认知脑电信号检测分析软件的研究

论文摘要

大脑是人体最重要,也是最复杂的生理器官,它是人类思维活动的物质基础,是神经活动的中心。脑电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。脑电信号中包含了大量的生理与疾病信息,在临床医学方面,脑电信号处理不仅可为某些脑疾病提供诊断依据,而且还为某些脑疾病提供了有效的治疗手段。近年来,认知科学受到了广泛的重视,如何有效的分析、表征认知功能,对于认知疾病的检测、治疗有着重大意义。目前评价认知功能常用的是神经心理测试,常规EEG等方法,它们在评价痴呆患者的认知功能上有一定局限。在研究现有的脑电分析方法、认知特征信号提取分析方法的基础上,本研究选用了功率谱分析、小波变换、一致性检测等多种时域、频域、时频检测分析方法,对脑电认知特征信息进行提取分析。同时,脑电信号是混沌信号,它具有广泛的非线性动力学特征,这一观点已经得到学术界的证实与认同,因此可以应用非线性动力学方法来分析脑电信号,快速有效地提取脑电信号的非线性动力学特征参数。目前许多研究都通过探索这些参数与认知功能的关系,本课题也研究了采用非线性动力学方法来对脑电进行分析。本文研制的集成多种时域、频域、时频检测分析、非线性动力学分析方法的脑电信号分析软件系统,主要用于对认知功能进行描述,为研究者提供更准确和充分的研究依据。为方便使用者,本系统同时提供多种认知信号的表征参数,并提供了对多次检测结果的存储、打印、统计等功能。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 前言
• 1.1.1 脑电信号概述
• 1.1.2 脑电分析与脑疾病
• 1.1.3 脑电信号与认知活动
• 1.2 脑电分析方法
• 1.3 课题研究内容及意义
• 1.4 本课题主要工作
• 2 认知脑电信号提取
• 2.1 脑电信号预处理
• 2.1.1 数字滤波器的选择
• 2.1.2 零相位滤波的设计
• 2.1.3 独立分量分析
• 2.1.4 时空滤波器
• 2.2 阵发性40Hz 脑电信号检测
• 2.2.1 阵发性40Hz 脑电信号
• 2.2.2 阵发脑电信号提取
• 3 脑电信号功率谱分析
• 3.1 经典功率谱估计
• 3.2 现代功率谱估计
• 3.3 AR 模型法功率谱估计
• 3.4 功率谱数量化分析
• 4 脑电信号小波分析技术
• 4.1 小波变换概述
• 4.2 小波变换数学表达
• 4.3 多分辨率小波分析
• 4.4 脑电信号小波分解
• 5 非线性动力学理论
• 5.1 非线性动力学系统
• 5.2 非线性动力学在生物医学工程中的应用
• 5.2.1 非线性动力学分析方法应用于脑电图的基础
• 5.2.2 脑电非线性分析在现代医学研究中的应用
• 5.3 非线性动力学系统特征量
• 5.3.1 混沌吸引子的重构
• 5.3.2 分维数
• 5.3.3 Lyapunov 指数
• 5.3.4 熵
• 6 脑电信号非线性动力学分析
• 6.1 脑电信号的混沌特性
• 6.2 相空间重构
• 6.2.1 单导重构参数的选择
• 6.2.2 多导相空间重构
• 6.3 相关维数的计算
• 6.4 Lyapunov 指数计算
• 6.5 近似熵计算
• 7 系统实现
• 7.1 系统总体设计
• 7.2 技术路线
• 7.3 系统实现
• 7.3.1 脑电信号的时域与频域分析测试
• 7.3.2 认知脑电信号提取分析功能的测试
• 7.3.3 脑电信号非线性动力学分析功能测试
• 7.3.4 脑电统计功能的测试
• 8 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录