一種基于獨立分量分析的腦電測量器及方法技術

本發明專利技術公開了一種基于獨立分量分析的腦電測量器，用于綁在額頭上的松緊帶、放置在耳朵上的參考電極以及放置在耳朵上的接地電極；所述松緊帶設有若干個金屬電極；本發明專利技術只需在額頭放置若干個外表光滑的金屬電極，利用獨立分量分析和自適應濾波軟件算法分離記錄信號中的腦電成分和眼電成分，最后用分離得到的腦電和眼電進行睡眠的分析和評估。這種電極優化方法避免了在大腦諸多位置放置大量電極，從根本上消除了電極安放對病人正常睡眠的影響；該發明專利技術提出的優化方案將所有電極集中于額頭上，完全避免了頭發對電極接觸的影響，從而提高了睡眠監測的信號質量和結果的穩定性。

EEG measuring apparatus and method based on independent component analysis

The invention discloses a method based on independent component analysis of the EEG measurement device, reference electrode for tie on the forehead of the elastic band, placed in the ear and placed in the ears of the grounding electrode; the elastic band is provided with a plurality of metal electrodes; the invention only placed several sleek metal electrodes on the forehead, separating the recorded signals in EEG and EOG components using independent component analysis and adaptive filtering algorithm software, analysis and evaluation of EEG and EOG sleep finally isolated. This electrode optimization method avoids placing large amounts of electrodes in the brain in many locations, fundamentally eliminate the influence of electrodes placed on patients with normal sleep; optimization scheme of the invention will be presented on all electrodes on the forehead, completely avoid the influence of hair on electrode contact, so as to improve the stability of sleep monitoring signal quality and results.

