单通道脑电信号中多种伪迹同步去除方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN109820503A(43)申请公布日2019.05.31(21)申请号201910283246.7(22)申请日2019.04.10(71)申请人合肥工业大学地址230009安徽省合肥市包河区屯溪路193号(72)发明人陈勋李路畅成娟刘爱萍李畅刘羽宋仁成(74)专利代理机构安徽省合肥新安专利代理有限责任公司34101代理人陆丽莉何梅生(51)Int.Cl.A61B5/0476(2006.01)A61B5/00(2006.01)权利要求书2页说明书7页附图5页(54)发明名称单通道脑电信号中多种伪迹同步去除方法(57)摘要本发明公开了一种单通道脑电信号中多种伪迹同步去除方法，其步骤包括：1，首先用奇异谱分析对单通道脑电信号进行分解，得到多维的信号分量矩阵；2，使用二阶盲辨识方法对信号分量矩阵进行盲源分离，得到多个独立源成分；3，挑选含有伪迹的独立源成分并将其置零；4，将置零后的独立源成分进行盲源分离逆变换，重建得到干净的单通道脑电信号。本发明实现了单通道脑电信号中多种伪迹(肌电、眼电、心电伪迹)的同时去除，并有效保留了信号中的脑电成分。CN109820503ACN109820503A权利要求书1/2页1.一种单通道脑电信号中多种伪迹同步去除方法，所述多种伪迹包括：肌电伪迹、眼电伪迹和心电伪迹，其特征是，所述方法按如下步骤进行：步骤一：获取C个采样点的单通道的脑电信号x＝(x1,x2,...,xC)，xC表示第C个采样点的单通道的脑电信号；步骤二：使用奇异谱分析法对所述单通道脑电信号x进行分解，得到由P个信号分量所T组合的信号分量矩阵，记为：Z＝[Z1,Z2,…Zp,…ZP]，其中，Zp表示单通道脑电信号x中第p个信号分量，T为矩阵转置，且1＜p＜P；步骤三：使用二阶盲辨识方法对所述信号分量矩阵Z进行盲源分离，得到混合矩阵A、解T混矩阵W和源信号矩阵S＝[S1,S2,…Sp,…SP]，其中，Sp表示第p个独立源信号，并有Z＝AS，S＝WZ；步骤四：识别所述源信号矩阵S中任何含有伪迹的第n个通道的源信号Sn并置零，从而得到不含伪迹的源信号矩阵步骤五：利用式(1)对所述不含伪迹的源信号矩阵进行盲源分离逆变换，得到去除多种伪迹后重建的信号分量矩阵其中，表示第p个去除伪迹后重建的信号分量：步骤六：利用式(2)对将所述重建的信号分量矩阵中的信号分量进行求和，得到去除多种伪迹后的单通道脑电信号2.根据权利要求1所述的单通道脑电信号中多种伪迹同步去除方法，其特征在于，所述步骤二中是按如下过程进行：步骤2.1：嵌入利用式(3)将C个采样点的单通道的脑电信号x转化为L×K的轨迹矩阵X：式(3)中，L为窗口长度，K为所述轨迹矩阵X的列宽，且K＝C-L+1，1＜L＜C；Xi是第i个延T时向量，并有Xi＝[xi,xi+1,…,xL+i-1]，1≤i≤K；步骤2.2：奇异值分解计算协方差矩阵Q＝XXT，并计算出所述协方差矩阵Q的特征值和特征向量，并对所述特征值进行降序排列后记为λ1,λ2,…,λj,…,λL，相应的特征向量记为U1,U2,…,Uj,…,UL；其中，λj为排列后的第j特征值；Uj为排列后的第j征值λj所对应的特征向量；1≤j≤L；利用式(4)得到第r个初等矩阵Er：2CN109820503A权利要求书2/2页式(4)中，r＝1,2,…,d，d是非零特征值的个数，且d＜L，Vr为第r个主成分，且从而利用式(5)得到轨迹矩阵X的表达式：X＝E1+E2+…+Er…+Ed(5)步骤2.3：分组将第r个初等矩阵Er分为M个互不相交的组，从而利用式(6)得到轨迹矩阵X的表达式：式(6)中，表示第m组初等矩阵；1≤m≤M；步骤2.4：重构利用对角平均公式将所述第m组初等矩阵转换为长度为C的时间序列xm，从而利用式(7)得到C个采样点的单通道的脑电信号x的表达式：3CN109820503A说明书1/7页单通道脑电信号中多种伪迹同步去除方法技术领域[0001]本发明属于脑电信号处理技术领域，具体涉及一种基于奇异谱分析和二阶盲辨识方法相联合，从单通道脑电信号中同时去除多种伪迹(肌电、眼电、心电伪迹)的新方法，主要应用于脑电信号的预处理。背景技术[0002]脑电信号(Electroencephalogram,EEG)是大脑神经细胞的电生理活动在大脑皮层或头皮表面的总体反应，蕴含着丰富的生理信息。随着技术的发展，EEG信号的应用也越来越广泛。通常情况下，采用脑电图机采集EEG信号时，EEG信号极易受到各种伪迹的干扰。伪迹的种类典型的有肌电(Electromyography,EMG)、眼电(Electrooculogram,EOG)和心电(Electrocardiography,ECG)。