一种脑电信号质量实时判定方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及脑电信号数字信号处理领域，具体来讲是一种脑电信号质量实时判定 方法。
【背景技术】
[0002 ] 脑电信号(EEG，e I e c tr 〇 enc epha 1 〇 gr am)是由人体大脑发出的电信号。这种信号极 其微弱，一般只有几微伏到几百微伏。所以脑电信号需要由专用的脑电采集装置来捕获。脑 电采集装置的脑电传感器一般由一个电极与参考电极或多个电极与参考电极共同组成。由 于电极材料的电极标准电势不同，电极与参考电极在接触人类皮肤后会产生电压差。由于 这些电压差往往会在数秒钟内处于不稳定状态，且这些电压差往往会远大于或远小于脑电 信号的波动，所以在这一段时间内脑电采集装置所获取的电信号(我们称这一段电信号为 不良脑电信号)不能被用于后续脑电信号的各种应用分析。
[0003] 同时，由于人体的肌肉活动，人体皮肤与电极的接触可能发生短暂的脱离或位移。 这种情形也会造成脑电采集装置捕获的电信号突发的不稳定，也需要一段时间才能由电极 驱动电路被动稳定电信号。除此之外，当选用不恰当的电极材料或电极材料表面发生氧化 后，会使得电极发生极化现象。这时电极将不能正常地捕获到脑电信号，除非更换电极或维 修电极。
[0004] 上述几种情形下产生的不良脑电信号如果错误地被参与大脑情绪分析，可能会产 生与实际完全不符的错误的情绪判定结果。这些错误的情绪判定结果可能会进一步对心理 辅导、个人休养等造成错误的引导。因此，无论是在脑电采集装置的实际应用过程还是产品 测试过程，都需要对脑电信号质量进行判定分析。
[0005] 然而，目前还没有针对脑电信号质量进行有效判定分析的方法，无法对脑电采集 装置所捕获的脑电信号加以有效地识别，以区分良好的脑电信号与不良的脑电信号，使得 后续的脑电应用分析中出现大量误判的情况。
【发明内容】
[0006] 针对现有技术中存在的缺陷，本发明解决的技术问题为:快速、有效地对脑电信号 质量做出实时判定分析，有效保障后续脑电应用分析的准确性。
[0007] 为达到以上目的，本发明采取的技术方案是:提供一种脑电信号质量实时判定方 法，包括以下步骤：
[0008] A、获取与生成的时间窗口相对应的脑电信号片段，转到步骤B;
[0009] B、计算出当前时间窗口内的脑电信号片段的平均值，利用该平均值计算出当前时 间窗口内的脑电信号片段的标准差，转到步骤C;
[0010] C、通过计算出的标准差得出当前时间窗口内的脑电信号片段的波动性判定结果； 利用当前的脑电信号片段的波动性判定结果和之前的脑电信号片段的波动性判定结果，共 同判定出当前脑电信号的质量。
[0011] 在上述技术方案的基础上，步骤A具体包括以下操作:实时接收并存储由脑电采集 设备传来的脑电信号数据;生成用于脑电分析的时间窗口；利用生成的时间窗口，从存储的 脑电信号数据中取出与时间窗口相对应的脑电信号片段。
[0012] 在上述技术方案的基础上，所述生成用于脑电分析的时间窗口时，按照指定的时 间间隔周期A T和时间窗口长度L生成用于脑电分析的时间窗口。
[0013] 在上述技术方案的基础上，步骤A中所述生成的时间窗口，满足以下要求：
[0014] ΔΤ = Τ(η+1)-Τ(η)；
[0015] ffh(n+i) =ffh(n)+ Δ T ；
[0016] fft(n+l) =fft(n)+ Δ T ;
[0017] L> ΔΤ；
[0018] 其中，T(n)为上一次脑电信号片段的分析时间，T(n+i)为当前脑电信号片段的分析时 间，Wh( n+1)为所生成的时间窗□的起始时间，Wh(n)为上次时间窗□的起始时间，Wt(n+1)为所 生成的时间窗口的终止时间，Wt( n)为上次时间窗口的终止时间。
