1、功啡篡押拾剪拢蕾牲赢阻勒揍键喷幅淆涤嗅另找榔帜滔甸灯盘成邵疗简条脑电信号分析与特征提取脑电信号分析与特征提取脑电信号分析与特征提取脑电信号分析与特征提取 指导教师 : 童基均 老师 学 生 : 叶建伟班 级 : 03电子（ 2）班浙江理工大学信息电子学院浙江理工大学信息电子学院2007.1.17崩褪拣磅雍球谦圆沼詹凶蜜哟喀厄伎透师满羚痹掌徒阐稀恬氟忍循弄满停脑电信号分析与特征提取脑电信号分析与特征提取1脑电信号的概述脑电信号的概述脑电信号是由脑神经活动产生并且始终存在脑电信号是由脑神经活动产生并且始终存在于中枢神经系统的自发性电位活动，是一种重要于中枢神经系统的自发性电位活动，是一种重要的生物
2、电信号。的生物电信号。脑电信号非常微弱。主要有以下几个特点：脑电信号非常微弱。主要有以下几个特点：l 1）随机性及非平稳性相当强。）随机性及非平稳性相当强。l 2）脑电信号具有非线性。）脑电信号具有非线性。l 3）采集到的脑电信号背景噪声比较复杂，有）采集到的脑电信号背景噪声比较复杂，有 50Hz的工频干扰，电极与皮肤的接触噪声以及电极与的工频干扰，电极与皮肤的接触噪声以及电极与地之间的共模信号的干扰等等。地之间的共模信号的干扰等等。片黍扦届肛纤争惫屎放胜拆垢翘惹骨吕赢庄饼淖荷额工卫佩揽矣察衫硫讽脑电信号分析与特征提取脑电信号分析与特征提取2选题意义选题意义在 认 知科学、生理学、精神病学方面
3、， 脑电 信号也具有广 阔 的学 术 价 值和 应 用前景。通 过 研究人体 处 于不同生理状 态 和不同 脑 功能状 态 的 脑电 信号特征，可以了解 脑电 的不同工作机制。 在工程 应 用方面，人 们 也 尝试 利用 脑电 信号 实现 人 脑 一 计 算机接口 (BCI)，利用人 对 不同的感 觉 、运 动 或 认 知活 动 的 脑电的不同，通 过对脑电 信号的有效的提取和分 类 达到某种控制目的。 在 临 床 诊 断方面，因 为脑电 信号包含了大量的生理与病理信息， 对 其作深入的研究有助于 临 床医生提高 对 大 脑 神 经 系 统损伤 病 变诊断和 检测 的可靠性和准确性，同 时对
4、于 脑 疾病 诊 断和 检测 提供了有效的手段。各种 脑 疾患和神 经 系 统 疾患 问题 的增多和 严 重化、以及社会老 龄 化 问题 ，比如 癫痫 的 发 病率就高达 约 5 ， 这 就迫使我 们要加 强 对脑 科学的研究。矫字蝉幌钩舀馅嗜霸嘶友艾寐舶裴呸渴稠雄醉堡么玛退荡减饿疹津碘勋衷脑电信号分析与特征提取脑电信号分析与特征提取3国内外脑电信号研究的情况国内外脑电信号研究的情况对脑电信号进行特性分析和特征提取，国内外有关这一课题的研究日益增多，到目前为止，己经有很多方法被应用于此。 1932年之前，对脑电信号的特征提取与特性分析停留在主观水平上。1932年 Dietch首先用傅立叶变换进
5、行了脑电图分析。1932年之后， 相继引入了频域分析、时域分析等脑电图分析的经典方法 。目前，国内外针对脑电信号的研究，已经有了很多分析方法 。实肆篷绕骑柜膘殊熔崩据猛墓满没兵躇聘称院洒嚼栓显干炒弛贰偷押枯踊脑电信号分析与特征提取脑电信号分析与特征提取4本文研究的总体思路本文研究的总体思路(1) 深入研究国内外脑电信号特性分析与特征提取的理论和方法，对各种分析方法的优缺点加以充分认识及总结。(2) 深入研究 近似嫡算法近似嫡算法 及其性质，并探讨近似嫡算法应及其性质，并探讨近似嫡算法应用于脑电信号的可行性。针对近似嫡存在的问题，研究用于脑电信号的可行性。针对近似嫡存在的问题，研究样本嫡算法及其
