难点在于模拟手指移动至人眼前的三维视觉刺激的设计与实现，脑电信号中与刺激相关的特征提取、基于微状态(microstate)的特征提取与分类算法设计。依据crs-r中视觉惊吓评估项的实施过程，设计图形用户界面(graphical user interface,gui)：目标刺激是模拟手指动画快速移动至眼前的动态过程，非目标刺激为手指动画的静态呈现。在每个试次中，提取目标与非目标刺激诱发的脑电微状态特征并进行分类，得到分类结果并将结果以神经反馈的形式呈现给被试者。本专利技术一方面通过虚拟现实技术增强刺激诱发的脑电特征，另一方面通过脑机接口技术提升现有评估方法的实时性与准确性。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提出了一种基于虚拟现实-脑机接口的视觉感知功能评估系统，系统模拟昏迷恢复评估量表中视觉惊吓项的评估过程，采用虚拟现实技术实现三维手指模型快速移动至被试者眼前的过程，从而诱发相关的脑活动模式，通过脑机接口提取脑电信号中与刺激相关的脑电特征并进行分类，根据分类结果分析被试是否对刺激产生了合理的响应，由此判定被试者是否具有视觉感知功能。
2、为实现上述目的，本专利技术所提供的技术方案为：基于虚拟现实-脑机接口的视觉感知功能评估系统，包括：
3、三维视觉刺激模块，用于呈现基于虚拟现实(virtual reality,vr)的三维手指模型动态视觉刺激给予被试者，诱发出脑电中的视觉相关电位(visual evoked potential,vep)信号，且在诱发vep信号的同时，由偶发(oddball)刺激序列中的目标刺激(偏差刺激)诱发脑电中的p300信号，以进一步增强视觉感知相关的脑电特征；其中，依据昏迷评估量表(coma recovery scale-revised,crs-r)中视觉惊吓评估项的实施过程，设定目标刺激为控制三维手指模型快速移动至人眼前的动态出屏过程，称为动态视觉刺激；非目标刺激为三维手指模型的静态呈现，称为静态视觉刺激；目标刺激和非目标刺激以等于或低于1：5的比例出现构成偶发(oddball)刺激序列；
4、脑电信号实时采集模块，用于获取被试者头皮上的电信号记录不同脑区域大脑神经元电活动，实时测量与外部刺激相关的神经响应信号，获得所需的脑电数据；
5、特征提取与实时分类模块，采用微状态分析方法对脑电信号实时采集模块获得的脑电数据进行特征提取，建立分类模型，并根据分类结果在每个试次结束时选择播放正性或负性的视听觉多模态神经反馈；
6、统计检验输出评估结果模块，根据被试者完成的多个试次的分类结果，采用卡方统计检验方法评估所获结果正确率是否显著，并以此为依据判断被试者是否存在视觉感知功能。
7、进一步，所述三维视觉刺激模块采用偏振式3d led显示器作为播放三维视觉刺激的显示屏，被试者同时佩戴相应的3d眼镜，其中用三维建模软件设计三维手指模型，并将此模型导入3d图形引擎中进行动画控制，手指移动出屏的动态视觉刺激即控制三维手指模型从初始位置快速移动至人眼前的动态出屏过程，用于模拟crs-r中的视觉惊吓评估项的实施，动态视觉刺激的持续时间可调节，能诱发脑电中的vep信号；三维手指模型的静态过程是在显示屏中间保持静止。
8、进一步，所述脑电信号实时采集模块要求被试者面对三维视觉刺激模块的显示器，并与显示器保持设定的距离30-70cm，保证被试者的视角在设定的角度范围内，同时要求每个被试者按照国际通用10-20标准佩戴多通道电极帽或可穿戴的电极设备，并注入电极膏确保每个电极导通，通过多个氯化银电极获取被试者头皮上的电信号记录不同脑区域大脑神经元电活动，实时测量与外部刺激相关的神经响应信号；为保证信号质量，在数据采集过程中，所有通道的电极接触阻抗须保持在5k欧以下，原始脑电信号数据首先通过前置放大器进行放大，提高信噪比，随后对信号数据进行模拟数字转换，以便计算机能够处理与存储，接着再对转换后的数据进行0.1～70hz的带通滤波，并通过50hz陷波滤波器滤波去除工频干扰和去除脑电背景噪声，滤波后的数据经过数据传输口传输至计算机或其它设备，与此同时，每个刺激发生的时刻将采用不同类型标记从数据传输口送入相应设备，其中不同类型标记有数字或字符。
