[发明专利]基于图信号处理的脑信号分析方法

说明书

本发明涉及一种基于图信号处理的脑信号分析方法，其技术特点是：建立基于功能近红外的测量范式；测量人员佩戴功能近红外探头并进行测量并收集测量人员在进行步态任务时的脑信号；对测量的脑信号进行预处理；计算通道信号之间的相位滞后系数，并建立连通性矩阵；根据连通性矩阵和顶点位置构建脑图；根据脑图提取描述脑区和脑区变化的图特征。本发明利用功能近红外测量步态任务时的脑信号，根据近红外通道之间的相关系数和顶点位置将预处理后的信号转换成脑图，通过对脑图进行频谱拆解，计算得到区域和区域之间的图特征，从而有效地描述不同区域之间的变化，揭示脑部的合作机制，可广泛用于睡眠质量监测、大脑异常监测和脑机接口等领域。

技术领域

本发明属于信号检测分析技术领域，涉及脑信号检测分析，尤其是一种基于图信号处理的脑信号分析方法。

背景技术

近年来，脑成像技术飞速发展，且得到了越来越多研究人员的关注和重视。常用的脑成像技术有脑电、功能核磁和正电子放射断层造影术等，然而，功能核磁和正电子放射断层造影术存在抗运动干扰能力差的问题，难以记录人进行运动任务时大脑的变化，而脑电则存在准备过程繁杂以及空间分辨率不高等问题。

目前，功能近红外技术被越来越多地应用到大脑分析和研究当中。功能近红外准备过程简单，空间分辨率较高，具有较强的抗干扰能力，能够有效测量进行运动任务时大脑的信号，因此，其应用范围也越来越广泛。

在功能近红外的信号分析研究中，很多研究人员提取信号的均值、方差、峰度等特征进行分析，并没有考虑大脑不同区域之间的变化。由于大脑是一个紧密合作的系统，在执行某个任务时，不同脑区会产生紧密的合作，进而高效地完成任务。大脑区域和区域之间的变化能够描述区域之间的关联和交流，可广泛用于脑机接口以及睡眠质量监测等任务，因此，如何将其应用到脑信号分析中进行脑图特征提取是目前迫切需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种设计合理、能够准确地获取脑图特征的基于图信号处理的脑信号分析方法。

本发明解决现有的技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种基于图信号处理的脑信号分析方法，包括以下步骤：

步骤1、建立基于功能近红外的测量范式；

步骤2、测量人员佩戴功能近红外探头并按照步骤1建立的测量范式进行测量，收集测量人员在进行步态任务时的脑信号；

步骤3、对测量的脑信号进行预处理，包括光强转换、去噪、伪迹去除、信号截取和基线校正处理；

步骤4、计算通道信号之间的相位滞后系数，并建立连通性矩阵；

步骤5、根据连通性矩阵和顶点位置构建脑图；

步骤6、根据脑图提取描述脑区和脑区变化的图特征。

进一步，所述步骤1建立的测量范式包括：

⑴测量人员站立30秒；

⑵测量人员按照日常的步行速度行走35秒；

⑶测量人员停止并站在原地10秒；

⑷测量人员休息2分钟。

进一步，所述步骤2按照测量范式，进行三次步态任务并收集三次步态任务时的脑信号。

进一步，所述步骤3的具体处理方法为：

⑴利用修正的朗伯比尔定律将收集的光强信号转换成含氧血红蛋白的浓度变化；

⑵利用0.01-0.2Hz的帯通滤波器去除噪声；

⑶利用滑动窗去除信号的伪迹；

⑷提取进行步态任务时3-33s的数据；