[发明专利]脑肌电同步采集及信息传递特性分析方法

摘要

本发明涉及康复工程领域、神经工程及运动障碍机制研究领域，具体涉及一种脑肌电同步采集及信息传递特性分析方法，所述方法包括脑肌电信号同步采集部分和信号处理部分，脑肌电信号同步采集部分包括脑电信号采集和肌电信号采集；信号处理部分包括信号预处理和脑肌电信息传递特性分析方法。本发明具有可应用性、可采纳性，在康复医学领域具有重要的应用价值。

主权项

1.一种脑肌电同步采集及信息传递特性分析方法，其特征在于：包括信号同步采集部分和信号处理部分；（1）信号同步采集部分包括：脑电信号采集和肌电信号采集；（1-1）脑电信号采集，采用国际标准10-20电极放置标准，通过电极帽实现电极与头皮接触，采用单级导联法，A1、A2导联分别连接到左右耳后乳突作为参考电极，接地电极布置在头顶正中；（1-2）肌电信号采集，利用三点式差分输入，两个信号为肌电的差分输入端，另一个为参考地；差分输入电极顺着肌纤维方向，放置在肌腹位置处；利用32通道脑电采集仪采集脑电信号，修改其中两个差分通道通带宽度用于采集肌电信号，进而实现脑肌电同步采集；（2）信号处理部分包括信号预处理和脑肌电信息传递特性分析方法；（2-1）信号预处理：利用自适应高通滤波器和自适应50Hz工频陷波滤波器分别对脑电信号和肌电信号进行滤波处理，去除信号中的基线漂移和工频干扰；然后选用巴特沃斯三阶带通FIR滤波器对脑电信号和肌电信号进行处理，根据信号的有效频段特征，选取脑电信号的截止频率为：2Hz和50Hz；肌电信号的截止频率为：2Hz和200Hz；（2-2）脑肌电信息传递特性分析方法利用状态转移率分析脑肌电信号信息传递特性，定量描述脑电信号与肌电信号之间线性和非线性的信息传递；状态转移率的定义如下：STRx→y=H(yt+u|ytn)-H(yt+u|xtm,ytn)H(yt+u|ytn)∈[0,1]---(1)]]>式中，x为源时间序列；y为目标时间序列；STR_x→y为x到y的状态转移率；分别为序列x和y在t时刻的状态向量；y_t+u为序列y在t+u时刻的状态；为目标序列y在自身历史状态下的条件熵；为目标序列y在自身历史状态和源序列x历史状态下的条件熵；根据条件熵的定义，可以由（2）式计算H(yt+u|ytn)=H(yt+u,ytn)-H(ytn)---(2)]]>式中，为目标序列y相对于自身历史状态新增加的信息量；为序列y在t+u时刻状态和自身历史状态的总信息量；为序列y历史状态包含的信息量；同理计算如式（3）H(yt+u|ytn,xtm)=H(yt+u,ytn,xtm)-H(ytn,xtm)---(3)]]>为目标序列y相对于源序列x与自身历史状态新增加的信息量，两者之差为目标序列新增信息量中来自于源序列历史状态的信息量，即为源序列到目标序列的信息转移量；该信息转移量与目标序列新增信息量的比值即为状态转移率；所述的状态转移率可由下式得出：STRx→y=H(yt+u,ytn)+H(xtm,ytn)-H(yt+u,xtm,ytn)H(yt+u,ytn)-H(ytn)---(4)]]>式中，为序列y在t+u时刻状态和自身历史状态的联合熵；为x和y的历史状态的联合熵；为序列y历史状态的熵；为序列y在t+u时刻状态和x、y的历史状态的联合熵；如果序列y未来某个时刻的状态完全由自身历史状态决定，即则x到y的状态转移率等于0；如果序列y不能完全由自身的历史状态确定，但可由x和y的历史状态完全确定，则而这种情况下x到y的状态转移率为1。