[发明专利]一种基于奇异谱熵的神经元动作电位特征提取方法

摘要

本发明涉及一种基于奇异谱熵的神经元动作电位特征提取方法。现有的方法信息提取不完成、计算效率低。本发明方法首先采样动作电位信号，并在设定的时间窗宽动作电位信号形成时间序列X；其次设定嵌入维数K和延迟时间τ的取值，对该时间序列X进行多维相空间重构得到相空间矩阵Y；然后对相空间矩阵Y进行奇异值分解，得到相空间矩阵Y的奇异值，分别计算各非零奇异值与所有奇异值总和之比得到概率，并利用信息熵计算方法计算时间序列X的奇异谱熵值；最后移动时间窗，依上述方法计算所有奇异谱熵值，即得到神经元动作电位特征。本发明方法在计算过程中的信息量完整且计算速度快。

主权项

1.一种基于奇异谱熵的神经元动作电位特征提取方法，其特征在于该方法包括如下步骤：步骤(1)通过动作电位采集系统，以40KHz采样频率采集得到多个时长为T个采样点的动作电位信号；步骤(2)设定时间窗宽n的取值，并记录任一动作电位信号在该时间窗下的各采样点幅值，形成时间序列X；步骤(3)设定嵌入维数K和延迟时间τ的取值，对该时间序列X进行多维相空间重构得到相空间矩阵Y；所述的多维相空间重构的具体方法为：首先在时间序列X中从第一个动作电位采样点为起始点，提取间隔为τ的连续K个采样点的动作电位幅值，组成第一个子序列作为相空间的第一个行向量；其次从第τ+1个动作电位采样点为起始点，提取间隔为τ的连续K个采样点的动作电位幅值，组成第二个子序列作为相空间的第二个行向量；再次从第2τ+1个动作电位采样点为起始点，提取间隔为τ的连续K个采样点的动作电位幅值，组成第三个子序列作为相空间的第三个行向量，然后从第3τ+1个动作电位采样点为起始点，提取间隔为τ的连续K个采样点的动作电位幅值，组成第四个子序列作为相空间的第四个行向量，以此类推，从时间序列X中共可提取个不同的子序列，记则得到一个N×K阶相空间矩阵Y；步骤(4)对相空间矩阵Y进行奇异值分解，得到相空间矩阵Y的奇异值，即为非负对角阵Λ的对角线上的所有特征值，其中U^TYV＝Λ，U为N×N阶的正交矩阵，V为K×K阶的正交矩阵；步骤(5)分别计算各非零奇异值与所有奇异值总和之比得到概率，并利用信息熵计算方法计算时间序列X的奇异谱熵值；步骤(6)移动时间窗，记录得到下一个时间序列，重复步骤(3)至步骤(5)计算该时间序列的奇异谱熵值；步骤(7)重复步骤(6)，计算出该动作电位信号可提取到的所有奇异谱熵值，即为神经元动作电位特征。