【技術實現步驟摘要】
一種基于獨立分量分析的腦電測量器及方法
本專利技術涉及醫療測試領域，具體涉及一種基于獨立分量分析的腦電測量器及方法。
技術介紹
現有睡眠監測腦電測量的共同缺點是需要在大腦的枕葉、頂葉和額葉等多個位置安放電極，這些位置上大量頭發的存在會阻礙電極與頭皮的接觸，給電極放置帶來了極大的挑戰。因此傳統的睡眠監測腦電濕電極普遍需要使用導電膏，以減小頭發對電極接觸的影響，降低電極與皮膚之間的接觸電阻。這種濕電極最大的缺點在于，導電膏在一定時間內易干掉，這顯然不利于心電和腦電信號的長期監測。導電膏的使用通常會給病人的皮膚帶來刺激性而產生不舒適的感覺，枕葉安放金屬電極會給病人的正常睡眠帶來極大的影響。一般情況下還需要剪掉電極安放位置的頭發，病人的接受度普遍較低。同時，濕電極的安放需要專業的醫護人員進行，導致醫護人員工作量較大，病人的檢查費用較高，而且存在病人皮膚對導電膏或者電極固定膠帶過敏的風險。干電極雖然可以避免導電膏的使用，但是也存在自身的缺點和局限性。電容式干電極的最大優勢是可以隔著衣物記錄生物電勢信號，缺點是信噪比較小，容易受干擾。因此往往需要有較大電極面積，并且只能測量相對強度較大的信號(如心電信號的監護)。因此，電容式干電極采集到的腦電信號信噪比較低，采集過程對病人翻身動作和呼吸動作都極為敏感，信號的抗干擾能力較差?；谖⒓{柱狀陣列的阻抗式干電極由于難以穿過毛發濃密的區域，因此很難用來提取頭皮腦電。毫米級或厘米級的柱子陣列干電極由于其大尺寸，可以有效穿過毛發，可以用于毛發區域。由于具有較大的接觸阻抗，這種電極往往在電極后部緊跟一個跟隨放大器，稱為有源干電極(activedryelectrode)。針式電極的引入，阻抗式干電極往往在病人睡覺壓迫電極時會產生刺痛感；放大器的引入，會導致電極的實現成本較高，電路設計較為復雜，而且對病人的身體挪動極為敏感。
技術實現思路
本專利技術的目的是針對現有技術中的上述不足，提供了一種基于獨立分量分析的腦電測量器。為實現上述目的，本專利技術的具體方案如下：一種基于獨立分量分析的腦電測量器，用于綁在額頭上的松緊帶、放置在耳朵上的參考電極以及放置在耳朵上的接地電極；所述松緊帶設有若干個金屬電極。本專利技術進一步設置為，相鄰兩個所述金屬電極的間距相等。本專利技術進一步設置為，所述松緊帶設有粘扣。利用權利要求1所述腦電測量器的一種測量腦電的方法，包括以下步驟：A：將接地電極、參考電極以及松緊帶內的金屬電極分別通過電極線接入相關的腦電采集設備，進行睡眠腦電的采集，從而得出不同位置的腦電、肌電混合信號；B：采用獨立分量分析法對混合信號進行計算，分離得出包括腦電分量以及肌電的相互獨立的源信號；C：采用自適應濾波對源信號進行濾波。本專利技術進一步設置為，在步驟B中的獨立分量分析法，包括以下步驟：S1：根據公式X＝[x1(t),x2(t),…xk(t)]T得出混合信號矩陣，其中k的取值為金屬電極的數量，xi(t)[i＝1,2,…k]為不同金屬電極得到的觀察樣本；S2：設置源信號矩陣S＝[s1(t),s2(t),…sz(t)]T，其中z為源信號的數量，si(t)[i＝1,2,…z]為相互獨立源信號，包括有肌電以及α波、β波等腦電分量；S3：設置混合矩陣A，用以描述信號混合過程的特征；S4：設置噪聲矩陣n；得出混合信號與源信號的關系X＝AS+n；S5：設置分離系統矩陣W以及源信號S的估計值Y，得出關系Y＝WX；S6：采用固定點算法算出W值，從而得出相互獨立的源信號si(t)[i＝1,2,…z]。本專利技術進一步設置為，在步驟C中的自適應濾波，包括以下步驟：K1：初始化權系數矢量w的初始值，設定為0；K2：更新n＝0,1,2……，用公式e(n)＝d(n)-xT(n)w(n)、w(n+1)＝w(n)+2μe(n)x(n)對權值進行計算；K3：求得濾波權重系數w(n+1)，重復步驟K2，一直打到穩態為止；K4：按照公式對每個源信號進行濾波。本專利技術的有益效果：本專利技術提出一種新的電極優化方法，只需在額頭放置8個外表光滑的金屬電極，利用獨立分量分析和自適應濾波軟件算法分離記錄信號中的腦電成分和眼電成分，最后用分離得到的腦電和眼電進行睡眠的分析和評估。這種電極優化方法避免了在大腦諸多位置放置大量電極，從根本上消除了電極安放對病人正常睡眠的影響；該專利技術提出的優化方案將所有電極集中于額頭上，完全避免了頭發對電極接觸的影響，從而提高了睡眠監測的信號質量和結果的穩定性。附圖說明利用附圖對專利技術作進一步說明，但附圖中的實施例不構成對本專利技術的任何限制，對于本領域的普通技術人員，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據以下附圖獲得其它的附圖。圖1是本專利技術腦電測量器的結構示意圖；圖2是本專利技術測量腦電方法的流程圖；圖3是本專利技術腦電成分分解的原理框圖；圖4是本專利技術腦電成分去噪的示意圖；圖5是本專利技術自適應橫向濾波器的結構框圖；其中：1-松緊帶；2-金屬電極；3-粘扣。具體實施方式結合以下實施例對本專利技術作進一步描述。如圖1所示，本實施例所述的一種基于獨立分量分析的腦電測量器，用于綁在額頭上的松緊帶1、放置在耳朵上的參考電極以及放置在耳朵上的接地電極；所述松緊帶1設有若干個金屬電極2。本實施例所述的一種基于獨立分量分析的腦電測量器，相鄰兩個所述金屬電極2的間距相等。本實施例所述的一種基于獨立分量分析的腦電測量器，所述松緊帶1設有粘扣3。具體地，在使用的時候本實施例的腦電測量器需要與腦電采集設備連接，金屬電極2、參考電極以及接地電極將相關測量后傳輸至腦電采集設備當中，然后進行計算；其中金屬電極2的數量為8個，按照4X2的矩陣均勻分布在松緊帶1的中間，通過粘扣3使得松緊帶1綁在用戶的額頭上。利用權利要求1所述腦電測量器的一種測量腦電的方法，包括以下步驟：A：將接地電極、參考電極以及松緊帶1內的金屬電極2分別通過電極線接入相關的腦電采集設備，進行睡眠腦電的采集，從而得出不同位置的腦電、肌電混合信號；B：采用獨立分量分析法對混合信號進行計算，分離得出包括腦電分量以及肌電的相互獨立的源信號；C：采用自適應濾波對源信號進行濾波。本專利技術進一步設置為，在步驟B中的獨立分量分析法，包括以下步驟：S1：根據公式X＝[x1(t),x2(t),…xk(t)]T得出混合信號矩陣，其中k的取值為金屬電極2的數量，xi(t)[i＝1,2,…k]為不同金屬電極2得到的觀察樣本；S2：設置源信號矩陣S＝[s1(t),s2(t),…sz(t)]T，其中z為源信號的數量，si(t)[i＝1,2,…z]為相互獨立源信號，包括有肌電以及α波、β波等腦電分量；S3：設置混合矩陣A，用以描述信號混合過程的特征；S4：設置噪聲矩陣n；得出混合信號與源信號的關系X＝AS+n；S5：設置分離系統矩陣W以及源信號S的估計值Y，得出關系Y＝WX；S6：采用固定點算法算出W值，從而得出相互獨立的源信號si(t)[i＝1,2,…z]。本專利技術進一步設置為，在步驟C中的自適應濾波，包括以下步驟：K1：初始化權系數矢量w0的初始值，設定為0；K2：更新n＝0,1,2……，用公式e(n)＝d(n)-xT(n)w(n)、w(n+1)＝w(n)+2μe(n)x(n)對權值進行計算；K3：求得濾波權重系數wn+1，重復步驟K2，一本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于獨立分量分析的腦電測量器，其特征在于：包括有用于綁在額頭上的松緊帶(1)、放置在耳朵上的參考電極以及放置在耳朵上的接地電極；所述松緊帶(1)設有若干個金屬電極(2)。

