[发明专利]一种基于独立分量分析的脑电测量器及方法

说明书

技术领域

本发明涉及医疗测试领域，具体涉及一种基于独立分量分析的脑电测量器及方法。

背景技术

现有睡眠监测脑电测量的共同缺点是需要在大脑的枕叶、顶叶和额叶等多个位置安放电极，这些位置上大量头发的存在会阻碍电极与头皮的接触，给电极放置带来了极大的挑战。因此传统的睡眠监测脑电湿电极普遍需要使用导电膏，以减小头发对电极接触的影响，降低电极与皮肤之间的接触电阻。这种湿电极最大的缺点在于，导电膏在一定时间内易干掉，这显然不利于心电和脑电信号的长期监测。导电膏的使用通常会给病人的皮肤带来刺激性而产生不舒适的感觉，枕叶安放金属电极会给病人的正常睡眠带来极大的影响。一般情况下还需要剪掉电极安放位置的头发，病人的接受度普遍较低。同时，湿电极的安放需要专业的医护人员进行，导致医护人员工作量较大，病人的检查费用较高，而且存在病人皮肤对导电膏或者电极固定胶带过敏的风险。

干电极虽然可以避免导电膏的使用，但是也存在自身的缺点和局限性。电容式干电极的最大优势是可以隔着衣物记录生物电势信号，缺点是信噪比较小，容易受干扰。因此往往需要有较大电极面积，并且只能测量相对强度较大的信号(如心电信号的监护)。因此，电容式干电极采集到的脑电信号信噪比较低，采集过程对病人翻身动作和呼吸动作都极为敏感，信号的抗干扰能力较差。基于微纳柱状阵列的阻抗式干电极由于难以穿过毛发浓密的区域，因此很难用来提取头皮脑电。毫米级或厘米级的柱子阵列干电极由于其大尺寸，可以有效穿过毛发，可以用于毛发区域。由于具有较大的接触阻抗，这种电极往往在电极后部紧跟一个跟随放大器，称为有源干电极(active dry electrode)。针式电极的引入，阻抗式干电极往往在病人睡觉压迫电极时会产生刺痛感；放大器的引入，会导致电极的实现成本较高，电路设计较为复杂，而且对病人的身体挪动极为敏感。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中的上述不足，提供了一种基于独立分量分析的脑电测量器。

为实现上述目的，本发明的具体方案如下：一种基于独立分量分析的脑电测量器，用于绑在额头上的松紧带、放置在耳朵上的参考电极以及放置在耳朵上的接地电极；所述松紧带设有若干个金属电极。

本发明进一步设置为，相邻两个所述金属电极的间距相等。

本发明进一步设置为，所述松紧带设有粘扣。

利用权利要求1所述脑电测量器的一种测量脑电的方法，包括以下步骤：

A：将接地电极、参考电极以及松紧带内的金属电极分别通过电极线接入相关的脑电采集设备，进行睡眠脑电的采集，从而得出不同位置的脑电、肌电混合信号；

B：采用独立分量分析法对混合信号进行计算，分离得出包括脑电分量以及肌电的相互独立的源信号；

C：采用自适应滤波对源信号进行滤波。

本发明进一步设置为，在步骤B中的独立分量分析法，包括以下步骤：

S1：根据公式X＝[x₁(t),x₂(t),…x_k(t)]^T得出混合信号矩阵，其中k的取值为金属电极的数量，x_i(t)[i＝1,2,…k]为不同金属电极得到的观察样本；

S2：设置源信号矩阵S＝[s₁(t),s₂(t),…s_z(t)]^T，其中z为源信号的数量，s_i(t)[i＝1,2,…z]为相互独立源信号，包括有肌电以及α波、β波等脑电分量；

S3：设置混合矩阵A，用以描述信号混合过程的特征；

S4：设置噪声矩阵n；得出混合信号与源信号的关系X＝AS+n；

S5：设置分离系统矩阵W以及源信号S的估计值Y，得出关系Y＝WX；

S6：采用固定点算法算出W值，从而得出相互独立的源信号s_i(t)[i＝1,2,…z]。

本发明进一步设置为，在步骤C中的自适应滤波，包括以下步骤：

K1：初始化权系数矢量w的初始值，设定为0；

K2：更新n＝0,1,2……，用公式e(n)＝d(n)-x^T(n)w(n)、w(n+1)＝w(n)+2μe(n)x(n)对权值进行计算；

K3：求得滤波权重系数w(n+1)，重复步骤K2，一直打到稳态为止；

K4：按照公式对每个源信号进行滤波。