[發(fā)明專利]一種少數(shù)通道的腦電信號中肌電偽跡的消除方法

在審

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• 申請日: 2017-01-22
• 公開（公告）號: CN106805945A
• 公開（公告）日: 2017-06-09
• 發(fā)明（設計）人: 陳勛;徐雪遠;陳強;成娟;劉羽
• 申請（專利權）人: 合肥工業(yè)大學
• 主分類號: A61B5/00
• 分類號: A61B5/00
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司34101
• 代理人: 陸麗莉,何梅生

本發(fā)明公開了一種少數(shù)通道的腦電信號中肌電偽跡的消除方法，包括：1、首先用多元經(jīng)驗模態(tài)分解對少數(shù)通道腦電信號同時進行分解，得到少數(shù)通道的本征模態(tài)分量矩陣；2、對少數(shù)通道的本征模態(tài)分量矩陣用獨立變量分析進行盲信號分離；3、用自相關系數(shù)判定含肌電偽跡的分量，置零肌電偽跡分量，通過獨立變量分析逆變換得到不含肌電偽跡的分量矩陣；4、根據(jù)原本征模態(tài)分量矩陣的排列順序，將對應通道的本征模態(tài)分量依次相加，最終得到干凈的腦電信號。本發(fā)明能完全去除肌電偽跡對腦電信號的影響，從而提高腦電信號分析的準確性。

技術領域

本發(fā)明屬于腦電信號處理技術領域，具體涉及一種基于多元經(jīng)驗模態(tài)分解和獨立向量分析，從少數(shù)通道腦電信號中自動識別肌電偽跡并消除的新方法，主要應用于人腦相關疾病和人腦功能的研究。

背景技術

腦電圖作為一種記錄腦神經(jīng)細胞的電生理活動的設備，由于腦電信號具有高時域分辨率、便攜和無創(chuàng)性等特點，已被廣泛應用于臨床疾病診斷、大腦特診和睡眠模式等方面的研究。然而腦電信號作為微弱的電生理信號，經(jīng)常受到如心電、眼電和肌電等多種偽跡的干擾，影響后續(xù)對腦電分析的準確性。另外，由于肌電信號具有幅值大、頻域分布廣和復雜的地域分布等特點，導致肌電偽跡是眾多干擾源中最難消除的干擾偽跡。

在過去數(shù)十年中，研究人員已經(jīng)提出多種方法用于去除腦電信號中的肌電偽跡。最早臨床人員普遍采用低通濾波器來去除肌電干擾。然而，若肌電干擾與感興趣的腦電信號的頻譜重疊，頻率濾波器不僅會抑制肌電干擾，而且可能會濾掉有價值的腦電信號。

后來，盲源分離算法獨立成分分析(ICA)被用于從多通道腦電信號中去除偽跡干擾。獨立成分分析利用高階統(tǒng)計量將腦電信號分解成相互統(tǒng)計獨立的分量。通過人為觀察判定哪些獨立分量中包含肌電，置零含有肌電的分量后，通過獨立成分分析逆變換得到干凈的腦電信號。實驗證明獨立成分分析在去除眼電和心電偽跡具有良好的表現(xiàn)，然而去除肌電偽跡的表現(xiàn)并不是很理想。因為通過獨立成分分析得到的大部分獨立分量中往往既包含腦電也包含肌電。

為此，一些學者提出用盲源分離算法典型相關分析(CCA)來解決腦電中肌電偽跡的消除問題。由于肌電偽跡的特性與白噪聲相類似，因此肌電偽跡相比腦電信號具有較低的自相關性。典型相關分析利用二階統(tǒng)計量將腦電信號分解成一些互不相關而自相關性最大的典型變量。求取這些典型變量的自相關系數(shù)，若低于設定閾值，則該典型變量被判定是肌電變量，置零這些典型變量后，通過典型相關分析逆變換得到干凈的腦電信號。典型相關分析能把肌電偽跡集中于少數(shù)典型變量中，通過設置自相關系數(shù)閾值，可以實現(xiàn)去除肌電干擾的目的。實驗證明典型相關分析比獨立成分分析具有更好的去肌電偽跡效果。然而，獨立成分分析和典型相關分析均要求記錄腦電的電極數(shù)量多于潛在信號源的數(shù)量。在這種限制條件下，獨立成分分析和典型相關分析不能被直接應用于單通道腦電信號中，且在通道數(shù)較少和肌電干擾非常嚴重的情況下，無法準確地恢復腦電信號和去除肌電偽跡。

為此，研究人員提出兩步式處理方式用于解決單通道的肌電去噪問題。首先利用總體平均經(jīng)驗模態(tài)分解或者小波變換將單通道信號分解為多維信號，然而利用獨立成分分析或者典型相關分析對該多維信號進行處理。由此而被提出的方法包括EEMD-CCA、EEMD-ICA、Wavelet-ICA和Wavelet-CCA。然而這些單通道的處理方法忽略了通道之間的關聯(lián)性信息，只考慮了單個通道內(nèi)的信息，從而導致了無法完全去除肌電偽跡。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為了克服現(xiàn)有技術的不足之處，提出了一種少數(shù)通道的腦電信號中肌電偽跡的消除方法，以期能完全去除肌電偽跡對腦電信號的影響，從而提高腦電信號分析的準確性。

本發(fā)明為解決技術問題，采用如下技術方案：

本發(fā)明一種少數(shù)通道的腦電信號中肌電偽跡的消除方法的特點是按如下步驟進行：