专利名称：一种基于对称导极的脑电信号分析方法
技术领域：
本发明属于生物医学工程领域，涉及脑电信号的分析方法，具体为一种基于对称导极的脑电信号分析方法。
背景技术：
脑电是神经系统的电生理活动在大脑皮质或头皮表现出的电现象，可以反映神经系统的电生理活动。如今，脑电信号的采集已十分方便，且对人体不造成任何损害，因此，可以在较短时间(如IOmin)内获取大量有用的脑电信号。对这些信号进行特征提取和分析，对后续研究脑电信号与大脑的生理活动之间的关联性起着关键性的作用
发明内容
在脑电信号的分析中，因为脑区的不同，相应的活跃程度也不同，获得的脑电信号其特征值必然存在极大的差异，所以不同脑区导极之间的特征参数不存在可比性，因此提出对称导极的分析方法来解决以上问题。本发明方法具体为
步骤I.采集脑电信号，采用头表式贴片电极，采集被试者16导联的信号。步骤2.去除采集信号时的外部干扰。步骤3.利用EEGLAB中的IIR滤波器去除50Hz的工频干扰。步骤4.提取脑电信号的特征值，例如频谱、功率谱、近似熵等。步骤5.利用对称导极分析方法，将被试者左侧对应导极所得脑电信号的特征值与对应右侧导极所得信号的特征值做比值。步骤6.比较所得比值的差异性，采用T检验、单因素方差分析或者多重比较的方法来得到不同位置导极之间特征值比值的差异性。本发明的有益效果利用脑结构的对称性，将大脑左右侧对应位置导极上获取的特征参数做比值，然后以该比值作为新的特征参数，从而来比较不同位置上该参数是否存在差异性。因为脑结构的对称性，那么大脑左右侧对应位置上导极获取的脑电信号具有极大的相似性。以比值来量化脑电信号的特征，由此获得的数据才存在可比性，对应的结果才具有良好的可靠性。
图I为脑电信号采集导联图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的实施例作详细说明。本发明方法具体包括以下步骤
步骤I.采集脑电信号，采用头表式贴片电极，采集被试者16导联的信号。
步骤2.去除采集信号时的外部干扰，如采集过程中人体四肢动作造成的肌电干扰、眨眼造成的眼电干扰。步骤3.利用EEGLAB中的IIR滤波器去除50Hz的エ频干扰。步骤4.提取脑电信号的特征值，例如频谱、功率谱、近似熵等。步骤5.利用对称导极分析方法，将被试者左侧对应导极所
得脑电信号的特征值与对应右侧导极所得信号的特征值做比值；如
Av JLa~^￡L γ-(如图 I 所示)。
み-··步骤6.比较所得比值的差异性，采用T检验、单因素方差分析或者多重比较的方法来得到不同位置导极之间特征值比值的差异性。以下给出具体实施例
在上述理论的基础上，我们做了以下的实验和数据分析来验证本方法的可靠性。在本实验中，我们采用慢波系数和近似熵这两个特征參数来量化脑电信号，最后的差异性检验采用单因素方差分析的方法(采用T检验、多重比较的方法同样适用于本实施例)，具体步骤如下
I.脑电信号的采集
采用上海诺承公司提供的脑电采集仪，按照国际10/20标准系统安放头皮电扱，电极阻抗55Ω ,采样频率为256Hz，采集导联为16导，以双耳垂為、4为參考电极，前额中部电极为參考接地电极，以导联Fpr も，F3' F4，F7-马，Tj1 Ti，C3, C4，T5, T6 , P3, P4,
Op O2获取脑电信号，如图I所示。2.数据处理
(I)预处理去除采集信号时的外部干扰，如采集过程中人体四肢动作造成的肌电干扰、眨眼造成的眼电干扰。(2)利用EEGLAB脑电信号处理工具箱中的IIR滤波器去除50Hz的エ频干扰。(3)截取被试者安静状态下的平稳数据进行快速傅里叶变换(FFT)。(4)特征提取
①慢波系数
慢波系数来源于脑电信号的频谱特征。脑电信号的功率谱按频率分为六个频带，分别是 3 (1.0 4OHz) , θ (41.--.8.0H2) , q (8.1-10.OHz),珥(10.1-13,OHz),氏(13.l~17.5Hz),
