[发明专利]一种基于多通道神经信号耦合分析的意识评估方法

说明书

本发明公开了一种基于多通道神经信号耦合分析的意识评估方法，其包括以下步骤：S1、同步采集人的32通道脑电信号；S2、对多通道脑电信号进行预处理并选取两个通道时间序列，用相空间重构方法构造向量；S3、计算两个时间序列的的边缘概率分布函数，及两个时间序列的熵，并基于联合概率函数计算联合熵；S4、计算两个时间序列的原始排序交叉互信息；S5、计算替代的时间序列以及替代PCMI；S6、计算纯正PCMI；S7、在脊髓电刺激前后均进行上述过程，通过对比两个真PCMI指标差异，评估意识变化。本发明可以估计神经信号通道间的真实连接强度，能有效降低由于不同通道脑电神经信号相互干扰而产生信号伪迹对意识评估结果的影响。

技术领域

本发明涉及多通道神经信号分析领域，具体涉及一种基于互信息理论以及相位随机化方法评价多通道神经信号耦合，用于定量评定脊髓电刺激前后脑功能检测以及意识强度等级评估。

背景技术

人的促醒与意识评估是医学和神经科学领域的难题。脊髓电刺激作为一种有效的意识调控手段已经在临床上得到了较为广泛的应用，但目前尚缺少一种有效的监测在脊髓电刺激前后以及过程中意识变化过程的方法，导致脊髓电刺激疗法的康复机理并未明确，因此如何准确的评价在脊髓电刺激疗法过程中意识强度的变化过程，具有十分重要的医疗与科研意义。

研究表明，人体在进行感觉、运动、认知等事件时伴随着高水平的大脑活动，对于人的，其大脑的活跃程度能直接体现其意识强度的高低。现阶段，通过符号分析方法来对比脑电特征指标的变化，从而实现对脊髓电刺激前后人的的意识强度变化的定量评估被认为是解决上述问题的一种简单而有效的方法，比如排序熵，符号传递熵，加权符号互信息等，用来进行神经系统分析和脑状态监测。然而这些方法忽略了信号之间存在伪迹，在计算过程中没有排除伪迹影响，使得计算结果不够准确，与神经信号真实信息存在偏差。

经上述分析可知，现有的方法无法准确的对人的在进行脊髓电刺激前后的意识强度等级进行准确定量的评估。

发明内容

为了解决上述提到的现有技术的不足，本专利提出了一种基于多通道神经信号耦合分析的意识评估方法，利用替代分析方法和符号动力学方法相结合，弥补了单一符号学方法不能消除伪迹的不足，能够获得神经信号间的真实耦合信息以及脑区之间的真实连接强度，可以对在脊髓电刺激前后神经信号进行准确的特征提取，更加准确的分析电刺激前后病人大脑的信息整合能力的变化，从而在意识水平准确的判断病人的恢复情况。所以该方法在对意识水平的评估上有着重要意义。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

具体地，本发明提供一种基于多通道神经信号耦合分析的意识评估方法，其包括以下步骤：

步骤S1：基于Brain Products脑电放大器和32导脑电帽，同步采集人的32通道脑电信号，脑电帽电极位置分布在全脑各个脑区；

步骤S2：对采集的脑电信号进行预处理，预处理包括去除大振幅噪声、剔除50Hz工频信号和快速独立成分分析去除生理噪声成分；

选取两个通道预处理后的时间序列x_t和y_t，进行m维相空间重构，将重构的时间序列按递增顺序排列；

步骤S3：分别计算x_t和y_t边缘概率分布函数，并计算这两个时间序列的熵值，基于联合概率函数计算这两个时间序列的联合熵；

步骤S4：计算两个时间序列的原始PCMI；

步骤S5：选取两个时间序列中的一个用来生成替代时间序列，采用迭代幅度调整傅里叶变换方法，生成的替代数据，计算替代PCMI；

步骤S6：验证原始的PCMI是否为纯正PCMI，并对纯正PCMI进行Wilcoxon符号秩检验分析得出纯正PCMI的值；