[发明专利]牙齿动作状态的脑肌电的实时检测控制装置及方法

说明书

技术领域

     本发明属于认知与智能计算领域，特别涉及人机交互领域，具体是指一种牙齿动作的多种状态的脑肌电的实时检测的方法。

背景技术

     目前，公知的人机交互领域，人机交互控制手段包括手工（含手脚动作）、语音、意念交互控制方式。手工交互控制方式是主流，应用广泛而且成熟；语音识别交互控制方式，也在不断发展完善；意念交互控制方式，还处于实验研究向实用转变的初级阶段。

     公知的，手工交互控制非常成熟，但在手脚被控制任务占用或手脚残疾等情形，就迫切需要补充其他交互控制手段。语音识别控制手段因个体差异、外界噪声等导致状态模糊、识别困难、准确度不高，虽然经过多年的研究与推广，仍无法满足实际应用需求。意念相比语音的控制识别研究，还处于非常初级的研究阶段。目前，意念交互控制手段，或者识别动作状态单一、准确度不高（比如运动想象），或者准确度高、识别时间较长（比如P300，即视觉刺激下300毫秒后脑电波信号加强）。在手工交互控制手段外，语音、意念交互控制方式不能实现关键场合的多种状态、可靠、实时控制。

     公知的，对意念控制方式的认识，具体请参阅以下文献：

Gerwin Schalk（美）、Jurgen.Mellinger（美）著 ，胡三清译，《BCI2000与脑机接口》，国防工业出版社 2011年6月。

发明内容

     本发明的目的是克服上述现有技术中的缺点，提供一种信号特征明显、实时性强、可靠性高、数据处理简便、低成本、便于广泛推广的牙齿动作的多种状态实时检测控制装置及方法。

     本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

       该牙齿动作状态的脑肌电的检测控制装置,包括采集模块(1)和控制模块(2),其特点是，所述的装置中还包括牙齿动作状态的脑肌电信号的传感模块(3),所述的传感模块的输出端与采集模块的输入端连接。

     该装置的传感模块包括参考电极、C3和C4电极。

     根据牙齿动作的信号特征，分别利用神经网络和可变窗口方法来识别牙齿动作的不同状态。牙齿动作可分为牙齿上下运动、水平运动和组合运动。牙齿上下运动，简称为咬牙；牙齿水平运动，简称为磨牙；牙齿组合运动，简称为咬磨牙。根据牙齿动作的信号特征，产生可识别的直接命令很多（比如咬牙动作12种），组合命令甚至更多。

     该对上述的牙齿动作状态的脑肌电的实时检测控制装置进行检测控制的方法，其主要特点是，所述的方法包括以下步骤：

      步骤（1）采集牙齿动作产生的脑肌电信号。可采用几个相关的信号强度明显的采集电极（比如，根据国际10-20标准电极分布系统，咬牙采用3个电极：参考电极、C3和C4）的采集设备，从而降低数据处理量，提高数据实时处理算法的效率。

     步骤（2）牙齿动作的信号分析。具体步骤如下：

       a.首先对于采集的数据进行带通滤波处理，去除信号基线漂移；

       b.定位时序信号中牙齿动作产生信号的位置，并提取该信号；

       c.量化提取的信号，并利用神经网络进行适当分类，比如，将咬牙动作区分为左边咬牙、右边咬牙、左右两边同时咬牙三种状态；将磨牙动作区分为左边磨牙、右边磨牙、中间磨牙三种状态；

       d.分析时域信号持续时间，比如，咬牙动作时，若时长超过1秒，则表示长咬状态；若时长不超过1秒，则利用可变窗口方法，初始化窗口数量N计为1，逐渐调整窗口长度，若窗口长度大于阈值T，则N自动加1；遍历整个咬牙时序信号后，若N是为1，则表示咬1次，若N是2，则表示咬了2次，若N是3，则表示咬了3次。磨牙、咬磨牙动作的持续时间分析步骤与咬牙动作类同。

     步骤（3）整合上述步骤c和d的分类结果，可以区分出不同的牙齿动作状态。比如，咬牙动作具体可分为：左咬一次、左咬两次、左咬三次、左长咬、右咬一次、右咬两次、右咬三次、右长咬、左右同时咬一次、左右同时咬两次、左右同时咬三次、左右同时长咬。磨牙、咬磨牙动作的动作状态区分步骤与咬牙动作类同。

     顺序完成步骤(1)、步骤(2)、步骤(3)即可实现对多种状态牙齿动作产生的脑肌电信号的实时检测。