CN103405229A - 一种基于靴带抽样的诱发脑电提取方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于靴带抽样的诱发脑电提取方法，通过多道脑电测量系统获取测量的脑电信号，其中包含自发脑电和与刺激相关的诱发脑电，为了提取微弱的诱发脑电，传统需要100-2000次的重复刺激才能叠加获得诱发脑电。本发明方法包括以下步骤：A.进行较少重复刺激，获得较少个重复刺激的多道测量信号；B.相对于刺激出现的每个潜伏期的信号进行靴带抽样多次；C.利用正态曲线拟合方法求出靴带抽样后样本的统计特性；D.依次获得每个潜伏期的统计特性，最后根据统计特征值获得诱发脑电。本发明的有益效果：利用靴带抽样方法可以极大地降低重复刺激的数量，且获得高质量的诱发脑电信号，提高临床应用的可行性。

Description

一种基于靴带抽样的诱发脑电提取方法

技术领域

本发明属于神经信息技术领域，涉及一种诱发脑电提取方法，尤其涉及一种基于靴带抽样的诱发脑电提取方法。

背景技术

自发脑电是利用精密电子设备在头皮位置无创伤地记录下来的大脑细胞群的白发性生物电活动；相对的，给予人们一定数量的重复刺激(视觉，听觉，体感等)则会产生诱发脑电，该信号被认为是研究人脑高级功能的新窗口。

然而测量诱发脑电时获得的测量信号是自发脑电和诱发脑电的混合信号，由于诱发脑电信号微弱，淹没在自发脑电中，传统提取诱发脑电的方法是叠加技术，采用的假设模型是线性模型：“测量数据＝诱发脑电+自发脑电”，对于不同类型的刺激叠加次数从100～2000次不等。一方面，多次的重复刺激对于临床病人而言耗时长，可行性降低；另一方面，将诱发脑电从自发脑电中提取出来的前提是假设两者是相互独立的或自发脑电与实验刺激事件是相互独立的，且自发脑电是随机的可通过多次叠加而减弱或消除。

大量研究表明自发与诱发脑电之间并不是简单的统计独立的关系，叠加得到的信号并不能真实反映中枢神经系统在感受外界或内在刺激过程中产生的生物电活动。针对上述问题，不同研究者提出了各种模型和技术方法试图客观的、单次的提取诱发脑电，近年广泛使用的技术方法有维纳滤波、自适应滤波、小波、神经网络，独立成分分析方法等。但由于方法适用的局限性，现在还没有一种公认的单次提取方法得到广泛应用，并且每种诱发脑电各有各的特点，所以在实际应用中，要根据信号特点即先验知识来设计使用方法，如何获取先验知识又成了另一个问题，这也是发展这类方法所面临的困难之所在。因此得到广大研究者认同的提取方法还是传统的叠加平均法。

发明内容

为了克服现有技术中的缺陷，解决上述技术问题，提高微弱信号提取的效率和精度，降低重复刺激的数量，使得其能广泛应用于临床，提出一种基于靴带抽样的诱发脑电提取方法。本方法客观地研究脑的高级功能，摒除叠加技术带来的问题，将直接对刺激-反应信号进行动态分析，我们认为有用信号都被包含在测量信号中，因此对多次重复测量信号的每个时刻采取靴带抽样多次，进而利用正态拟合方法获得该样本的统计特性，利用该统计特性进行诱发脑电的提取。本发明提供一种四驱无锁防滑差速器，对四轮行车模型的深入分析，实现了更加实时的防滑效果，全机械实现高效的负载均衡，结构简单，体积缩小。

其技术方案如下：

一种基于靴带抽样的诱发脑电提取方法，包括以下步骤：

A.进行约20次重复刺激实验，采用脑电测量设备记录实验的多道测量信号，获得一个三维信号导联数*时间样本点*刺激重复次数，以重复刺激出现时刻为零点对齐该数据，对该数据进行包括平均参考，带通滤波和基线校准的预处理；

B.以重复刺激出现时刻为零点，提出该时刻对应的一道电极测量的数据点，对其进行多次靴带抽样，进行有放回的抽样，获得多个靴带抽样的样本，对每个样本求平均后获得一个平均样本；

