一种非线性参数脑电地形图的方法
【专利摘要】本发明提供一种获得非线性参数脑电地形图的方法，包括下列步骤：1)对于在头皮同步采集到的多导联脑电图，通过动态非线性编码规则将其进行编码，构成多维编码序列；2)对步骤1)中得到的多维编码序列，计算出多维信息增量熵；3)对步骤2)中得到的多维信息增量熵，按照脑电采集的电极位置映射到模拟的头部顶视图，并进行二维插值，最终绘制出非线性参数脑电地形图。本发明绘制的非线性参数脑电地形图，能很好地可视化反映脑的不同活动状态，不需要对采集的脑电做人工去伪迹等预处理，经实际数据测试，效果很好。
【专利说明】一种非线性参数脑电地形图的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及脑电信号处理方法和脑电地形图技术。
【背景技术】
[0002] 脑电图（Electroencephalogram, EEG)是我们了解大脑活动及状态的重要手段， 脑电地形图（EEG mapping)则是目前在临床上应用广泛的一种脑电图诊断技术。脑电地形 图技术首先从脑电图中提取出特征参数，然后结合采集EEG时电极的摆放位置，将特征参 数作为由位置决定的标量函数绘制到二维平面上，从而将EEG的时域波形变为能够同时定 位和定量的地形图。
[0003] 目前，脑电地形图绘制主要依赖于频域参数，S卩，依据频率成分的不同将脑电划分 为 δ (〇· 5Hz ?4Ηζ)、Θ (4Hz ?8Hz)、a (8Hz ?13Ηζ)、β (13Hz ?30Hz)等不同节律，相 应节律的绝对能量或相对能量构成地形图绘制中的特征参数。
[0004] 当前的脑电地形图技术存在以下局限：
[0005] 首先，频域分析本质上是一种线性分析方法，而且分析结果对于非平稳的数据不 具备鲁棒性。然而，脑电信号富含非线性成分，而且常常是非平稳的，因此，频域参数对于脑 电特征的捕捉能力有限。
[0006] 此外，脑电信号信噪比低，常常含有多种伪迹，现有的诊断分析（包括频域分析） 前一般需要有经验的医生进行人工去除伪迹，大大降低了脑电诊断技术的方便性与自动 性。
[0007] 针对上述局限，如能建立反映脑电非线性特性的地形图方法，很好地抵御脑电固 有的非平稳性以及各种干扰、伪迹，必将在临床上为脑电诊断提供更为准确、快捷的诊断途 径。
【发明内容】
[0008] 本发明的目的在于提供一种非线性参数脑电地形图方法，基于脑电信号的非线性 特性有效反映大脑活动状态，并能有效抵御脑电信号的非平稳特性，同时不需要人工去除 伪迹等预处理。
[0009] 本发明的目的是这样实现的：
[0010] 基于采集的多导脑电图信号，经动态非线性编码构成多维编码序列，提取编码序 列的非线性特征参数----信息增量熵，然后结合采集EEG时电极在头皮的摆放位置，将特 征参数作为由位置决定的标量函数，经二维插值后绘制到模拟的头部顶视图上，实现非线 性参数脑电地形图。本发明的核心包括动态非线性编码和非线性特征参数提取两大部分。
[0011] 进一步，本发明中所述的动态非线性编码，包括以下步骤：
[0012] 对于头皮无创采集到的多导联EEG信号{xi:l彡i彡N}，考察其概率分布，并计算 一阶差分序列{ Λ Xi: 1 < i < N-1}，依据其概率分布及一阶差分序列的符号进行编码构成 新的二进制编码序列{Si: 1彡i彡N-1}。设二进制编码字长为m，编码规则描述如下：
[0013] 首先对{xi:l彡i彡N}排序后进行2-1等分，找到2 m4-l个等分位点，记为
【权利要求】
1. 一种获得非线性参数脑电地形图的方法，其特征是，包括下列三个步骤： 1) 对于在头皮同步采集到的多导联脑电图，通过动态非线性编码规则将其进行编码， 构成多维编码序列； 2) 对步骤1)中得到的多维编码序列，计算出多维信息增量熵； 3) 对步骤2)中得到的多维信息增量熵，按照脑电采集的电极位置映射到模拟的头部 顶视图，并进行二维插值，最终绘制出非线性参数脑电地形图。
2. 根据权利要求1所述的非线性参数脑电地形图方法，其特征是，所述步骤1)中，动态 非线性编码，包括： 对于各导联脑电图的原始序列lxi: 1 < i < N}，考察其概率分布，并计算一阶差分序列 { Λ xi:l彡i彡N-1}，依据其概率分布及一阶差分序列的符号进行编码构成新的编码序列 {si:l彡i彡N-1};设二进制编码字长为m，编码规则描述如下： 首先对各导联脑电图的原始序列{Xi: 1 < i < N}排序后进行2-1等分，找到2M-1个 等分位点，记为^，心…，V则新的编码序列IsJ (m ?-λ 1? i /--八- 0 …00 0 <1,) 〇 …mo (，〖<?) 《二 j()··.100 (?2<χ$<?Λ) (l<i<N-l) o…1 i〇 (r3 < <ι4) 1!…110 然后依据差分序列对{sj最后一位进行修正后， (m^ I 1 c^<0) *?"*1 (Δ,ν, >0) 从而得到最终的非线性编码序列{Si}。
3.根据权利要求1所述的非线性参数脑电地形图方法，其特征是，所述步骤2)中，计算 多维信息增量熵，包括下列步骤： 3. 1)将二进制非线性编码序列{sj转换成十进制序列{yj ; 3.2)对序列{yj分别做2维、3维延迟嵌入，得到矢量序列{B(2)⑴}、{B(3)(i)}; 3.3)分别计算2维延迟嵌入和3维延迟嵌入下，矢量两两相同的概率C(2)、C(3); 3. 4)计算信息增量熵值S = - log ^ "
4.根据权利要求1所述的非线性参数脑电地形图方法，其特征是，该信息增量熵反映 了在编码规则下，编码序列的一步可预测性或信息增量。
5.根据权利要求1所述的非线性参数脑电地形图方法，其特征是，按照脑电采集的电 极摆放位置，将前述得到的多维信息增量熵，构造成由电极位置决定的二维函数； 以电极摆放位置为节点，对模拟的头部顶视图进行二维函数的插值； 最后，将插值后的函数值映射到颜色域或灰度域，绘制出头部顶视图的非线性脑电地 形图。
【文档编号】A61B5/048GK104083163SQ201410340548
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2014年7月16日 优先权日:2014年7月16日
【发明者】黄晓林, 刘红星, 司峻峰, 霍铖宇, 阙江蛟, 闫华文 申请人:南京大学