[發明專利]一種用于單通道腦電信號去噪的數字集成電路

有效

• 申請號: 201710443678.0
• 申請日: 2017-06-13
• 公開（公告）號: CN107341448B
• 公開（公告）日: 2020-05-22
• 發明（設計）人: 李尊朝;鄭闖;馮立琛;王元發;曾彩劍
• 申請（專利權）人: 西安交通大學;廣東順德西安交通大學研究院
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00;A61B5/0476;A61B5/04
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 王艾華

本發明公開一種用于單通道腦電信號去噪的集成電路，包括單級小波變換電路模塊，去均值電路模塊，白化電路模塊，迭代分離電路模塊。包含其他人體生物信號的單通道腦電信號經過單級小波變換電路模塊生成二維信號，再將這二維信號通過去均值電路模塊轉化為二維零均值信號，然后該二維零均值信號通過白化電路模塊中協方差矩陣計算電路，EVD分解電路，白化信號生成電路三個電路子模塊的處理轉化為白化信號，將該白化信號作為迭代分離電路模塊的輸入，先通過迭代電路計算解混矩陣，然后通過分離電路進行分離操作將純凈腦電信號與噪聲信號分離。本發明可以將受干擾的腦電信號中混合的其它人體生物信號和原始的腦電信號分離開，達到去噪的目的。

技術領域

本發明涉及一種腦電信號去噪領域技術，具體涉及一種用于去除單通道腦電信號中其他人體生物信號干擾的集成電路。

背景技術

腦電信號是由大腦發出的電信號，是腦神經細胞電生理活動在大腦皮層或頭皮表面的總體反映。腦電信號中包含了大量的生理與疾病信息,從而可以在醫學臨床方面為某些腦疾病提供診斷依據。腦電圖檢查具有無創傷性和快速性的優點，這使得它成為腦科疾病臨床中最常用的檢測手段。腦電學研究在近些年成為熱門研究方向，相關研究試圖闡明大腦內部構造、分工與工作原理，但是目前科學界對腦電信號認識仍然處于很淺的層次。臨床醫學上，腦電信號采集通常采取長時間監測以確定疑似病例是否出現腦電活動異常，但是提取出來的腦電信號極易受到其他人體生物信號的干擾，例如眼電信號，肌電信號，心電信號等都會對腦電信號產生影響，再加上腦電信號自己本身強度并不強，這種干擾情況的出現不利于后續利用腦電信號所進行的腦部神經活動的分析和相關疾病診斷。因此去除腦電信號中夾雜的其它人體生物信號顯得很有意義。

傳統上在硬件領域去除腦電信號中夾雜的其它人體生物信號主要通過濾波器實現，對于和腦電信號在頻譜上沒有交疊的信號，該方法效果較好，但是對于和腦電信號在頻譜上產生交疊的其它人體生物信號，該方法無法對其進行有效的分離。為了解決這個問題，獨立成分分析(ICA)被人們提出來用來去除多通道腦電信號中的各種干擾，在進行多通道腦電信號分析時被廣泛使用。但是獨立成分分析有一個限制，那就是觀測通道(或電極)的個數一定要大于等于獨立源信號的個數，因此對單通道腦電信無法直接應用獨立成分分析來進行信號分離。

經過對現有資料文獻的檢索發現，把小波變換和獨立成分分析結合起來可以將其應用于單通道混合信號的分離處理上，并將小波變換與獨立成分分析相結合的方法稱為Wavelet-ICA。但對于將Wavelet-ICA用集成電路技術實現應用于單通道腦電信號去噪方面還未見報道。

發明內容

本發明針對上述現有技術的不足，提出了一種用于單通道腦電信號去噪的集成電路，能夠有效將單通道腦電信號中夾雜的其它人體生物信號分離出來，降低這些干擾信號對腦電信號的影響，有利于后續對腦電信號的深入分析研究。

為了達到上述目的，本發明所采取的技術方案為：單級小波變換電路模塊、去均值電路模塊、白化電路模塊和迭代分離電路模塊。

所述單級小波變換電路模塊依次連接去均值電路模塊、白化電路模塊和迭代分離電路模塊。

所述白化電路模塊包括協方差矩陣計算電路、EVD分解電路和白化信號生成電路。去均值電路的輸出端分別接協方差矩陣計算電路的輸入端和白化信號生成電路的一個輸入端，協方差矩陣計算電路的輸出端連接EVD分解電路的輸入端，EVD分解電路的兩個輸出端分別接白化信號生成電路的另外兩個輸入端，白化信號生成電路的輸出端接迭代分離電路的輸入端。