实验14 脑电信号睡眠分期的时频分析研究.pdf

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1、实验14脑电信号睡眠分期的时频分析研究实验14脑电信号睡眠分期的时频分析研究一实验目的1学习和掌握多导联脑电信号的采集方法。2掌握时频分析的基本原理以及使用matlab软件编写时频分析程序。3分析清醒和、困倦、睡眠状态的脑电特点。二原理与步骤1．原理（1）脑电波与睡眠大脑是人体最重要，也是最复杂的生理器官。脑电波直接反映了大脑的生理状态，包含丰富的神经活动信息，大量研究表明人在不同的状态下，脑电也不同，比如在兴奋和松弛两种状态下，脑电的波动差异很大。当然，在睡眠过程中，比如：清醒、困倦、睡眠时，脑电波也存在显著

2、差异。脑电图在睡眠过程中存在有规律变化，非眼球快速运动睡眠阶段根据脑电图特征分为四个期：第一期，以θ波为主；第二期，脑电波为纺锤波且δ波少于20%；第三期，脑电波δ波占20%～50%，为中等深度睡眠；第四期，脑电波δ波占50%以上。因此，睡眠的不同阶段脑电信号的频率分布范围存在差异。（2）时频分析时频分析（JTFA）即时频联合域分析（JointTime-FrequencyAnalysis）的简称，作为分析时变非平稳信号的有力工具，近年来受到越来越多的重视。时频分析方法提供了时间域与频率域的联合分布信息，清楚地描

3、述了信号频率随时间变化的关系。STFT(shorttimeFouriertransform)以滑动窗对信号进行分析，然后对加窗信号进行Fourier变换。离散STFT定义为NjnmN/Smk(,)snHnke()[()]n1解释：就是说信号在时间的STFT就是信号乘上一个“分析窗”所做的傅立叶变换，等价于取出信号的一个切片，故是在分析时间附近的局部频谱。要想获得高的时间分辨率，则选短窗；要想获得高的频率分辨率，则选长窗。2．步骤（1）实验对象本实验共有15名志愿者作为测试样本，其中男志愿者11名、女性

4、志愿者4名，年龄集中在22-25岁之间，平均年龄23.3岁，均为右利手。参加测试前一周内无服用任何药物的历史、精神状况良好。实验前，受试者将头发洗干净，去除头皮表面油垢以利于电极阻抗的调试。开始记录数据前，实验14脑电信号睡眠分期的时频分析研究实验员向受试者详细说明检查中的注意事项，以消除受试者紧张情绪及体动、吞咽、眼动引起的干扰脑电信号。（2）实验环境和任务实验中所有数据采集均在同一个实验专用房间内进行，房间周围安静、光线昏暗内部不使用日光灯、室温相对稳定（20~25℃），尽量克服外部环境对受试者造成的干扰。

5、具体实验过程的如下：受试者双眼自然闭合、身体和精神放松，以一种舒适的姿势坐在实验专用凳子上并佩戴电极帽。在脑电数据采集时，等待受试者脑电波平稳后开始记录。（3）脑电记录实验采用neuroscan型脑电图仪对受试者的脑电信息进行详细的记录。实验过程中，脑电信号被实时的采集并保存在计算机内。给受试者佩戴电极帽。为了防止信号失真，电极与头皮接触处的阻抗低于5KΩ，误差范围在1KΩ。按照国际标准40导联系统，将电极分别摆放在前额，颞区，中央，枕区，顶区，Fpz为接地电极、耳电极A1、A2为参考电极(图2)。脑电图仪的主

6、要参数如下：放大增益：100μv/cm；采样频率：1000Hz；共模抑制比：大于80dB；A/D转换器分辨率：16位；时间常数：0.3s；低通滤波器：30Hz，以去除不需要的高频脑电波；陷波：50Hz，去除电源干扰波。图14.1“10-20”系统电极位置。F：前额，T：颞区，C：中央，O：枕区，P：顶区，A：耳，FPz：接地。奇数：左半脑区，偶数：右半脑区。（4）实验数据处理和分析对清醒，困倦和睡眠的脑电数据分别做时频分析，分析时频分析图寻找各个状态下的特征点。三实验要求（1）按照要求重复诱发脑电采集的过程，获

7、得原始待处理的数据。（如果没有条件，则直接处实验14脑电信号睡眠分期的时频分析研究理现有脑电数据，存放在文件qingxing.txt、kunjuan.txt、shuimian.txt中。（2）对三组数据做时频分析，获得时频图。（3）分析图像，寻找不同状态下的评价因子。（4）将自己实验所发现的结论和国内外研究者相关实验结论做比较，对自己实验的结论进行客观评价，并叙述自己的结论和别人的异同点。四实验报告1、阐述完成的实验内容，将程序保存在相应的文件中。给出各个仿真实验的结果，包括数据、图表，并对结果进行分析。2、总

8、结实验的主要结论和自己的体会、发现。清醒困倦睡眠8192个点8192个点8192个点图14.2原始数据的基本组成图14.3时间频率图实验14脑电信号睡眠分期的时频分析研究绘制时间和幅度30002500200020001500Amplitude100010005000020406080Time(sec)图14.4时间频率幅度Matlab代码：Sp_analysis1.mclc;clflo