[發明專利]一種單通道的腦電信號中肌電偽跡的消除方法

在審

• 申請號: 201811289003.6
• 申請日: 2018-10-31
• 公開（公告）號: CN109480832A
• 公開（公告）日: 2019-03-19
• 發明（設計）人: 成娟;李路暢;徐雪遠;陳勛;宋仁成;陳強;劉愛萍
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: A61B5/0476
• 分類號: A61B5/0476
• 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

本發明公開了一種單通道腦電信號中肌電偽跡的消除方法，其特征包括：1，首先用奇異譜分析對單通道腦電信號進行分解，得到多維的信號分量矩陣；2，使用獨立向量分析對信號分量矩陣進行盲源分離，得到多個獨立分量；3，設置自相關系數閾值，檢測出含肌電偽跡的獨立分量并置零；4，將部分置零后的獨立分量進行盲源分離逆變換，重建得到干凈的單通道腦電信號。本發明能實現單通道腦電信號中肌電偽跡的去除，對于腦電信號的后續分析有著重要意義。

技術領域

本發明屬于腦電信號處理技術領域，具體涉及一種基于奇異譜分析和獨立向量分析，從單通道腦電信號中自動識別肌電偽跡并消除的新方法，主要應用于腦電信號的預處理，及人腦相關疾病和人腦功能的研究。

背景技術

腦電信號是腦神經細胞群的自發性、節律性的電生理活動，包括離子交換、新陳代謝等綜合外在表現。腦電設備直接從頭皮采集得到的腦電信號往往是微弱的，因此腦電設備采集得到腦電信號一般需要經過放大器放大處理。腦電圖是指經過放大處理后的腦電信號所形成的具有一定波形信息的曲線圖。由于具有高時域分辨率、便攜和無創性等特點，腦電信號已被廣泛應用于各種神經系統相關儀器的實際應用和測量。然而，腦電信號極易受到各種電生理偽跡的污染，使后續的腦信號特征分析變得相當艱難。對于只有少數電極的長時間的移動監控腦電設備，污染嚴重程度尤為突出。眾多復雜的偽跡均會干擾腦電圖的記錄，如分別由頭部肌肉收縮、心跳和眼球運動所導致產生的肌電信號、心電信號和眼電信號。由于肌電信號具有幅值大、頻域分布廣和復雜的波形特征等特點，導致肌電偽跡是眾多干擾源中最難消除的干擾偽跡。隨著便攜式腦電信號采集設備的快速發展，針對單通道腦電信號中肌電偽跡去除的問題引起了越來越多的關注。

在過去數十年里，研究人員已經進行了許多嘗試來解決腦電信號中肌電偽跡移除的這個難題。最初，低通濾波器通常被用來去除肌電偽跡。然而，若肌電偽跡與感興趣的腦電信號的頻譜重疊的話，低通濾波器不僅會抑制肌電偽跡，而且可能會造成有價值的腦電信息損失。在最近的研究中，盲源分離開始廣泛應用于腦電信號中肌電偽跡的去除。盲源分離方法是指在沒有先驗知識的條件下，從混疊信號中將各源信號分離出來的過程。腦電信號中肌電偽跡去除的基本方法為，先對被偽跡污染的腦電信號盲源分離，后將判定為肌電偽跡的源信號置零，再進行信號重建得到干凈的腦電信號。常用的盲源分離算法有獨立成分分析(independent component analysis,ICA)、典型相關分析(canonical correlationanalysis,CCA)。ICA是利用高階統計量將腦電信號分解為獨立分量，但是ICA在去除肌電偽跡的效果上并不好，因為該方法得到的獨立分量中肌電偽跡和腦電信號經常發生串擾。為此，一些學者提出CCA去除肌電偽跡。CCA是利用二階統計量將腦電信號分解成互不相關且自相關性最大的典型變量。由于肌電的特性與白噪聲類似具有較低的自相關性，CCA在去除肌電的效果上一般優于ICA。但CCA在應用于采樣點數較多的腦電信號中肌電偽跡去除時，效果也不好。

然而，由于盲源分離方法默認假設源信號的數目等于或少于信號的通道數，所以它不能直接應用于單通道腦電的去噪處理。