[發明專利]一種基于腦電溯源和偶極子選擇的運動想象分類方法

有效

• 申請號: 202210783534.0
• 申請日: 2022-07-05
• 公開（公告）號: CN114861738B
• 公開（公告）日: 2022-10-04
• 發明（設計）人: 陳昆;魏欣;馬力;劉泉;艾青松
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00;G06N20/10;G06K9/62;A61B5/372
• 代理公司: 武漢開元知識產權代理有限公司 42104
• 代理人: 劉琳

本發明提出了一種基于腦電溯源和偶極子選擇的運動想象分類方法，包括：采集基于多類別運動想象的腦電信號；對多通道腦電信號進行溯源，得到皮層神經活動源的信號；對源空間偶極子進行偶極子通道選取，將各偶極子腦電信號的能量作為選擇和刪除偶極子通道集合的搜索策略，結合每個運動想象類別與剩余類別腦電信號能量的改進型F?score值作為最優偶極子通道選擇評價準則，提取源空間選擇偶極子的腦電數據；將腦電數據輸入到共空間模式濾波器中進行特征提取；將共空間模式特征輸入支持向量機分類器中，實現運動想象腦電信號分類。本發明在探索運動想象腦電規律的基礎上開展了運動想象腦電信號處理、特征提取及分類方法研究，有效提升了分類準確率。

技術領域

本發明涉及腦電信號處理技術領域，具體地指一種基于腦電溯源和偶極子選擇的運動想象分類方法，用于提升運動想象腦電信號任務解碼的精度。

背景技術

腦機接口是指在人或動物大腦與外部設備之間創建的直接連接，實現腦與設備的信息交換。通過分析腦電信號，檢測識別不同腦區的激活效果來判斷用戶意圖，了解人腦信息處理過程，進而實現腦與外部設備之間的通信與控制。

基于運動想象的腦機接口是在眾多腦機接口范式中的重要組成部分，此范式需要在受試者執行特定運動想象任務時采集其腦電信號，根據腦電信號識別運動想象內容，然后將識別結果轉換為命令以控制外部設備。但腦電信號由于腦體積傳導效應的影響導致空間分辨率低，因此如何增加腦電信號的空間分辨率并提取有效的判別特征是運動想象腦機接口成功的關鍵。

目前，常見的提高腦電信號空間分辨率的方法主要分為三類。第一類為引入腦電成像技術方法，主要有fMRI技術，但基于fMRI的腦機接口因為時間延遲大而不適合日常使用。第二類為侵入式腦電信號采集，但此方法容易引發患者的免疫反應和愈傷組織，進而導致信號質量的衰退直至消失。第三類為盲源分離（BS）方法，對混合信號在源信號和傳輸系統特性均未知的情況下，對混合信號進行分離，將信號分解為不同信號的源的線性組合。而用于癲癇等腦疾病定灶的EEG源成像（ESI），可以提供大腦神經活動的無創成像，通過解決EEG逆問題來估計具有高時間分辨率和高空間分辨率的腦電活動信號。

現有技術中，運動想象多分類的正確率亟待提高，運動想象腦電信號分析過程包括：信號采集、預處理、特征提取和選擇、模式識別，其中由于頭皮電極檢測到的腦電信號幅度微弱，容易受到噪聲干擾，且EEG的空間分辨率較差，受試者間差異明顯，因此，運動想象多類別分類的研究需要進一步開展。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術中識別方法存在運動想象多分類準確率不高的技術問題，提出了一種基于腦電溯源和偶極子選擇的運動想象分類方法，可以在有效地降低特征維度、剔除冗余通道、減少計算量的同時提高腦電信號多分類的準確性。

為實現上述目的，本發明所設計的一種基于腦電溯源和偶極子選擇的運動想象分類方法，其特殊之處在于，所述方法包括步驟：

S1：采集基于多類別運動想象的腦電信號，通過帶通濾波器和共平均參考進行預處理；

S2：計算頭部模型Headmodel、源模型Sourcemodel以及導聯場Leadfield；

S3：將標準化低分辨率大腦磁電斷層掃描sLORETA作為計算源空間腦電信號的約束條件，對采集的腦電信號以及導聯場Leadfield溯源得到源空間腦電信號；

S4：計算各類別運動想象腦電信號在源空間每個偶極子中的能量，采用改進型F-score方法并設置閾值作為源空間偶極子選取的策略，得到篩選后的源空間偶極子子集，提取源空間偶極子子集的腦電數據；

S5：對提取的腦電數據采用共空間模式CSP提取信號特征；

S6：將CSP特征輸入支持向量機中進行分類，獲得分類結果。