基于触觉脑机接口的意识障碍检测

摘要

脑机接口技术(Brain-computer interface，BCI)是指在人或动物脑与外部设备之间建立直接连接的信息通路。通过脑机接口，计算机可以接受到脑传来的信号，或者发送信号到脑部，并且在脑部进行信息的重建。脑机接口技术在医学领域具有广阔应用前景，特别针对那些思维尚存但是肢体和语言功能存在严重障碍的人士，有望通过脑机接口建立起沟通和交流渠道。
　　意识障碍是多种原因引起的一种严重的脑功能紊乱，其中枢神经系统对内外环境中的刺激所做出的有意义的应答能力出现不同程度的减退或消失。本论文拟利用脑机接口技术为意识障碍患者提供与外界的交流手段。本论文主要工作包括:
　　一、针对意识障碍病人，本文构建了基于触觉的脑机交互实验系统。该系统可用于意识障碍患者的意识检测与交流，而意识障碍患者往往具有视觉、听觉和语言等功能障碍。因此相比基于视觉或听觉的脑机接口，本文中采用的触觉脑机接口是一个相对有效的途径。
　　二、在基于触觉的脑机接口系统以及相应实验范式的基础上，本文对10名健康被试和5名具有轻度意识障碍的闭锁综合征患者完成了意识障碍检测的实验。经过对采集数据的预处理、ERP分类算法的设计，初步验证了该系统的可行性以及其在意识障碍检测方面的潜在价值。
　　三、此外，为了进一步完善该系统，积累用于训练该系统ERP分类算法的优质数据，同时为了便利意识障碍的其他相关课题研究，本文还设计并开发了一个基于云平台的意识障碍患者信息管理系统。该系统不仅为后续进一步提高面向意识障碍患者的脑机接口系统性能、及大规模测试与验证提供重要支持，而且为进一步研发意识障碍患者的诊疗与康复技术提供基础数据支撑。

目录

摘要

声明

图目录

表目录

第1章 绪论

1．1 脑机接口系统的概念及构成

1．1．1 脑机接口技术的概念

1．1．2 脑机接口系统

1．2 脑机接口研究现状

1．2．1 基于稳态诱发电位的脑机接口

1．2．2 基于P300的脑机接口

1．3 意识障碍的概念以及检测

1．3．1 意识障碍的定义

1．3．2 意识障碍的检测

1．4 论文结构

第2章 基于触觉ERP的脑机接口系统设计与实现

2．1 系统概述

2．2 系统设计及实现

2．2．1 系统架构

2．2．2 硬件平台设计及实现

2．2．3 软件平台设计及实现

2．3 实验范式设计

2．4 本章小结

第3章 基于触觉ERP的意识障碍患者脑机接口实验

3．1．1 被试人员介绍

3．1．2 信号记录

3．2 离线数据分析

3．2．1 EEG数据中的伪迹与预处理

3．2．2 ERP检测算法

3．3 本章小结

第4章 意识障碍患者信息管理系统

4．1 开发背景

4．2 系统整体设计

4．2．1 功能性需求

4．2．2 非功能性需求

4．3 系统功能实现

4．3．1 系统架构

4．3．2 系统功能模块

4．3．3 医院维护模块

4．3．4 医生维护模块

4．3．5 病人维护模块

4．4 本章小结

第5章 总结

参考文献

攻读硕士学位期间主要的研究成果

致谢