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专利号: 2016102078194
申请人: 陕西师范大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 医学或兽医学;卫生学
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于多重分形消除趋势波动分析的脑电测谎方法,其特征在于:该方法包括以下步骤:步骤一、脑电测谎判断阈值设定:采用与处理器(1)连接的参数设置单元(2)对脑电信号提取装置的脑电测谎判断阈值进行设定;

所述脑电信号提取装置包括Pz电极,所述Pz电极为按照国际标准“10/20”电极安放方法布设在被测试者头部顶点的脑电电极;

所述脑电信号提取装置的脑电测谎判断阈值包括所述Pz电极的脑电测谎判断阈值,所述Pz电极的脑电测谎判断阈值包括Hurst指数判断阈值HPz和多重分形谱宽度判断阈值WPz,其中HPz和WPz均为常数,HPz=1.0142~1.0967,WPz=0.894~1.11;

步骤二、脑电信号采集:测谎过程中,对被测试者赋予刺激前的时间段t1内和对被测试者赋予刺激后的时间段t2内,均采用所述Pz电极对被测试者头部顶点的脑电信号进行实时提取,并通过脑电信号采集设备(3)按照预先设定的采样频率f对所述Pz电极提取的脑电信号同步进行采集,且将所采集的脑电信号同步传送至处理器(1);

所述Pz电极提取的脑电信号记作Pz脑电信号,所述Pz脑电信号为因赋予刺激诱发的诱发脑电信号且其诱发电位为事件相关电位,所述事件相关电位为P300;

本步骤中,采样时间为T且T=t1+t2;其中,t1=400ms~600ms;t2=1200ms~1800ms;

步骤三、脑电信号分析处理,过程如下:

步骤301、脑电信号接收与同步存储:所述处理器(1)将所接收到的脑电信号xPz(i)同步存储至存储器(4)内;

所述存储器(4)与处理器(1)连接;

所述脑电信号xPz(i)包括N个采样周期内采集的Pz脑电信号,其中i为正整数且i=1、2、

3、…、N, f的单位为Hz,T的单位为ms;

步骤302、脑电信号特征提取:所述处理器(1)调用多重分形消除趋势波动分析模块计算得出脑电信号xPz(i)的Hurst指数HPz’和多重分形谱宽度WPz’;

步骤303、说谎与否判断:根据步骤302中得出的Hurst指数HPz’和多重分形谱宽度WPz’,并结合步骤一中设定的Hurst指数判断阈值HPz和多重分形谱宽度判断阈值WPz,所述处理器(1)调用差值比较模块对此时被测试者说谎与否进行判断:当HPz’>HPz且WPz’<WPz时,判断为此时被测试者没有说谎;否则,判断为此时被测试者说谎;

步骤304、说谎与否判断结果输出:所述处理器(1)将步骤303中作出的说谎与否判断结果输出。

2.按照权利要求1所述的基于多重分形消除趋势波动分析的脑电测谎方法,其特征在于:步骤302中进行脑电信号特征提取之前,还需对脑电信号xPz(i)进行预处理;

对脑电信号xPz(i)进行预处理时,先对脑电信号xPz(i)进行去除眼电伪迹处理,再对去除眼电伪迹处理后的脑电信号xPz(i)进行滤波处理。

3.按照权利要求1或2所述的基于多重分形消除趋势波动分析的脑电测谎方法,其特征在于:步骤一中进行脑电测谎判断阈值设定时,过程如下:步骤101、按照常规的ERP实验方法,对被测试者随机赋予三种刺激,三种刺激分别为探测刺激、无关刺激和靶刺激;三种刺激的测试次数均为多次,其中无关刺激出现的概率为

70%,探测刺激和靶刺激出现的概率均为15%;

对被测试者赋予任一种刺激时,均按照步骤二中所述的方法进行脑电信号采集;

步骤102、将赋予多次探测刺激时脑电信号采集设备(3)采集的多个脑电信号xPz(i)进行叠加平均,得到探测刺激下的脑电信号XPz(i),再按照步骤301至步骤302中所述的方法计算得出脑电信号XPz(i)的Hurst指数HPzM和多重分形谱宽度WPzM;

同时,将赋予多次无关刺激时脑电信号采集设备(3)采集的多个脑电信号xPz(i)进行叠加平均,得到无关刺激下的脑电信号X’Pz(i),再按照步骤301至步骤302中所述的方法计算得出脑电信号X’Pz(i)的Hurst指数HPzm和多重分形谱宽度WPzm;

