[發(fā)明專利]基于典型相關(guān)分析的穩(wěn)態(tài)誘發(fā)電位的分析方法

有效

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• 申請日: 2012-12-31
• 公開（公告）號: CN103093085A
• 公開（公告）日: 2013-05-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 高小榕;鄭璞潔;高上凱
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號: G06F19/00
• 分類號: G06F19/00
• 代理公司: 北京路浩知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11002
• 代理人: 王瑩

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及數(shù)字信號處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及嵌入式處理器技術(shù)，特別涉及一種基于典型相關(guān)分析的穩(wěn)態(tài)誘發(fā)電位的分析方法。

背景技術(shù)

如果以一定頻率的閃爍刺激人眼，則可以在枕區(qū)的初級視覺皮層處，通過頭皮腦電（EEG，Electroencephalogram）檢測到與刺激頻率相應(yīng)的基頻以及各次諧波成分，這種腦電信號被稱為穩(wěn)態(tài)視覺誘發(fā)電位（SSVEP，Steady?State?Visual?Evoked?Potential）。與之類似，如果給予受試者一定調(diào)制頻率下的聽覺刺激，通過頭皮腦電，可以檢測到聽覺穩(wěn)態(tài)響應(yīng)（ASSR，Auditory?Steady?State?Response）。

傳統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誘發(fā)電位的分析方法主要針對單個電極的頻域功率譜，采用F檢驗，判斷在刺激頻率以及各次諧波處是否出現(xiàn)了顯著的頻率成分。2007年，Lin等人首先將典型相關(guān)分析（CCA，Canonical?Correlation?Analysis）的方法引入到SSVEP信號的檢測中，隨后，2009年，Bin等人成功構(gòu)造出了基于CCA方法的SSVEP范式下腦機(jī)接口系統(tǒng)。

CCA方法是Hotelling于1936年提出的。它的核心思想是尋找兩組信號之間的最大線性相關(guān)性。這是一種成熟的方法，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于氣象、醫(yī)學(xué)、環(huán)境、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域。將這種方法應(yīng)用到對腦電穩(wěn)態(tài)誘發(fā)電位的分析中，給出了一種針對特定幾個頻率點的高效的識別方法，可以快速準(zhǔn)確地判斷出特定頻率處的響應(yīng)是否存在以及響應(yīng)的大小。

過去對于腦電信號的分析和處理，都是基于計算機(jī)的浮點運算。為了將對穩(wěn)態(tài)誘發(fā)電位的分析方法移植到嵌入式處理器中，本發(fā)明提出了一種基于定點CCA的穩(wěn)態(tài)誘發(fā)電位分析方法。通過這種方法，可以在任意嵌入式處理器中實現(xiàn)對穩(wěn)態(tài)誘發(fā)電位的在線處理，判斷出穩(wěn)態(tài)響應(yīng)是否存在以及推斷出刺激頻率。

發(fā)明內(nèi)容

（一）所要解決的技術(shù)問題

本發(fā)明的目的在于提供一種基于典型相關(guān)分析的穩(wěn)態(tài)誘發(fā)電位的分析方法，從而使定點嵌入式處理器能夠?qū)崿F(xiàn)對腦電穩(wěn)態(tài)誘發(fā)電位的在線分析。

（二）技術(shù)方案

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種基于典型相關(guān)分析的穩(wěn)態(tài)誘發(fā)電位的分析方法，所述方法包括以下步驟：

S1、選取一個待分析的頻率，生成參考信號；

S2、利用典型相關(guān)分析方法，將所述參考信號與待分析的穩(wěn)態(tài)誘發(fā)電位進(jìn)行定點運算，得到所述參考信號與所述穩(wěn)態(tài)誘發(fā)電位的最大相關(guān)系數(shù)，從而得到所述穩(wěn)態(tài)誘發(fā)電位在所述頻率處的響應(yīng)強(qiáng)度。

可選的，步驟S2之后進(jìn)一步包括步驟：

S3、選取另一個待分析的頻率，重復(fù)步驟S1-S2，得到所述穩(wěn)態(tài)誘發(fā)電位在另一個頻率處的響應(yīng)強(qiáng)度；

S4、重復(fù)步驟S3，直至得到所述穩(wěn)態(tài)誘發(fā)電位在全部待分析的頻率處的響應(yīng)強(qiáng)度，從而判斷出所述穩(wěn)態(tài)誘發(fā)電位響應(yīng)強(qiáng)度最高的頻率。

可選的，步驟S2中，所述定點運算采用的數(shù)據(jù)格式為2補(bǔ)碼表示的小數(shù)。

可選的，步驟S2具體包括：

S2-1、將所述參考信號及所述穩(wěn)態(tài)誘發(fā)電位進(jìn)行零均值化處理，得到向量X和向量Y；

S2-2、將向量X和向量Y進(jìn)行QR分解，得到矩陣Q1和矩陣Q2；

S2-3、將矩陣Q1和矩陣Q2相乘，得到矩陣Q；

S2-4、將矩陣Q進(jìn)行SVD分解，得到兩個空域濾波器矩陣以及最大相關(guān)系數(shù)，所述最大相關(guān)系數(shù)即為所述參考信號與所述穩(wěn)態(tài)誘發(fā)電位的最大相關(guān)系數(shù)。

可選的，步驟S2-1中，所述穩(wěn)態(tài)誘發(fā)電位的零均值化處理是通過FIR濾波器實現(xiàn)的。

可選的，步驟S2-2具體包括：

通過Schimidt正交化實現(xiàn)向量X和向量Y的QR分解。

可選的，步驟S2-4中，矩陣Q的SVD分解是通過Jacobi迭代實現(xiàn)的。

可選的，步驟S1具體包括：

選取一個待分析的頻率，生成基頻加倍頻的參考信號。

（三）有益效果

本發(fā)明主要針對腦電穩(wěn)態(tài)誘發(fā)電位給出了一種可在定點嵌入式處理器中實現(xiàn)的分析方法。該方法對原始輸入數(shù)據(jù)的要求不高，且可根據(jù)具體的數(shù)據(jù)長度調(diào)整實際使用的數(shù)據(jù)位寬，平衡功耗、計算時間與計算精度的要求。對穩(wěn)態(tài)誘發(fā)電位進(jìn)行分析的目的是判斷某些特定頻率點處的響應(yīng)，該方法對比傳統(tǒng)的傅里葉分析方法具有更加高效和準(zhǔn)確的優(yōu)點。傳統(tǒng)的傅里葉分析在數(shù)據(jù)點數(shù)達(dá)到一定的時候，無法獲得很高的精度，且速度較慢。本發(fā)明提出的方法在數(shù)據(jù)點數(shù)增加時，只需適當(dāng)調(diào)整整體數(shù)據(jù)的位寬，而計算的速度不會受到特別大的影響。