[发明专利]一种自动脑源定位方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及生物工程领域，特别是一种自动的脑源定位方法和装置，为揭示脑区的活动提供技术手段。

背景技术

脑电信号已成为研究脑科学的一种重要手段。脑电信号是大脑组织中神经元群动作电位的综合表现。正常人整个大脑的电位活动仅达百万分之一伏特，这主要是由于正常神经的放电是非同步性的。而脑需要处理信息、反映外界的刺激时，神经元群体的大多数细胞同步化放电，若这种行为走向极端，即引起所谓的超同步化，这样脑电波的波幅急剧上升，在脑电信号上呈现为棘波、尖波和棘/尖慢复合波等不正常的波。研究人员可以通过分析这些脑信号来判断脑源的位置。然而长时间的脑电信号记录不仅会增加研究人员的负担，而且不可避免也会加入一些人的主观选择性；同时，长时间地判读大量的脑电信号，容易造成研究人员过度疲劳而导致误判率的上升。因此，利用数字信号处理技术来实现脑源的准备判断，以提高科研的效率，已成为一个迫切需要解决的问题。

现有的脑源定位方法一般是通过长时间记录的多通道脑电信号，根据脑电数据，从中提取相关特征来确定脑源可能区域，这些特征包括在时域上波形特征、频域上的功率值（如文献：Michel CM,Murray M,Lantz G,Gonzalez S,Spinelli L,Grave de Peralta R.EEG source imaging.Clin Neurophysiol 115,2004:2195-2222），或者利用分量分析技术（独立分量分析或者主分量分析等）提取脑电信号特征分量，将各通道脑电信号对其贡献值的大小作为特征（如文献：Y.Stern,M.Y.Neufeld,S.Kipervasser,A.Zilberstein1,I.Fried,M.Teicher,E.Adi-Japha.Source localization of temporal lobe epilepsy using PCA-LORETA analysis on ictal EEG recordings.Journal of Clinical Neurophysiology 26(2),2009:109-116）等。

上述技术没有从脑信息处理的基本原理出发设计方法，大部分算法是从信号处理的角度出发，没有从本质上描述脑信号处理的基本规律；另一方面，没有考虑到信号的相位信息，没有挖掘脑信号的相位在不同脑区之间的通信机制。目前的研究成果认为脑处理信息的主要机制是同步振荡，主要是表示脑区通过一种固有的同步机制，才能集成处理更复杂的认知信息。

发明内容

本发明的目的是提供一准确的、自动的脑源定位方法及装置，可以直接集成表达脑信息处理的振荡同步过程，为脑认知科学研究提供新的信息，有助于深入研究脑功能与行为的关系。

为了达到上述目标，本发明的技术方案为：

一种自动脑源定位装置，包括

脑电信号采集设备，用于采集原始脑电信号；

A/D转换器，将模拟脑电信号准换成数字信号；

脑电信号放大器，用于将脑电信号放大；

还包括脑电信号处理器，脑电信号处理器首先将脑电信号分段；然后提取多通道脑电信号在指定频段上的瞬时幅值和相位信息；然后确定指定频段上两两通道间的同步强度；确定各指定频段上的脑源定位矩阵；最后确定各通道与其它所有通道间平均同步强度；平均同步强度用来衡量该电极附近的大脑区域与其他区域间同步性的强弱，数值越大，则同步性越强，表示越有可能是脑源区域。

脑电信号分段采用移动窗口技术进行分段处理。

利用谐小波变换提取指定频段上的瞬时幅值和相位信息。

利用谐小波变换提取指定频段上的瞬时幅值和相位信息具体步骤如下：设定待考察的频段为[f_L,f_H]，

谐小波具有紧凑的频域表示形式，其定义为