步骤103、根据公式 和公式 计算得出Hurst指数

判断阈值HPz和多重分形谱宽度判断阈值WPz。

4.按照权利要求1或2所述的基于多重分形消除趋势波动分析的脑电测谎方法,其特征在于:步骤二中所述的t1=500ms,t2=1500ms。

5.按照权利要求1或2所述的基于多重分形消除趋势波动分析的脑电测谎方法,其特征在于:步骤一中所述脑电信号提取装置还包括Fz电极;所述Fz电极为按照国际标准“10/20”电极安放方法布设在被测试者头部中央点的脑电电极;

所述脑电信号提取装置的脑电测谎判断阈值还包括所述Fz电极的脑电测谎判断阈值,所述Fz电极的脑电测谎判断阈值包括Hurst指数判断阈值HFz和多重分形谱宽度判断阈值WFz,其中HFz=0.9035~0.9985,WFz=0.6972~0.8377;

步骤二中进行脑电信号采集时,对被测试者赋予刺激前的时间段t1内和对被测试者赋予刺激后的时间段t2内,均采用所述Fz电极对被测试者头部中央点的脑电信号进行实时提取,并通过脑电信号采集设备(3)按照预先设定的采样频率f对所述Fz电极提取的脑电信号同步进行采集且将所采集的脑电信号同步传送至处理器(1);

所述Fz电极提取的脑电信号记作Fz脑电信号,所述Fz脑电信号为因赋予刺激诱发的诱发脑电信号且其诱发电位为事件相关电位,所述事件相关电位为P300;

步骤三中进行脑电信号分析处理,过程如下:

步骤301中进行脑电信号接收与同步存储时,所述处理器(1)还需将所接收到的脑电信号xFz(i)同步存储至存储器(4)内;

所述脑电信号xFz(i)包括N个采样周期内采集的Fz脑电信号;

步骤302中进行脑电信号特征提取时,所述处理器(1)还需调用多重分形消除趋势波动分析模块计算得出脑电信号xFz(i)的Hurst指数HFz’和多重分形谱宽度WFz’;

步骤303中得出的说谎与否判断结果为根据脑电信号xFz(i)判断得出的说谎与否判断结果;

步骤303中完成根据脑电信号xPz(i)判断得出的说谎与否判断后,还需根据步骤302中得出的Hurst指数HFz’和多重分形谱宽度WFz’,并结合步骤一中设定的Hurst指数判断阈值HFz和多重分形谱宽度判断阈值WFz,所述处理器(1)调用差值比较模块对此时被测试者说谎与否进行判断:当HFz’>HFz且WFz’<WFz时,判断为此时被测试者没有说谎;否则,判断为此时被测试者说谎;此时,所得出的说谎与否判断结果为根据脑电信号xFz(i)判断得出的说谎与否判断结果;

步骤304中进行说谎与否判断结果输出之前,还需判断根据脑电信号xPz(i)判断得出的说谎与否判断结果和根据脑电信号xFz(i)判断得出的说谎与否判断结果是否一致:当根据脑电信号xPz(i)判断得出的说谎与否判断结果和根据脑电信号xFz(i)判断得出的说谎与否判断结果一致时,进入步骤304;否则,所述处理器(1)输出本次测谎无效。

6.按照权利要求5所述的基于多重分形消除趋势波动分析的脑电测谎方法,其特征在于:步骤一中对所述Fz电极的脑电测谎判断阈值进行设定时,过程如下:步骤A1、按照常规的ERP实验方法,对被测试者随机赋予三种刺激,三种刺激分别为探测刺激、无关刺激和靶刺激;三种刺激的测试次数均为多次,其中无关刺激出现的概率为

70%,探测刺激和靶刺激出现的概率均为15%;

对被测试者赋予任一种刺激时,在被测试者赋予刺激前的时间段t1内和对被测试者赋予刺激后的时间段t2内,均采用所述Fz电极对被测试者头部中央点的脑电信号进行实时提取,并通过脑电信号采集设备(3)按照预先设定的采样频率f对所述Fz电极提取的脑电信号同步进行采集且将所采集的脑电信号同步传送至处理器(1);

步骤A2、将赋予多次探测刺激时脑电信号采集设备(3)采集的多个脑电信号xFz(i)进行叠加平均,得到探测刺激下的脑电信号XFz(i),再按照步骤301至步骤302中所述的方法计算得出脑电信号XFz(i)的Hurst指数HFzM和多重分形谱宽度WFzM;

