[發明專利]基于蝶腭神經節刺激的腦電信號特征提取方法

在審

• 申請號: 202110066103.8
• 申請日: 2021-01-19
• 公開（公告）號: CN112869755A
• 公開（公告）日: 2021-06-01
• 發明（設計）人: 俞孝儒;徐文龍
• 申請（專利權）人: 中國計量大學
• 主分類號: A61B5/377
• 分類號: A61B5/377;A61B5/372;A61B5/374
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于蝶腭神經節刺激的腦電信號特征提取方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟1：利用超聲波通過兩側鼻翼實現對蝶腭神經的刺激；

步驟2：在頭皮上放置腦電采集電極，利用腦電采集裝置記錄不同蝶腭神經節刺激階段的腦電信號；

步驟3：進行腦電信號預處理操作，對經預處理后的腦電信號進行腦電相對功率特征提取和腦電有效連接特征提取；

步驟4：根據所述腦電相對功率特征和腦電有效連接特征評估超聲波對蝶腭神經的刺激效果。

2.根據權利要求1所述的基于蝶腭神經節刺激的腦電信號特征提取方法，其特征在于：所述腦電信號預處理操作，包括：對腦電信號進行帶通濾波，通帶頻率為0.5-80Hz；對腦電信號進行帶阻濾波，陷波頻率為50Hz；腦電信號參考電極重建為平均參考；采用偽影子空間重建技術處理腦電信號，去除不良通道，截除不良數據；采用獨立成分分析技術處理腦電信號，去除眼動偽跡、肌電偽跡；將腦電信號按照頻段分為5個信號節律，其中包括delta節律、theta節律、alpha節律、beta節律和gamma節律。

3.根據權利要求1所述的基于蝶腭神經節刺激的腦電信號特征提取方法，其特征在于：步驟4中所述腦電相對功率特征提取具體為：

采用Welch功率譜估計算法，計算得出腦電信號的功率譜密度值；

采用以下公式計算腦電信號的相對功率特征：

其中，welch(f_s，f_e)表示頻率從f_s到f_e之間功率密度值的總和。

4.根據權利要求3所述的基于蝶腭神經節刺激的腦電信號特征提取方法，其特征在于：所述Welch功率譜估計算法采用4秒時長的漢寧窗函數，重疊率為50％。

5.根據權利要求1所述的基于蝶腭神經節刺激的腦電信號特征提取方法，其特征在于：步驟4中所述腦電有效連接特征提取具體為：

建立滑動窗口的多變量自回歸模型，公式為：

其中，X(t)＝[X₁(t)，X₂(t)，…，X_i(t)]^T為電極數量為i的腦電信號時間序列，A(n)為i×i系數矩陣，E(t)為腦電信號的白噪聲余項，p為多變量自回歸模型階數；

采用頻域轉換算法將所述滑動窗口的多變量自回歸模型轉換至頻域，公式為：

其中，H(f)為傳遞矩陣，f為頻率；

采用直接定向傳遞函數計算腦電信號的有效連接特征，公式為：

其中，S(f)＝X(f)X(f)^*，k表示電極的總數，i、j表示電極序號。

6.根據權利要求5所述的基于蝶腭神經節刺激的腦電信號特征提取方法，其特征在于：所述多變量自回歸模型階數由漢南奎因信息準則算法確定。

7.根據權利要求1所述的基于蝶腭神經節刺激的腦電信號特征提取方法，其特征在于：步驟1的具體實現方法為：

在鼻翼兩側處涂抹超聲耦合劑；將超聲換能器分別貼敷于兩側鼻翼；啟動超聲換能器施加設定超聲波頻率、設定脈沖重復頻率、設定脈沖長度、設定刺激時長、設定強度的超聲刺激；

設定超聲波頻率為150kHz至700kHz；所述步驟3中所述設定脈沖重復頻率為20Hz至2000Hz；所述設定脈沖長度為0.1ms至100ms；所述設定刺激時長為1分鐘至15分鐘；所述設定強度為0.1W/cm2至15W/cm2。

8.根據權利要求1所述的基于蝶腭神經節刺激的腦電信號特征提取方法，其特征在于：步驟2中，所述不同蝶腭神經節刺激階段的腦電信號包括：蝶腭神經節刺激開始前30分鐘記錄到的腦電信號；蝶腭神經節刺激同時記錄到的腦電信號；蝶腭神經節刺激結束后30分鐘記錄到的腦電信號。