[發明專利]一種基于相位模式復雜度的多通道神經信號分析方法

在審

• 申請號: 201711335282.0
• 申請日: 2017-12-14
• 公開（公告）號: CN108158581A
• 公開（公告）日: 2018-06-15
• 發明（設計）人: 梁振虎;張琳;邵帥;程磊;李小俚
• 申請（專利權）人: 燕山大學
• 主分類號: A61B5/0476
• 分類號: A61B5/0476
• 代理公司: 秦皇島一誠知識產權事務所(普通合伙) 13116
• 代理人: 李合印

本發明公開了一種基于相位模式復雜度的多通道神經信號分析方法，所述方法包括：通過神經信號采集裝置獲得需要計算的N個通道的神經信號數據，并進行預處理操作；計算所述神經信號中兩個通道X和Y之間的動態相位關系模式M_t，量化其相位關系；計算所述通道X和Y之間的相位模式復雜度Ω；構建所述多通道神經信號的相位模式復雜度矩陣；其中Ω的值越大，代表所述神經信號之間的相位模式越豐富，該方法從相位關系的動態時間模式的角度出發，解決了現有技術容易丟失神經信號之間的相位關系信息，而且會忽略其相位關系的時間動力學變化的缺點。

技術領域

本發明涉及神經信號分析領域，尤其涉及一種多通道神經信號分析方法。

背景技術

大腦不同區域神經信號的相互作用與通信往往伴隨著相位關系的特征化，多通道之間相位關系的變化可以揭示大腦在不同狀態下不同腦區的腦動力學變化，為大腦工作機制的研究與分析提供重要幫助。近些年，在針對神經生理(視覺、聽力、記憶、意識等)以及神經疾病(癲癇、阿茲海默癥、腦死亡)的研究中，多通道神經信號相位關系的研究對神經疾病的預防、診斷和治療發揮了重要作用。

目前已有許多度量腦電信號之間相位同步性的方法，如文獻《Measuring phasesynchrony in brain signals》提出的鎖相值(phase locking value，PLV)方法，文獻《Phase lag index:assessment of functional connectivity from multichannel EEGand MEG with diminished bias from common sources》提出的相位滯后指數(phase lagindex，PLI)方法以及文獻《An improved index of phase-synchronization forelectrophysiological data in the presence of volume-conduction,noise andsample-size bias》提出的帶權重的相位滯后指數(the weighted phase-lag index，WPLI)等。這些傳統的同步方法通過研究多通道信號之間的相位同步變化，進而從腦功能連接的角度揭示神經機制。為了可靠地估計功能連接強度，幾乎所有的同步方法都要求數據的平穩性，因此不能使用較長的時間序列。但是，研究表明，大腦各區域之間的靈活溝通不僅需要同步的創建，而且需要在亞秒級時間尺度內消除同步。這就意味著神經信號之間相位同步的消失可能就在幾十毫秒以內。

而上述傳統的相位同步方法往往通過在幾秒長的時間段內對相位差進行平均而獲得其相位關系，雖然這樣可以獲得一定的功能連接信息，但是只能在秒級尺度上獲取相位同步信息，而且忽略了相位關系的動態時間模式，這可能會導致相位同步信息的丟失。

發明內容

本發明目的在于提供一種能夠揭示兩個神經信號之間相位關系的時間動力學變化以及完整獲取相位信息的基于相位模式復雜度的多通道神經信號分析方法。

為實現上述目的，采用了以下技術方案：本發明所述方法包括以下步驟：

步驟S1，通過神經信號采集裝置獲得需要計算的N個通道的神經信號數據，并進行預處理操作；

步驟S2，計算所述神經信號中兩個通道X和Y之間的動態相位關系模式M_t，量化其相位關系；

步驟S3，計算所述通道X和Y之間的相位模式復雜度Ω；

步驟S4，對所述N個神經通道之間的兩兩通道分別求相位模式復雜度Ω，得到大小為N*N的多通道相位模式復雜度矩陣。

進一步的，步驟S1中，利用神經信號采集手段獲取多通道神經信號數據，并對神經信號中的工頻噪聲、基線漂移、頭動噪聲和生理噪聲進行去噪處理。

進一步的，步驟S2的具體步驟如下：