[发明专利]一种锋电位分离方法

说明书

本发明揭示了一种锋电位分离方法，包括如下步骤：首先，通过微电极细胞外记录方式采集神经元电信号；其次，将采集到的信号进行滤波处理；之后，采用阈值法对滤波后的信号进行锋电位检测，并得到锋电位信号；然后，采用离散小波变换对锋电位信号进行四级分解，并得到由小波系数组成的五个分量，且这五个分量组成一个小波系数矩阵；接着，对小波系数矩阵进行进一步特征提取得到特征空间；最后，采用局部加权投票法对特征空间进行聚类，实现锋电位信号分离。本发明在加权投票的基础上，引入香农熵的概念来评价每个类簇的可靠性，并基于其可靠性给出相应的权值，提出了局部加权投票法，并将其运用于锋电位信号分离，该分离方法实现简单，执行高效。

技术领域

本发明涉及一种分离方法，尤其涉及一种锋电位分离方法，属于锋电位分离领域。

背景技术

人体共有八大系统，分别是运动系统、神经系统、内分泌系统、循环系统、呼吸系统、消化系统、泌尿系统和生殖系统，上述各系统协调配合，使人体内各种复杂的生命活动能够正常进行。其中，神经系统起到主导作用，它不断接收、分析并处理各个感受器传入的信息。处理后的信息输出到人体各系统器官以调节它们的活动。神经元作为神经系统最基本的结构和功能单位，可以通过突触传递和非突触传递方式进行信息的传递，其中前者为主要传递方式。突触传递又分为化学突触传递和电突触传递。医学上常采集神经元电信号进行医学研究，其中动作电位是重点研究对象。由于动作电位主要由锋电位(spike)组成，因此通常所说的动作电位主要指锋电位。

神经元产生的电信号可以通过微电极细胞外记录方式得到，这种方式采集到的信号往往是同一脑区内多个神经元电信号的叠加。神经元电信号可以分别响应不同的生理活动，因此知道哪种电信号对应哪种生理活动至关重要。每种神经元电信号都有自己独特的锋电位信号，因此锋电位信号作为神经元电信号的一部分，可以根据其特征对神经元电信号进行区分。如果能对锋电位信号进行分离，锋电位信号所对应的神经元电信号也随之分离。

锋电位分离方法(spike sorting)用以实现从采集到的神经元电信号中检测出锋电位信号，并把锋电位信号划分成不同的类簇，使得每个类簇对应单个的神经元。在锋电位分离方法中，检测锋电位的方式是阈值法，虽然阈值法实现简单，但是阈值的设定是一个问题，阈值过大容易造成漏检，阈值过小容易造成误检。后来人们对阈值法进行了改进，从而产生了双向阈值法、峰值检测法等，其中后者很好地解决了电压漂移对于阈值检测的干扰。虽然双向阈值法和峰值检测法在一定程度上对阈值法进行了改进，但是它们依然没有完美地解决阈值或窗口高度的设定问题。

综上所述，如何提供一种锋电位分离方法，实现简单、分离质量高且执行高效，就成为本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明结合聚类集成和局部加权的思想，提出了一种基于局部加权投票的锋电位分离方法，该方法采用阈值法检测锋电位，使用四级离散小波分解对锋电位信号进行特征提取，最后使用局部加权投票法对得到的特征空间进行聚类，实现锋电位信号分离。

本发明技术解决方案是：

一种锋电位分离方法，包括如下步骤：

S1：通过微电极细胞外记录方式采集神经元电信号；

S2：对步骤S1中采集到的信号进行滤波处理；

S3：采用阈值法对步骤S2中滤波后的信号进行锋电位检测，并得到锋电位信号；

S4：采用离散小波变换对步骤S3中的锋电位信号进行四级分解，并得到由小波系数组成的五个分量，完成初步特征提取，且这五个分量组成一个小波系数矩阵；

S5：对步骤S4中的小波系数矩阵进行进一步特征提取得到特征空间，提取的特征包括小波系数的均值、小波系数的标准差、小波系数的斜度、小波系数的能量以及小波系数的熵；

S6：采用局部加权投票法对所述特征空间进行聚类，实现锋电位信号分离，所述局部加权投票法包括如下步骤：