6、性质，并将其运用于脑电信号的分析。样本嫡算法及其性质，并将其运用于脑电信号的分析。(3) 深入研究深入研究 功率谱估计功率谱估计 方法，把幅度随时间变化的脑电方法，把幅度随时间变化的脑电波变换为脑电功率随频率变化的谱图，从而可直观地观波变换为脑电功率随频率变化的谱图，从而可直观地观察到脑电节律的分布与变换情况。察到脑电节律的分布与变换情况。(4) 深入研究双谱分析方法，通过定义双谱密度函数进行深入研究双谱分析方法，通过定义双谱密度函数进行双谱分析，双谱分析， 有效地反映信号的二阶信息有效地反映信号的二阶信息 。霞惟呵瘸髓退集仙瞒挺凤姨卧捏妻愈挨拍尖浑氧木愉俗榔贤语贷辆姐渝嗓脑电信号分析与特征提
7、取脑电信号分析与特征提取5拟解决的主要问题拟解决的主要问题 （ 1）最大化提取脑电信号的各种特征信息，并对其进行特征）最大化提取脑电信号的各种特征信息，并对其进行特征分析，为临床诊断提供更多、更准确和更综合的信息。分析，为临床诊断提供更多、更准确和更综合的信息。（ 2）分析脑电信号的产生机理及脑电信号中各种特征节律与）分析脑电信号的产生机理及脑电信号中各种特征节律与病理关系，找出解决脑电疾病相关的信息，从而达到及早病理关系，找出解决脑电疾病相关的信息，从而达到及早治疗的目的。治疗的目的。（ 3）将近似熵、）将近似熵、 功率谱估计等方法用于临床患者脑电信号的功率谱估计等方法用于临床患者脑电信号的
8、分析，探讨理论方法在临床上的价值。分析，探讨理论方法在临床上的价值。（ 4）利用研究结果，为生物医学信号处理研究提供了新的思）利用研究结果，为生物医学信号处理研究提供了新的思路。路。止道硫听巢倒瑟迂等喊短惦纱咐懒哗婿镣朵镊讳微新焰果榨俗蚁道谭赡擎脑电信号分析与特征提取脑电信号分析与特征提取6论文大纲及研究工作计划论文大纲及研究工作计划 l 1、绪论1.1 课题的理论意义及应用价值1.2 国内外的研究概况及发展趋势1.3 本文主要工作l 2、基于脑电信号特性分析与特征提取的方法概述2.1 脑电信号的基本知识2.1.1 脑电信号的产生机理及种类2.1.2 脑电信号的采集方法及应用2.2 脑电信号的
9、特点及其对信号处理的要求2.3 脑电信号处理的主要研究方法2.3.1时域分析2.3.2频域分析2.3.3时频分析2.3.4非线性动力学分析 2.3.5人工神经网络l 3、 频域 分析方法探究3.1功率谱分析方法3.2双谱分析方法l 4、非线性动力学分析方法探究4.1近似熵的算法和性质4.2样本熵的算法和性质l 5、结束语5.1研究总结5.2思考与展望l 6、参考文献整个研究过程主要由童基均老师指导完成。大体时间安排如下：07年 1月 10日 07年 1月 21日 资料收集与积累，完成开题报告07年 1月 22日 07年 2月 28日 资料整理，完成绪论部分07年 3月 1日 07月 3月 15
10、日 完成各种 方法概述 部分07年 3月 16日 07年 3月 30日 完成频域 分析方法探究 部分07年 3月 31日 07年 4月 15日 完成 非线性动力学分析方法探究 部分07年 4月 16日 07年 4月 25日 完成研究总结、思考与展望部分07年 4月 26日 07年 5月 10日 论文最后修改、完善阶段箔梆次紊咨灶片乾裕酣贴徐基郡橱默伸犹响懈派诸屏召识此泳极嫉暖翠睛脑电信号分析与特征提取脑电信号分析与特征提取7陈述完毕陈述完毕谢谢各位老师、专家的评审！谢谢各位老师、专家的评审！滁坚壮亢抗泽厂炮悼仑廓叁怂脆懒嘻丛轰传隘必悉固谱帅擎搭俘究坝淬谣脑电信号分析与特征提取脑电信号分析与特征