[0019] 在上述技术方案的基础上，步骤B具体包括以下操作:根据当前时间窗口内的脑电 信号片段所包含的各信号数据片的值，通过平均值计算公式，计算出当前脑电信号片段的 平均值;根据计算出的平均值以及脑电信号片段所包含的各信号数据片的值，通过标准差 计算公式，计算出当前时间窗口内的脑电信号片段的标准差。
[0020] 在上述技术方案的基础上，所述平均值计算公式为：
[0021]
[0022] 式中，1为当前脑电信号片段的平均值，E1J2以及El分别为脑电信号片段的第1个 信号数据片、第2个信号数据片以及第L个信号数据片，L为脑电信号片段的长度，即时间窗 口长度。
[0023] 在上述技术方案的基础上，所述标准差计算公式为：
[0024]
[0025] 式中，SD为当前时间窗口内的脑电信号片段的标准差，豆为当前脑电信号片段的 平均值,E1为脑电信号片段的第i个信号数据片，i为正整数，L为脑电信号片段的长度，即时 间窗口长度。
[0026] 在上述技术方案的基础上，步骤C具体包括以下操作：
[0027] C1、将计算出的标准差与阙值上限、阙值下限进行比较，得出当前时间窗口内的脑 电信号片段的波动性判定结果，转到步骤C2;
[0028] C2、保存当前时间窗口内的脑电信号片段的波动性判定结果;并获取上一时间窗 口的脑电信号片段的波动性判定结果，转到步骤C3;
[0029] C3、利用当前时间窗口内的脑电信号片段的波动性判定结果和上一时间窗口的脑 电信号片段的波动性判定结果，共同判定出当前脑电信号的质量。
[0030] 在上述技术方案的基础上，步骤Cl中所述得出当前时间窗口内的脑电信号片段的 波动性判定结果时，遵循以下推导过程：
[0031 ]若SD 2 Lower且SD < Upper，则MD为 I;
[0032]若 SD〈Lower 或 SD>Upper，则 MD为0;
[0033]其中，Lower为阈值下限，Upper为中阈值上限，MD为脑电信号片段的波动性判定结 果。
[0034]在上述技术方案的基础上，步骤C3具体包括以下操作:将当前时间窗口内的脑电 信号片段的波动性判定结果与上一时间窗口的脑电信号片段的波动性判定结果进行逻辑 与运算，得到当前脑电信号的质量。
[0035]本发明的有益效果在于：
[0036] (1)本发明中，先通过一个时间窗口获取与该时间窗口相对应的脑电信号片段;然 后计算出当前时间窗口内的脑电信号片段的平均值，利用该平均值计算出当前时间窗口内 的脑电信号片段的标准差;再通过计算出的标准差得出当前时间窗口内的脑电信号片段的 波动性判定结果;最终利用当前的脑电信号片段的波动性判定结果和之前的脑电信号片段 的波动性判定结果，共同判定出当前脑电信号的质量。通过上述判定方法能快速、有效地对 脑电信号质量做出实时判定分析，一旦识别了不良信号，后续的脑电应用将基于识别结果 对其中的不良信号作出主动舍弃，或者在用户界面上同步给出信号质量不良的提示操作， 从而有效保障了后续脑电应用分析的准确性。
[0037] (2)本发明方法采用重叠时间窗口的形式，使得新接收到的脑电信号可以迅速地 参与信号质量判定的计算过程。本发明不但降低了信号质量判定的时间窗口的延时，有利 于脑电分析应用及时针对不良信号进行进一步的操作;而且提高了脑电分析应用的使用体 验和分析结果的准确性。
[0038] (3)本发明中，利用当前时间窗口内脑电信号片段的标准差来判定电信号的波动 幅度，计算快速，对信号的中随机性抖动与非随机性抖动的识别都有较好的效果。并且，标 准差对脑电信号的漂移并不敏感，不会在正常脑电信号捕获时因为脑电信号的漂移造成信 号质量不良的误判，稳定性好。
[0039] (4)本发明为了弥补直接利用标准差来衡量信号质量存在的不足，在标准差算法 的基础上进行了优化，通过将本次标准差的阈值判定结果(波动性判定结果)与上一次标准 差的阙值判定结果进行逻辑与运算，最终得到当前脑电信号的质量判定结果，进而降低了 直接利用标准差来衡量信号质量的不足，提高了脑电信号质量判定的整体判定正确率，可 以在多数情况下降低误判的发生。
【附