9、进一步，所述脑电信号实时采集模块包括用户界面，供使用者能监测并控制采集过程，每位被试者至少完成30试次的训练任务与30试次的在线任务，每次在线任务前，先收集30个试次的训练任务作为训练数据集，用于建分类模型。
10、进一步，所述特征提取与实时分类模块采用微状态分析方法的具体步骤如下：
11、1)对输入的脑电信号进行带通滤波或本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.基于虚拟现实-脑机接口的视觉感知功能评估系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于虚拟现实-脑机接口的视觉感知功能评估系统，其特征在于，所述三维视觉刺激模块采用偏振式3D LED显示器作为播放三维视觉刺激的显示屏，被试者同时佩戴相应的3D眼镜，其中用三维建模软件设计三维手指模型，并将此模型导入3D图形引擎中进行动画控制，手指移动出屏的动态视觉刺激即控制三维手指模型从初始位置快速移动至人眼前的动态出屏过程，用于模拟CRS-R中的视觉惊吓评估项的实施，动态视觉刺激的持续时间可调节，能诱发脑电中的VEP信号；三维手指模型的静态过程是在显示屏中间保持静止。
3.根据权利要求1所述的基于虚拟现实-脑机接口的视觉感知功能评估系统，其特征在于，所述脑电信号实时采集模块要求被试者面对三维视觉刺激模块的显示器，并与显示器保持设定的距离30-70cm，保证被试者的视角在设定的角度范围内，同时要求每个被试者按照国际通用10-20标准佩戴多通道电极帽或可穿戴的电极设备，并注入电极膏确保每个电极导通，通过多个氯化银电极获取被试者头皮上的电信号记录不同脑区域大脑神经元
4.根据权利要求3所述的基于虚拟现实-脑机接口的视觉感知功能评估系统，其特征在于，所述脑电信号实时采集模块包括用户界面，供使用者能监测并控制采集过程，每位被试者至少完成30试次的训练任务与30试次的在线任务，每次在线任务前，先收集30试次的训练任务作为训练数据集，用于建分类模型。
5.根据权利要求1所述的基于虚拟现实-脑机接口的视觉感知功能评估系统，其特征在于，所述特征提取与实时分类模块采用微状态分析方法的具体步骤如下：
6.根据权利要求1所述的基于虚拟现实-脑机接口的视觉感知功能评估系统，其特征在于，采用卡方统计检验方法评估多个试次获得的结果是否显著，并以此为依据判断被试者是否存在视觉感知功能，具体情况如下：
...【技术特征摘要】
1.基于虚拟现实-脑机接口的视觉感知功能评估系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于虚拟现实-脑机接口的视觉感知功能评估系统，其特征在于，所述三维视觉刺激模块采用偏振式3d led显示器作为播放三维视觉刺激的显示屏，被试者同时佩戴相应的3d眼镜，其中用三维建模软件设计三维手指模型，并将此模型导入3d图形引擎中进行动画控制，手指移动出屏的动态视觉刺激即控制三维手指模型从初始位置快速移动至人眼前的动态出屏过程，用于模拟crs-r中的视觉惊吓评估项的实施，动态视觉刺激的持续时间可调节，能诱发脑电中的vep信号；三维手指模型的静态过程是在显示屏中间保持静止。
3.根据权利要求1所述的基于虚拟现实-脑机接口的视觉感知功能评估系统，其特征在于，所述脑电信号实时采集模块要求被试者面对三维视觉刺激模块的显示器，并与显示器保持设定的距离30-70cm，保证被试者的视角在设定的角度范围内，同时要求每个被试者按照国际通用10-20标准佩戴多通道电极帽或可穿戴的电极设备，并注入电极膏确保每个电极导通，通过多个氯化银电极获取被试者头皮上的电信号记录不同脑区域大脑神经元电活动，实时测量与外部刺激相关的神经响应信号；为保证信号质量，在数据采集过程中，所...
【专利技术属性】
技术研发人员：肖君，李远清，余天佑，瞿军，潘家辉，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：
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