基于幅值调制视觉诱发电位的智能轮椅高效预瞄导航技术研究

智能轮椅意念导航技术研究对提升脑机接口技术和实现重度瘫痪与残疾人员的行动自主具有重大意义。针对目前该技术信息传输率低、人机交互能力差和导航效率低的问题，本项目重点研究基于幅值调制诱发电位的智能轮椅高效预瞄导航新方法。首先，提出基于调幅刺激的稳态视觉诱发电位新范式，大大提高目标呈现数；同时，研究基于敏感载波频率的调幅诱发电位信号特征提取技术，通过自适应消噪和循环平稳技术获取调幅特征，实现单次刺激高效辨识，以提升脑机接口信息传输率；其次，建立智能轮椅预瞄导航交互模型，将调幅刺激目标和运动场景集成，依据预瞄-跟随理论规划刺激目标布局，形成预瞄导航路径虚拟目标，并通过虚拟-运动目标定位策略获取运动目标，从而实现轮椅高效预瞄导航。最后，通过常规和复杂路径反复验证和提升其导航能力。本项目研究在调幅诱发电位和预瞄导航技术方面提供新思路，大大提升智能轮椅意念导航的实用化水平，并在相关领域具有良好借鉴作用。

本项目主要围绕大脑视觉诱发电位感知技术、脑信号特征识别与增强技术和智能轮椅轮预瞄导航交互与控制技术展开研究。在大脑视觉诱发电位感知技术研究中，重点围绕SSVEP脑机接口进行深入探索。首先采用调制通讯的思路，提出了基于幅值调制的SSVEP和基于调频概念的高频组合编码SSVEP，大大提升了传统SSVEP的频率目标呈现能力；同时针对传统SSVEP光强刺激方式的不足，重点研究SSMVEP技术，提出基于牛顿环运动视觉感知的SSVEP创新范式，降低光刺激疲劳和环境光干扰影响，极大改善了脑机接口的人机交互能力；另外，针对智能轮椅运动想象驱动诱发困难、训练周期长的不足，探索了基于视觉目标诱发的运动想象增强技术，提升了运动想象驱动应用的适用性。在脑信号特征识别与增强技术研究中，重点围绕调制SSVEP刺激响应特征识别和脑电微信号增强技术展开研究。根据调制SSVEP的变频变幅非平稳信号特点，采用HHT理论，提出了基于EMD端点预测优化的脑电调制特征提取方法，有效实现调制视觉诱发电位的特征识别；针对脑电刺激信号弱诱发、强干扰的问题，采用随机共振理论提出了全新概念的噪声加强SSVEP，发现了通过输入视觉噪声强化大脑诱发信号、抑制同频噪声干扰的新途径，并可与改进稳态视觉诱发电位组合进一步提升交互性能。在智能轮椅轮预瞄导航交互与控制技术研究中，基于预瞄导航理论，提出了视觉诱发电位和场景结合的运动导航技术，构建了虚拟目标与物理目标的转换模型，实现了“所见及所达”的轮椅运动控制，提高了脑控轮椅的导航效率和可操作性；在此基础上，构建了智能轮椅脑控交互与控制平台，进行了大脑感知与导航技术的测试优化，由央视科技频道进行了实证性测试与报道，验证了所构建的智能轮椅具备了初步的实用化功能，取得了良好效果。. 本项目先后国内外期刊及会议上发表论文9篇，其中SCI检索5篇，EI检索5篇，项目成果申请国家专利3项，项目组成员参加境外学术会议2次，开展境外学术合作2人次。项目开展期间培养博士研究生5名，其中1人已毕业，培养硕士研究生4名，已毕业。获得GE创新大赛二等奖一项，脑控轮椅得到央视科技频道报道。