前额柔性干式电极及单通道脑电预处理技术研究

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1、硕士学位论文前额柔性干式电极及单通道脑电预处理技术研究作者姓名陈灿学科专业信号与信息处理指导教师邢晓芬副教授所在学院电子与信息学院论文提交日期2018年4月12日ResearchonForeheadSoftDryElectrodeandSingle-channelEEGPreprocessingTechnologyADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：ChenCanSupervisor：AssociateProf.XingXiaofenSouthChinaUnive

2、rsityofTechnologyGuangzhou,China摘要脑电图（EEG）作为一种无创的记录脑电活动的方法，由于其高时间分辨率的特点被广泛用于研究大脑功能。近年来移动医疗和穿戴式设备发展迅速，为满足较小体积和计算复杂度的要求，这些系统通常采用单通道前额脑电方案。传统湿电极由于需涂抹导电凝胶、操作复杂等缺点不适用于便携式脑电系统。此外，脑电信号中经常含有肌电伪迹，既有的伪迹去除方法要求多通道脑电信号，限制了便携式单通道脑电系统的推广应用。为解决以上问题，本文主要做了以下工作：1、针对湿电极的不足，本文设计制备了一种前额柔性

3、脑电干电极。该干电极通过向橡胶基底中掺杂导电银粉制成，其与头皮的接触表面被设计为弧形曲面。相比平面电极，该电极具有与头皮接触更紧密、更大的皮肤接触面积以及在皮肤上不易滑动的优点。本文在前额处对干湿电极的皮肤接触阻抗进行测量对比，10Hz时两者接触阻抗分别为26.5±16.2kΩ和12.8±5.7kΩ。EEG采集对比实验中干湿电极之间的相关系数均值为0.95；α节律测试实验中两者均呈现出典型的α节律波峰。综上所述，本文设计的干电极具有与湿电极相似的性能，可广泛用于日常脑电采集中。2、为去除单通道脑电信号中的肌电伪迹，本文提出一种基于

4、SSA-MCCA的伪迹去除方法。该方法无需多通道脑电信号、计算复杂度低，非常适用于便携式单通道脑电系统。本文通过三种不同输入信噪比的模拟脑电数据将该方法与SSA-ICA和EEMD-CCA进行定量对比分析。输入信噪比为-5dB时，三种方法的相关系数分别为0.93±0.03、0.90±0.02、0.85±0.01，信噪比提升分别为13.86±1.53、12.22±0.91、10.48±0.36。为进一步说明该方法实用性，本文还使用实际脑电数据加以验证，结果显示该方法能很好地去除单通道脑电信号中的肌电伪迹。3、本文基于设计的前额柔性干电

5、极以及SSA-MCCA单通道脑电信号肌电伪迹去除方法，结合NeuroSky公司的TGAM模块，设计并实现了一个简单可行的便携式前额脑电采集与处理系统。本文在真实场景下对受试者采用该系统进行脑电采集与处理实验，实验结果表明，该系统在便携式的基础上，能够可靠地采集到受试者的脑电信号，同时能有效地去除脑电信号中的肌电伪迹，验证了该系统的有效性。关键词：单通道脑电；干电极；肌电伪迹；奇异谱分析；多重集典型相关分析IAbstractElectroencephalography(EEG)isanon-invasivemethodtorecor

6、dbrainelectricalactivityandithasbeenwidelyusedtostudybrainfunctionduetoitshightemporalresolution.Inrecentyears,mobilemedicalandwearabledeviceshavedevelopedrapidly.Inordertomeettherequirementsofsmallersizeandcomputationalcomplexity,thesesystemsusuallyuseasingle-channel

7、foreheadEEGsolution.Thedisadvantagesofconventionalwetelectrodes,suchastheneedtoapplyconductivegelsandtheircomplicatedoperation,arenotsuitableforportableEEGsystems.Inaddition,EEGsignalsoftencontainEMGartifacts.Theexistingartifactremovalmethodrequiresmulti-channelEEGsig

8、nals,whichlimitsthepopularizationandapplicationofportablesingle-channelEEGsystems.Inordertosolvetheabove-mentionedproblems,w