基于IR-BCI的脑电反馈治疗系统的设计与实现

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当今社会,人们的学习、工作和生活的节奏加快,各方面的竞争压力也随之而来。日益激烈的竞争,让人们承受着非常大的心理压力,所以抑郁、焦虑等心理方面的精神疾病的患病率也日益增加。目前治疗这些慢性精神疾病,不仅需要服用很多药物,而且服用的时间较长。在这个过程中,用户不但要面对长期服药产生的副作用,而且还要承受很大的经济压力。所以,人们现在需要的是一种更安全、更经济的治疗方式来改进传统的治疗方式。脑电生物反馈疗法是一种新兴行为治疗技术。患者通过长期的自我训练,实现对特定频段脑电波的强化或者抑制,达到改善和治疗疾病的目的。脑电生物反馈疗法由于其可避免长期药物治疗所带来的副作用和高额的治疗费用而达到治疗目的,引起了医生及相关研究者的注意,在国外临床治疗上已经得到应用。大脑是人体最为重要的组成部分。大脑神经元细胞活动产生的脑电信号在军事、神经系统疾病诊断、心理学研究、神经认知科学、脑-机接口等方面都扮演着重要的角色。其中,脑-机接口系统可以通过模式识别技术对从人体采集的脑电信号进行解码,将解码后的信号作为人意图控制的信号,并输出该信号实现对外部系统的控制。“模拟阅读”脑-机接口系统需要人的注意力高度集中才能更好的控制命令的输出,其控制系统的方法与脑电反馈疗法的原理相辅相成,使得脑-机接口系统的实用化研究与反馈疗法相互促进。由此,本文主要基于“模拟阅读”脑-机接口系统,并结合临床治疗的需求,论述了脑电生物反馈治疗系统的设计与实现。在治疗过程中通过对患者脑电的采集、处理、分析,结合“模拟阅读”脑-机接口的实验模式设计训练游戏,将游戏或听音乐过程中的脑电波形、功率谱值、驱动值呈现给患者,患者通过刻意的控制某个频段的脑电波,达到治疗或改善特定疾病的目的。系统在设计和实现的过程中,主要完成了以下几个方面的工作:一、结合临床治疗的需要,对系统进行需求分析,确定系统开发的目的及意义。对系统开发涉及的技术做简要介绍,并阐述了各个模块之间的功能结构、工作流程。二、完成了系统各个模块的设计与开发。本文主要介绍系统的参数设置、脑电采集、脑电数据处理与分析、训练过程驱动、电极脱落检测、显示模块的详细设计与实现。三、结合需求分析完成了系统的单元测试与整体测试,验证了系统各模块功能和整体功能的正确性,并对测试中发现的问题做了及时的修改,使系统尽可能完善。通过以上工作,本文基于“模拟阅读”脑-机接口系统,采用C++编程语言,完成了脑电反馈治疗系统的设计和实现,经测试,本系统实现了需求分析的目标,并提供了以娱乐方式进行脑电反馈训练的模式,为脑电反馈治疗相关疾病的治疗提供了新的开发思路和方法,同时也对脑-机接口实用化研究起到了一定的推动作用。
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