脑电信号的现代分析方法

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1、维普资讯http://www.cqvip.com2OO2年9月重庆大学学报Sep．2O02第25卷第9期JournalofChongqingUniversityVo1．25No．9文章编号：1000—582X{2002)09—0108—05脑电信号的现代分析方法‘季忠，秦树人，彭丽玲(重庆大学测试中心，重庆4o0o44)摘要：脑电图(EEG)是脑神经细胞电生理活动在大脑皮层或头皮表面的总体反映。临床实践表明，脑电信号中包含了大量生理与疾病信息，通过对脑电信号的处理，不仅可以为医生提供临床诊断依据．而且可以为某些脑疾病提供有效的治疗手段。作者从脑电信

2、号的分析出发，论述了频域分析、时域分析等脑电图分析中常用的信号分析方法和特点，特别介绍了Wigner分布、小波变换和匹配跟踪等时频分析方法、人工神经网络和非线性动力学方法在脑电信号分析和处理中的应用情况。关键词：脑电图；信号分析；时频分析；神经网络；非线性动力学分析中图分类号：O174．2文献标识码：A脑电图(EEG)是脑神经细胞电生理活动在大脑皮变换情况。层或头皮表面的总体反映。脑电信号中包含了大量的谱估计法一般可分为经典方法与现代方法。经典生理与疾病信息，在临床医学方面，脑电信号处理不仅的谱估计方法是直接按定义用有限长数据来估计，即可为某些脑疾

3、病提供诊断依据，而且还为某些脑疾病以短时间段数据的傅氏变换为基础的周期法。主要有提供了有效的治疗手段。在工程应用方面，人们也尝两种途径：(1)先估计相关函数，再经过傅氏变换得到试利用脑电信号实现脑一计算机接口(BCI)，利用人对功率谱估计(根据维纳一辛钦定理)。(2)把功率谱和不同的感觉、运动或认知活动的脑电的不同，通过对脑幅频特性的平方联系起来，即功率谱是幅频特性平方电信号的有效的提取和分类达到某种控制目的⋯。但的总体均值与持续时间之比，是在持续时间趋于无限由于脑电信号是不具备各态历经性的非平稳随机信时的极限值。这两种方法存在的共同问题是估计的方

4、号，而且其背景噪声也很强，因此脑电信号的分析和处差特性不好，而且估计值沿频率轴的起伏比较剧烈，数理一直是非常吸引人但又是具有相当难度的研究课据越长，这种现象越严重。题。而参数模型估计方法对数据处理能得到高分辨率自1932年Dietch首先用傅立叶变换进行了EEG的谱分析结果，从而为EEG信号频域特征的提取提供分析之后，在脑电分析中相继引入了频域分析、时域分了新的有效手段，特别是对EEG信号作动态特性分析析等脑电图分析的经典方法。近年来，在脑电图分析中更显优越。中应用了小波分析、匹配跟踪方法、神经网络分析、混1．1．2AR参数模型谱估计沌分析等方法以

5、及各种分析方法的有机结合J，有力脑电信号的AR模型：地推动了脑电信号分析方法的发展。m=一+(1)1脑电分析方法是脑电信号现实值；是模型参数；m是模型阶数；1．1频域分析是零均值平稳高斯噪声。1．1．1功率谱估计AR模型系数比MA和ARMA较易从求解线性方程功率谱估计是频域分析的主要手段。它的意义在组或递推计算中得到，模型中研究的随机信号是平稳于把幅度随时间变化的脑电波变换为脑电功率随频率白噪声激励线性滤波器的输出。因此在EEG分析中应变化的谱图，从而可直观地观察到脑电节律的分布与用的较多的是AR模型谱估计技术。AR模型首先选择·收稿日期12002

6、—06—24作者简介：季忠(1974一)，男，江苏通州人，重庆大学讲师，博士生。主要从事生物医电信号分析和虚拟仪器技术方面的研究。维普资讯http://www.cqvip.com第25卷第9期季忠等：脑电信号的现代分析方法lO9最佳阶次问题，常用的定阶准则有信息论准则(AIC)，分析中，双谱结构出现明显的a波高阶相关性阻断现最终预测误差准则(FPE)等，阶次确定后按信号数据象。而对两例经医生诊断患有精神分裂症的患者的脑列与它的估计值之间均方误差最小准则，求取系数a电进行双谱分析，可以看到EEG信号的双谱谱峰呈分值。AR系数的算法有Levison—D

7、urbin，Yule—Walker，散状态，出现了广泛的“2次相位耦合”现象，在高频段Burgalgorithm，LeastSquares等。亦呈现“2次相位耦合”。如利用AR模型对EEG信号进行压缩。在一般的双谱分析要求信号至少三阶平稳，因此对短数据EEG实验室中，55～60分钟长的EEG信号是常见的EEG信号才有意义。事，因此，大容量的脑电信号的存储是脑电数据库必然1．2时域分析面临的问题。因此，EEG信号的数据压缩具有重大的现直接从时域提取特征是最早发展起来的方法，因实意义。实测得到的EEG数据长约160S，采样率为256为它直观性强，物理意

8、义比较明确，因此仍有不少脑电Hz，4通道。测得的EEG信号利用AR模型分段拟合，每图医生或技师使用。过去的EEG分析主要靠