同时,将赋予多次无关刺激时脑电信号采集设备(3)采集的多个脑电信号xFz(i)进行叠加平均,得到无关刺激下的脑电信号X’Fz(i),再按照步骤301至步骤302中所述的方法计算得出脑电信号X’Fz(i)的Hurst指数HFzm和多重分形谱宽度WFzm;

步骤A3、根据公式 和公式 计算得出Hurst指数

判断阈值HFz和多重分形谱宽度判断阈值WFz。

7.按照权利要求1或2所述的基于多重分形消除趋势波动分析的脑电测谎方法,其特征在于:步骤一中所述脑电信号提取装置还包括辅助测试用脑电电极;所述辅助测试用脑电电极的数量至少为两个且其数量不大于3个;所述辅助测试用脑电电极为按照国际标准“10/20”电极安放方法布设在FC1、FC2或Fz点的脑电电极;

步骤一中所述脑电信号提取装置的脑电测谎判断阈值还包括各辅助测试用脑电电极的脑电测谎判断阈值,所述辅助测试用脑电电极的脑电测谎判断阈值包括Hurst指数判断阈值HAs和多重分形谱宽度判断阈值WAs;

布设FC1点的脑电电极的Hurst指数判断阈值HAs=0.9587~1.0242且其多重分形谱宽度判断阈值WAs=0.7247~0.8522;

布设FC2点的脑电电极的Hurst指数判断阈值HAs=0.9497~1.0392且其多重分形谱宽度判断阈值WAs=0.6947~0.8082;

布设Fz点的脑电电极的Hurst指数判断阈值HAs=0.9035~0.9985且其多重分形谱宽度判断阈值WAs=0.6972~0.8377;

步骤二中进行脑电信号采集时,对被测试者赋予刺激前的时间段t1内和对被测试者赋予刺激后的时间段t2内,均采用各辅助测试用脑电电极对被测试者头部对应部位的脑电信号进行实时提取,并通过脑电信号采集设备(3)按照预先设定的采样频率f对各辅助测试用脑电电极提取的脑电信号同步进行采集且将所采集的脑电信号同步传送至处理器(1);

所述辅助测试用脑电电极提取的脑电信号记作As脑电信号,所述As脑电信号为因赋予刺激诱发的诱发脑电信号且其诱发电位为事件相关电位,所述事件相关电位为P300;

步骤三中进行脑电信号分析处理,过程如下:

步骤301中进行脑电信号接收与同步存储时,所述处理器(1)还需将所接收到的各脑电信号xAs(i)同步存储至存储器(4)内;

每个所述脑电信号xAs(i)包括N个采样周期内同一个所述辅助测试用脑电电极采集的As脑电信号;

步骤302中进行脑电信号特征提取时,所述处理器(1)还需调用基于多重分形消除趋势波动分析模块分别计算得出各脑电信号xAs(i)的Hurst指数HAs’和多重分形谱宽度WAs’;

步骤303中得出的说谎与否判断结果为根据脑电信号xPz(i)判断得出的说谎与否判断结果;

步骤303中完成根据脑电信号xPz(i)判断得出的说谎与否判断后,还需根据各脑电信号xAs(i)分别进行说谎与否判断;

其中,对任一个脑电信号xAs(i)进行说谎与否判断时,根据步骤302中得出的该脑电信号xAs(i)的Hurst指数HAs’和多重分形谱宽度WAs’,所述处理器(1)调用差值比较模块对此时被测试者说谎与否进行判断:当该脑电信号xAs(i)的Hurst指数HAs’大于步骤一中设定的与该脑电信号xAs(i)对应的辅助测试用脑电电极的Hurst指数判断阈值HAs且该脑电信号xAs(i)的多重分形谱宽度WAs’小于步骤一中设定的与该脑电信号xAs(i)对应的辅助测试用脑电电极的多重分形谱宽度判断阈值WAs时,判断为此时被测试者没有说谎;否则,判断为此时被测试者说谎;此时,所得出的说谎与否判断结果为根据脑电信号xAs(i)判断得出的说谎与否判断结果;

步骤304中进行说谎与否判断结果输出之前,还需判断根据脑电信号xPz(i)判断得出的说谎与否判断结果和根据各脑电信号xAs(i)判断得出的说谎与否判断结果是否一致:当根据脑电信号xPz(i)判断得出的说谎与否判断结果和根据各脑电信号xAs(i)判断得出的说谎与否判断结果均一致时,进入步骤304;否则,所述处理器(1)输出本次测谎无效。

8.按照权利要求1或2所述的基于多重分形消除趋势波动分析的脑电测谎方法,其特征在于:步骤一中所述脑电信号提取装置为32导联脑电电极或64导联脑电电极。