11、提取8定义：是由于脑部神经细胞群异常放电引起的过性脑功能紊乱综合症， 是一种严重且较顽固的慢性疑难性脑部疾病，其发作时表现为大脑神经元 群 兴奋性增高以及过度同步化放电，并导致短暂性中枢神经系统功能失常 。无痫样放电的 EEG片断 相邻且有痫样放电的 EEG片断 癫痫 （ Epilepsy）应洛是郎勇邮太只客呈婪蓝兵斤盎乎耽磋营筹乓独松息旧冶划睫识隋沧磊脑电信号分析与特征提取脑电信号分析与特征提取9癫痫脑电 信号中常 见 的特征波帜聪郁销浓杆竣荣邦验呻谰逾映工抹醒林捍确装姨很臂梆客柄罕阻遣自萄脑电信号分析与特征提取脑电信号分析与特征提取10无痫样放电时的脑电信号连续性痫样放电时的脑电信号周期性
12、痫样放电时的脑电信号迢泣啮显勋薄盛侣繁豌灰竣如爬臻尹迅燥镊闹颗裁恰丛陵惜坪罕脑鹃渴颧脑电信号分析与特征提取脑电信号分析与特征提取11脑电信号的分析方法脑电信号的分析方法l 线性分析线性分析l 时域分析时域分析l 频域分析频域分析l 时频分析时频分析l 非线性分析非线性分析l 关联维数（关联维数（ Correlation dimension）l 李亚普诺夫指数（李亚普诺夫指数（ Lyapunov exponent）l 复杂度（复杂度（ Complexity）n算法复杂度算法复杂度n近似熵近似熵 l 同步分析同步分析 n似然同步（似然同步（ Synchronization likelihood）l
13、 匹配追踪算法匹配追踪算法l 小波变换小波变换 l 维格纳分布维格纳分布 鸣斡许茫季棚甲蔚右卓微鸭竞倦赐擦湾沤摔悟普领涣赎齐手萄煌惩对裸疹脑电信号分析与特征提取脑电信号分析与特征提取12u近似熵（近似熵（ Pincus， 1991)定义定义 用一个非负数来表示一个时间序列的复杂性方法用一个非负数来表示一个时间序列的复杂性方法，越复杂的时间序列对应的近似熵越大，越复杂的时间序列对应的近似熵越大 。算法算法优点优点l计算所需数据短（计算所需数据短（ 100 5000点）点）l抗噪及抗野点能力强（特别是对偶尔产生的瞬态强抗噪及抗野点能力强（特别是对偶尔产生的瞬态强干扰）干扰）l适用于确定性信号及随机
14、信号适用于确定性信号及随机信号（ 1）（ 3）（ 2）（ 4）（ 5）撼簇彼酿潍纬钎注茸菇型却璃傅业莉哨农恭瞳豁匈桐婴茂蒸蜜瓣契迭菇滓脑电信号分析与特征提取脑电信号分析与特征提取13功啡篡押拾剪拢蕾牲赢阻勒揍键喷幅淆涤嗅另找榔帜滔甸灯盘成邵疗简条脑电信号分析与特征提取脑电信号分析与特征提取功率 谱 估 计 （ 频 域分析的主要手段 ）意 义 在于把幅度随 时间变 化的 脑电 波 变换为脑电 功率随 频率 变 化的 谱图 ，从而可直 观 地 观 察到 脑电节 律的分布与 变换情况。经 典的 谱 估 计 方法 ：以短 时间 段数据的傅氏 变换为 基 础 的周期法 两种途径 : 先估 计 相关函数，
15、再 经过 傅氏 变换 得到功率 谱估 计 (维纳 辛 钦 定理 )。 把功率 谱 和幅 频 特性的平方 联 系起来，即功率 谱 是幅 频 特性平方的 总 体均 值 与持 续时间 之比，是在持 续时间趋 于无限 时 的极限 值 。 现 代的 谱 估 计 方法 ： AR 参数模型 谱 估 计 AR系数的估 计 算法有 Yule Walker,Burg Algorithm,Least Squares等 双 谱 分析 通 过 定 义 双 谱 密度函数 进 行双 谱 分析， 有效地反映信号的二 阶 信息 。雨粱热甸甥够加扦样掳移膊罩政咀营和联蝗筑海样阮肾突寅惶肺谈渐卯骏脑电信号分析与特征提取脑电信号分析与特征提取14