爲(17.6 30.0Hz)。因此,在计算出各个频带绝对功率值的基础上，我们定义慢波系数；
_ (5+5)的功率谱
一(奸ガ)的功率谱⑴
即以低频信号功率谱与高频信号功率谱的比值来定义慢波系数。由定义可以看出慢波系数能够真实反映脑电信号中低频部分所携帯的能量信息。②近似熵
近似熵表不一个系统的复杂度，量化了一系列的相关程度，范围包括。对于时间序列，其近似熵越大表明复杂性越高或者数据的不规则性越大。随着不规则性的增加，在原来数据的基础上并不能可靠地预测出未来的数据，相应的，时间序列的近似熵也增大。因此，近似熵的降低，将导致时间序列的复杂度的降低，也就是细胞动力学非线性复杂性降低或皮质网络的交互减少。对于给定的见点时间序列,近似熵由以下步骤获得(其中为选定的模式维数)
(a)将序列{t/的}按顺序组成@维矢量7(I)
if [i J=[a ] ,u ( +1) ,·" ,u (i+M-1)J , i=l~iV-OT+l ；⑵
(b)对于每个》值计算矢量I的与其余矢量Z(J)之间的距离
d [if ⑴—= m sk\u (i +Ar) -u (j+大)I, j=0—m-1 ；(3)
(c)给定阈值r(r>0),对于每一个,值,统计d[!(O又U)] <Γ的数目，定义
4邛剛的數目⑷
fM-m+l
这里的阈值即为预选定的相似容限，C^1 (r)即反映了相似容限为,、模式为^维的意义下，序列的相互近似程度。(d)将Cf (r)取对数,求整体平均值，定义
I M-m+l
rw=-^-z(5)
iV.十i j=1
(e)令.，《+1，重复步骤(&)_((1)，得到疒+1卜)；
(f)近似熵
J^ En(m,r)=^ (r) -φχ+1 (r)(6)
由此计算出维数为《，相似容限为r的时间序列的近似熵。计算过程中，我们使用参数m=2和r=0.2*SD (早期的研究已证实为最佳参数)，数据量N取2500个数据点进行计算。(5)计算每个被试者对应导极特征参数的比值
(a)慢波系数
τ J^PLT F3T| Ol
I号被试者%=如…'
AA1Λ
(7)
2 FFig2 3
2号被试者七6=知"、h2=J7m>
m
(b)近似熵
权利要求
1.ー种基于对称导极的脑电信号分析方法，其特征在于该方法包括如下步骤 步骤I.采集脑电信号，采用头表式贴片电极，采集被试者16导联的信号； 步骤2.去除采集信号时的外部干扰； 步骤3.利用EEGLAB中的IIR滤波器去除50Hz的エ频干扰； 步骤4.提取脑电信号的特征值； 步骤5.利用对称导极分析方法，将被试者左侧对应导极所得脑电信号的特征值与对应右侧导极所得信号的特征值做比值； 步骤6.比较所得比值的差异性，采用T检验、单因素方差分析或者多重比较的方法来得到不同位置导极之间特征值比值的差异性。
全文摘要
本发明涉及一种基于对称导极的脑电信号分析方法。现有的脑电信号分析方法取单一导极来分析脑电，不能完全分析脑电信号中所包含的信息；另外不同脑区在同一时刻的活跃程度并不相同，所得脑电信号的幅度大小有差异，由此得到的特征值不具有可比性，则不能反映出不同脑区的脑活动是否存在差异。本发明利用脑结构的对称性，将大脑左右侧对应位置导极上获取的特征参数做比值，然后以该比值作为新的特征参数，从而来比较不同位置上该参数是否存在差异性。因为脑结构的对称性，那么大脑左右侧对应位置上导极获取的脑电信号具有极大的相似性。以比值来量化脑电信号的特征，由此获得的数据才存在可比性，对应的结果才具有良好的可靠性。
文档编号A61B5/0476GK102813514SQ20121031469
公开日2012年12月12日 申请日期2012年8月30日 优先权日2012年8月30日
发明者杨勇, 凌杏红, 李轶, 赵波 申请人:杭州电子科技大学