[發明專利]基于經驗模態分解和滑動時間窗加權最小二乘法的腦機接口信號提取方法

在審

• 申請號: 201410440181.X
• 申請日: 2014-09-01
• 公開（公告）號: CN104182645A
• 公開（公告）日: 2014-12-03
• 發明（設計）人: 趙健;張巖;孫金瑋
• 申請（專利權）人: 黑龍江省計算中心;哈爾濱工業大學
• 主分類號: G06F19/00
• 分類號: G06F19/00;A61B5/1455
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 楊立超

技術領域

本發明涉及一種信號提取方法，具體涉及基于經驗模態分解和滑動時間窗加權最小二乘法的腦機接口信號提取方法。

背景技術

近紅外光譜技術可用于大腦皮層中氧合血紅蛋白濃度變化Δ[HbO₂]和還原血紅蛋白濃度變化Δ[HHb]的信號測量，進一步拓展腦機接口研究。然而，近紅外光譜技術的應用一直受制于人體的生理活動的影響，稱之為生理干擾，特別是當腦組織表現很強的非均勻特性時，這種生理干擾嚴重影響腦機信號的準確提取，限制腦機接口技術的發展。

發明內容

本發明目的是為解決目前生理干擾嚴重影響腦機信號的準確提取，限制腦機接口技術的發展。而提出了基于經驗模態分解和滑動時間窗加權最小二乘法的腦機接口信號提取方法。

上述的發明目的是通過以下技術方案實現的：

步驟一、在待測腦組織位置使用光源S和兩個檢測器D1和D2構成的近紅外探頭進行探測；

步驟二、探測漫反射光強信號并經過光電傳感器進行變換獲得反應光強信息的電信號；

步驟三、電信號通過修正朗伯比爾定律獲取檢測器D1測得的氧合血紅蛋白濃度變化量的時間序列△[HbO₂]^N(k)和還原血紅蛋白濃度變化量的時間序列△[HHb]^N(k)，檢測器D2測得的氧合血紅蛋白濃度變化量的時間序列△[HbO₂]^F(k)和還原血紅蛋白濃度變化量的時間序列△[HHb]^F(k)；

步驟四、用x(k)表示△[HbO₂]^N(k)或△[HHb]^N(k)；

步驟五、用y(k)表示△[HbO₂]^F(k)或△[HHb]^F(k)；

步驟六、y(k)中包含腦功能活動信號r(k)和生理干擾i(k)，即y(k)＝r(k)+i(k)，生理干擾可以表示為

i^(k)=Σi=1NΣj=k-Mk+Mwi,j(k)ci(j);]]>

步驟七、根據y(k)＝r(k)+i(k)和即可推算出腦功能信號的表達式；

步驟八、利用加權最小二乘算法作為代價函數，求取優化系數w_i,j(k)，再將求取的優化系數w_i,j(k)帶入腦功能信號的表達式，即可獲得腦功能信號s(k)。

發明效果

本發明方法在多距測量方法的基礎上，將近端檢測器D1獲得的血液動力學參數與遠端檢測器D2受到的生理干擾具有相關性充分考慮，通過構建二維優化模型估計生理干擾信號的大小，同時針對生理干擾動態特性使用滑動窗口進行優化，其中二維分別指對近端檢測信號利用經驗模態分解算法獲得的IMF分量以及每一IMF分量的時間序列。在充分估計生理干擾的基礎上進行生理干擾的剔除，從而實現對腦機接口信號準確提取的目的。

附圖說明

圖1是本發明流程圖；

圖2是基于多距測量方法的近紅外腦機接口信號檢測探頭結構，其中a表示頭皮，b表示顱骨，c表示腦脊液，d表示腦灰質，e表示腦白質。

具體實施方式