基于电信号的针刺特性研究

论文摘要

针灸是一种传统的治疗方法,探索针灸的功能及其机理,对临床诊断及研究有重要的指导价值。研究神经信号编码的机制,是当前神经科学领域中的重要研究内容。随着混沌理论的发展,它已经在包括生物医学工程在内的众多领域获得了广泛的应用。信号的时频多尺度分析与信息论也是信号处理中的研究热点。本文采用现代时间序列分析方法对针刺电信号进行了深入研究并得出以下结论。本文设计两组实验,分别为针刺足三里测取大鼠脊髓背根神经束动作电位、针刺足三里测取大鼠脊髓背角神经元动作电位。采用了峰峰间期的概念,对针刺电信号进行一阶回归映射动力学结构分析以及概率分布拟合统计学分析,区分了不同手法针刺电信号,初步证明了针刺电信号是混沌的;将针刺电信号看做随机点过程,研究各种手法之间在时域与频域的相关性,得到了其中两种手法相似度很高,其它手法不相关的结论。首次采用非线性动力学方法对四种不同手法针刺电信号进行了分析。首先得到了电信号的功率谱,证明其是混沌的。利用互信息法确定时间延迟,Cao法确定最佳嵌入维数,对针刺电信号进行相空间重构,得到手法的吸引子;在相空间重构基础上,得到了吸引子的特征量:用GP算法求关联维数,用Wolf法求最大Lyapunov指数,并求解了时间序列的Kolmogorov复杂度。采用递归图来确定针刺电信号的平稳性,采用替代数据法来判别信号的非线性确定性特性。最后基于相空间重构的加权零阶局域预测法对针刺电信号进行预测。上述分析方法证明了针刺电信号具有混沌特征。将小波理论与信息论方法结合,对针刺电信号进行分析。建立了基于小波分析的小波能量熵、小波时间熵、小波奇异熵和小波时频熵的概念与计算方法。应用小波熵于针刺电信号的特征提取与分类上,能有效地将不同手法区分开来。本论文的结论为针灸的量化及科学化奠定了一定的理论基础。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 研究背景
• 1.2.1 神经科学
• 1.2.2 神经编码
• 1.2.3 非线性动力学
• 1.3 研究思路
• 1.4 主要贡献
• 1.5 内容安排
• 第2章 文献综述
• 2.1 针灸以及电针刺激综述
• 2.1.1 针灸简介
• 2.1.2 电针刺激应用
• 2.1.3 足三里在针灸治疗中的作用
• 2.1.4 针刺与电信息的关系
• 2.2 神经元放电与信息编码
• 2.3 生物电信号的非线性动力学分析
• 2.3.1 非线性动力学
• 2.3.2 心电的非线性动力学分析
• 2.3.3 脑电的非线性动力学分析
• 2.3.4 神经电信号的非线性动力学分析
• 2.4 生物电信号的小波分析
• 2.4.1 小波分析
• 2.4.2 生物电信号的小波分析
• 2.4.3 基于小波与信息熵结合的分析
• 2.5 小结
• 第3章 针刺动物实验
• 3.1 针刺足三里测得脊髓背根神经束动作电位实验设计及结果
• 3.1.1 实验动物
• 3.1.2 实验仪器
• 3.1.3 实验试剂
• 3.1.4 实验流程及实验装置连接图
• 3.1.5 实验方法
• 3.1.6 记录放电
• 3.1.7 实验结果
• 3.2 针刺足三里得到脊髓背角神经元动作电位实验设计及结果
• 3.2.1 实验动物
• 3.2.2 实验仪器
• 3.2.3 主要试剂
• 3.2.4 实验装置
• 3.2.5 实验方法
• 3.2.6 记录放电
• 3.2.7 实验结果
• 第4章 针刺电信号的相关性分析
• 4.1 针刺电信号时间序列
• 4.2 放电尖峰检测
• 4.2.1 峰峰间期
• 4.2.2 峰峰间期概率分布拟合
• 4.3 脉冲放电序列分析
• 4.3.1 点过程
• 4.3.2 点过程中峰峰间期时域相关性分析
• 4.3.3 点过程中峰峰间期频域相干性分析
• 4.4 小结
• 第5章 针刺电信号的非线性动力学分析
• 5.1 功率谱
• 5.2 相空间重构
• 5.2.1 时间延迟的确定
• 5.2.2 嵌入维数的确定
• 5.2.3 针刺电信号相空间重构
• 5.3 混沌特征量
• 5.3.1 关联维数
• 5.3.2 Lyapunov指数
• 5.3.3 Kolmogorov复杂度
• 5.4 递归图
• 5.5 替代数据法
• 5.6 针刺电信号的预测
• 5.7 小结
• 第6章 针刺电信号的小波信息熵分析
• 6.1 小波和熵
• 6.2 小波香农熵和相对小波熵
• 6.2.1 小波香农熵和相对小波能量
• 6.2.2 仿真分析
• 6.3 小波能量熵
• 6.3.1 小波能量熵原理
• 6.3.2 仿真分析
• 6.4 小波时间熵
• 6.4.1 小波时间熵原理
• 6.4.2 仿真分析
• 6.5 小波奇异熵
• 6.5.1 奇异值分解
• 6.5.2 小波奇异熵原理
• 6.5.3 仿真分析
• 6.6 小波时频熵
• 6.6.1 小波时频熵原理
• 6.6.2 仿真分析
• 6.7 小结
• 第7章 总结
• 7.1 结论
• 7.2 工作展望
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 论文情况
• 科研项目
• 获奖
• 致谢