C.利用正态曲线拟合方法拟合靴带抽样后平均样本的统计特性，计算出该样本的均值和方差，利用该统计特征值代替该道电极零时刻的诱发脑电值；

D.重复上述B和C步骤，依次获得每个潜伏期时刻的统计特性，根据统计均值获得一道电极的诱发脑电；

E.重复上述B，C，D步骤，依次获得每道电极每个时刻的诱发脑电提取值，最后获得一个诱发脑电矩阵数据导联数*时间样本点。

本发明的有益效果：

利用本发明提出的基于靴带抽样的诱发脑电提取方法可以有效地去除自发脑电，同时只需要少数几次重复实验就可以提取出高质量的诱发脑电。该方法通过小样本数据进行靴带抽样，利用统计方法获得上千个随机过程的样本，这样可以减少实验次数，缩短实验时间和成本。该方法利用正态拟合模型拟合获得的多个样本，以更好地获知随机过程的统计特性，进一步提高了诱发脑电提取的效率和鲁棒性。

附图说明

图1是本发明的主流程图；

图2是本发明对一道真实诱发脑电提取效果图；

图3是本发明对真实诱发脑电提取全脑效果图；

图4是本发明对不同重复次数诱发脑电提取的全脑效果图，其中图4a为5次，图4b为10次，图4c为15次，图4d为20次。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案作进一步详细地说明。

如图1所示，一种基于靴带抽样的诱发脑电提取方法，包括以下步骤：

A.采用64道脑电测量设备记录一个视觉刺激实验，为了比较提取效果，测试次数采用60次重复，采样率为1024Hz，时间长度为1.2秒，刺激前保留200毫秒数据，刺激后1秒数据，因而获得一个三维信号(64*1230*60)，对该数据进行包括平均参考，带通滤波和基线校准的预处理；

B.只用上述数据的20个重复测量信号，以重复刺激出现时刻为零点，提出该时刻对应的一道电极测量的数据点(20个)，对他们进行1000次靴带抽样，即进行有放回的抽样，获得1000个靴带抽样的样本，对每个样本求平均后获得一个1000点长的平均样本；

C.利用正态曲线拟合方法拟合靴带抽样后平均样本的统计特性，计算出该样本的均值，利用该统计特征值代替该道电极零时刻的诱发脑电值；

D.重复上述B和C步骤，依次获得每个潜伏期时刻的统计特性，根据统计均值获得一道电极的诱发脑电；

E.重复上述B，C，D步骤，依次获得每道电极每个时刻的诱发脑电提取值，最后获得一个诱发脑电矩阵数据(64*1230)。

为了比较诱发脑电提取的效果，把提取的信号与传统的叠加平均结果进行比对，即60次重复数据叠加后作为比对标准，用本发明的方法提取的信号与该标准求相关系数，获得全脑提取效果。图2显示了一道诱发脑电提取效果图，与标准诱发脑电的相关系数达到0.9696，说明本发明能有效地提取出诱发脑电。图3显示了全脑提取效果图，所有电极的平均相关系数达到了0.9，大脑前部相关系数低于后部，说明前部电极诱发脑电信噪比较低。为了进一步降低重复刺激次数，我们还计算比较了只用5次、10次、15次的效果。图4显示了不同重复次数对本方法的影响，平均相关系数分别为0.67，0.79，0.85，0.90，随着次数的增加提取效果越准确，20次的结果已经基本达到应用需求。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换均落入本发明的保护范围内。

Claims (1)

1.一种基于靴带抽样的诱发脑电提取方法，其特征在于，包括以下步骤：

A.进行20次重复刺激实验，采用脑电测量设备记录实验的多道测量信号，获得一个三维信号导联数*时间样本点*刺激重复次数，以重复刺激出现时刻为零点对齐该数据，对该数据进行包括平均参考，带通滤波和基线校准的预处理；

B.以重复刺激出现时刻为零点，提出该时刻对应的一道电极测量的数据点，对其进行多次靴带抽样，进行有放回的抽样，获得多个靴带抽样的样本，对每个样本求平均后获得一个平均样本；

C.利用正态曲线拟合方法拟合靴带抽样后平均样本的统计特性，计算出该样本的均值和方差，利用该统计特征值代替该道电极零时刻的诱发脑电值；

D.重复上述B和C步骤，依次获得每个潜伏期时刻的统计特性，根据统计均值获得一道电极的诱发脑电；

E.重复上述B，C，D步骤，依次获得每道电极每个时刻的诱发脑电提取值，最后获得一个诱发脑电矩阵数据导联数*时间样本点。

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