[发明专利]一种基于脑电网络分析的地形图描绘装置

说明书

技术领域

本发明属于信息处理技术领域，涉及人体信号处理，具体地说是一种通过提取人体脑电EEG信号并进行信号处理和脑网络分析，以最终实现大脑功能状态的判断。本发明可用于对人体不同的脑功能状态进行定性判定，为了解大脑活动状态提供一种新手段。

背景技术

传统脑电地形图BEAM（brain electrical activity mapping）就是在脑电图技术基础上，用计算机对EEG信号进行数字处理，将一维时间序列转变成能够定位和定量的伪彩色二维分布图像，用数字和颜色来显示大脑的功能变化并进行初步的形态定位。

目前，神经生理学、解剖学、病理学的已有研究都表明，在细胞、核团、组织、器官等不同的层次上，人脑是由神经元、或由神经元形成具有一定功能的核团、或由核团进一步形成具有一定物理结构和功能的脑组织构成的，这些不同层次的脑构成单元之间，均存在复杂的互联网络关系，一些脑功能异常，比如精神分裂症，其主要特征就是脑神经网络的互联异常。但是，传统BEAM在构图过程中，将脑电各个电极作为独立的信号源看待，形成的地形图没有反映多个脑电电极之间的相关关系，存在明显缺陷。

事实上，目前已经有一些关于精神状态分析相关的脑网络研究，包括睡眠、麻醉、注意、精神分裂、老年痴呆等。这些研究从多个角度揭示了不同脑功能状态的脑网络出现了不同变化，研究的结果大都发现，脑功能异常时，脑网络多出现了不同程度的小世界特征的变化，而脑网络小世界特征的退化意味着脑网络在处理信息时，其全局效率和局部效率降低。

目前研究脑网络最常见的信号采集工具是磁共振成像MRI装置，比较典型的报告包括Silvina G.Horovitz，AllenR.Braun，Walter S.Carrd等发表的“Decouplingof the brain's default mode network during deep sleep”，见PNAS，2009（27）11376-11381；朱俊娟，彭代辉、江开达等发表的“脑网络在抑郁症中的应用研究进展”，见中国神经精神疾病杂志2011年12期60-63页；He Y，Chen Z，EvansA.“Structural insights into aberrant topological patterns of large-scale corticalnetworks in alzheimer’s disease”,见J Neurosci，2008（18）4756-66。这些基于磁共振MRI的脑网络分析存在以下几个缺陷，限制了其广泛应用：

（1）MRI设备和检查费昂贵；

（2）MRI机房内不能使用监护和抢救设备，MRI对病人体动敏感，易产生伪影，不适于对急诊和危重病人进行检查；

（3）个别人进入扫描室可产生幽闭恐惧症，自诉一种难以名状的恐惧感，不能配合检查，常导致检查失败。

总之，传统BEAM在构图中将各个脑电电极孤立起来，不能反映电极之间的互相联系。目前分析脑网络的工具多采用MRI，但其具有许多不足。基于脑电网络分析的地形图描绘装置将传统BEAM平面定位、伪彩色表达的功能分析与现代脑网络理论结合起来，采集电路简单，造价低廉，信号采集过程也非常方便，克服了传统BEAM不能反映脑电电极之间信息相关的缺点。

发明内容

本发明的目的是克服传统BEAM和MRI的缺点，提供一种使用简便，价格低廉的基于脑网络分析的新型地形图描绘装置，以提高脑信息检测的有效性，实现大脑功能状态的更准确判断。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种基于脑电网络分析的地形图描绘装置，包括依次连接的脑电采集电极、脑电图导联线、脑电预处理电路、模数转换电路和信号处理器，所述的信号处理器设有依次连接的脑电干扰滤除模块、脑电分段与分解模块、互近似熵分析模块、阈值分析模块、脑网络参数计算模块和脑网络对比模块；脑电干扰滤除模块用于滤除脑电信号中的50Hz工频干扰、基线漂移和肌电干扰；脑电波提取模块用于提取脑电信号，以每1024点为一段进行滑动窗处理；互近似熵分析模块用于求各导联电极之间的互近似熵；阈值分析模块用于为建立脑网络确定阈值并建立相应的二值矩阵A；脑网络参数计算模块，用于根据阈值建立脑网络并计算相应的脑网络参数包括节点度，聚类系数和介数；脑网络对比模块用于将受试者脑网络各个参数与预存储的参照者脑网络各个参数进行对比，并将对比结果以地形图的形式显示。