一种单通道的脑电信号中肌电伪迹的消除方法.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CN109480832A(43)申请公布日2019.03.19(21)申请号201811289003.6(22)申请日2018.10.31(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)发明人成娟李路畅徐雪远陈勋宋仁成陈强刘爱萍(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)权利要求书1页说明书5页附图6页(54)发明名称一种单通道的脑电信号中肌电伪迹的消除方法(57)摘要本发明公开了一种单通道脑电信号中肌电伪迹的消除方法，其特征包括：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，使用独立向量分析对信号分量矩阵进行盲源分离，得到多个独立分量；3，设置自相关系数阈值，检测出含肌电伪迹的独立分量并置零；4，将部分置零后的独立分量进行盲源分离逆变换，重建得到干净的单通道脑电信号。本发明能实现单通道脑电信号中肌电伪迹的去除，对于脑电信号的后续分析有着重要意义。CN109480832ACN109480832A权利要求书1/1页1.一种单通道的脑电信号中肌电伪迹的消除方法，其特征包括如下步骤：步骤一：使用脑电测量设备采集并记录t时刻单通道的脑电信号X(t)；步骤二：使用奇异谱分析法对所述t时刻单通道的脑电信号X(t)进行分解，得到由N个T信号分量所组合的信号分量矩阵，记为：M(t)＝[M1(t),M2(t),M3(t),…Mn(t),…MN(t)]，其中Mn(t)表示t时刻单通道的脑电信号X(t)中第n个信号分量，T为矩阵转置，且1＜n＜N；步骤三：使用独立向量分析法对所述信号分量矩阵M(t)进行盲源分离，得到混合矩阵TA、解混矩阵W和t时刻的源信号矩阵S(t)＝[S1(t),S2(t),S3(t),…Sn(t),…SN(t)]，其中Sn(t)表示t时刻的第n个独立源成分，并有M(t)＝AS(t)，S(t)＝WM(t)；步骤四：初始化n＝1；步骤五：利用式(1)计算所述t时刻的源信号矩阵S(t)中第n个独立源成分Sn(t)的自相关系数值rn：式(1)中，E(·)表示求均值函数；Sn(t-τ)表示所述t时刻的源信号矩阵S(t)延迟τ时刻后的信号；若rn＜e，则表示第n个独立源成分Sn(t)含有肌电伪迹的源成分，并将Sn(t)置零；其中e表示所设定的自相关系数阈值；步骤六：将n+1赋值给n，并判断n＞N是否成立，若成立，则表示得到不含肌电伪迹的源信号矩阵并执行步骤七，否则，返回步骤五执行；步骤七：利用式(2)对所述不含肌电伪迹的源信号矩阵进行盲源分离逆变换处理，得到得到不含肌电伪迹的信号分量矩阵其中表示第n个去除肌电伪迹后的信号分量：步骤八：利用式(3)对将所述不含肌电伪迹的信号分量矩阵中的信号分量进行叠加，得到去除肌电伪迹后的单通道脑电信号2CN109480832A说明书1/5页一种单通道的脑电信号中肌电伪迹的消除方法技术领域[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独立向量分析，从单通道脑电信号中自动识别肌电伪迹并消除的新方法，主要应用于脑电信号的预处理，及人脑相关疾病和人脑功能的研究。背景技术[0002]脑电信号是脑神经细胞群的自发性、节律性的电生理活动，包括离子交换、新陈代谢等综合外在表现。脑电设备直接从头皮采集得到的脑电信号往往是微弱的，因此脑电设备采集得到脑电信号一般需要经过放大器放大处理。脑电图是指经过放大处理后的脑电信号所形成的具有一定波形信息的曲线图。由于具有高时域分辨率、便携和无创性等特点，脑电信号已被广泛应用于各种神经系统相关仪器的实际应用和测量。然而，脑电信号极易受到各种电生理伪迹的污染，使后续的脑信号特征分析变得相当艰难。对于只有少数电极的长时间的移动监控脑电设备，污染严重程度尤为突出。众多复杂的伪迹均会干扰脑电图的记录，如分别由头部肌肉收缩、心跳和眼球运动所导致产生的肌电信号、心电信号和眼电信号。由于肌电信号具有幅值大、频域分布广和复杂的波形特征等特点，导致肌电伪迹是众多干扰源中最难消除的干扰伪迹。随着便携式脑电信号采集设备的快速发展，针对单通道脑电信号中肌电伪迹去除的问题引起了越来越多的关注。[0003]在过去数十年里，研究人员已经进行了许多尝试来解决脑电信号中肌电伪迹移除的这个难题。最初，低通滤波器通常被用来去除肌电伪迹。然而，若肌电伪迹与感兴趣的脑电信号的频谱重叠的话，低通滤波器不仅会抑制肌电伪迹，而且可能会造成有价值的脑电信息损失。在最近的研究中，盲源分离开始广泛应用于脑电信号中肌电伪迹的去除。盲源分离方法是指在没有先验知识的条件下，从混叠信号中将各源