【技術特征摘要】
1.一種基于獨立分量分析的腦電測量器，其特征在于：包括有用于綁在額頭上的松緊帶(1)、放置在耳朵上的參考電極以及放置在耳朵上的接地電極；所述松緊帶(1)設有若干個金屬電極(2)。2.根據權利要求要求1所述的一種基于獨立分量分析的腦電測量器，其特征在于：相鄰兩個所述金屬電極(2)的間距相等。3.根據權利要求要求1所述的一種基于獨立分量分析的腦電測量器，其特征在于：所述松緊帶(1)設有粘扣(3)。4.利用權利要求1所述腦電測量器的一種測量腦電的方法，其特征在于：包括以下步驟：A：將接地電極、參考電極以及松緊帶(1)內的金屬電極(2)分別通過電極線接入相關的腦電采集設備，進行睡眠腦電的采集，從而得出不同位置的腦電、肌電混合信號；B：采用獨立分量分析法對混合信號進行計算，分離得出包括腦電分量以及肌電的相互獨立的源信號；C：采用自適應濾波對源信號進行濾波。5.根據權利要求4所述的一種測量腦電的方法，其特征在于：在步驟B中的獨立分量分析法，包括以下步驟：S1：根據公式X＝[x1(t),x2(t),…xk(t)]T得出混合信號矩...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王興軍，韓德民，陳世雄，李彥如，馮發潤，于濤，李慶，彭寧，馬睿，
申請(專利權)人：東莞見達信息技術有限公司，
類型：發明
國別省市：廣東,44