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专利号: 2020110153371
申请人: 杭州电子科技大学
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.基于变尺度符号补偿传递熵的情绪诱导脑电信号分析方法,该方法具体包括以下步骤:步骤一,利用不同类型的视听觉刺激诱发不同的情绪,采集此时段参与者的多通道头皮脑电信号;

步骤二,对采集到的不同情绪诱发的脑电信号进行预处理;

步骤三,对预处理后的信号Q={q1,q2…,qn},qn表示原序列的第n个采样点,进行尺度化;

步骤四,将尺度化后的时间序列符号化,可以有效地发现隐藏的或有偏差的动态信息,从而展现出完整的符号动态特征;尺度序列 的符号化的定义如下:其中,N为符号集的大小,N越大与原始序列越接近,s为尺度因子,a为尺度化后元素的位置坐标,其中 表示尺度化后尺度因子为s时的第 个采样点;但是符号集太大就失去了符号化处理的意义;Xi为设定的一个门阈值,本方法使用等概率法,即不同符号出现的概率大致相等,这样有利于保留序列的有效信息;

步骤五,对尺度符号化后的时间序列 进行重构,公式如下:

其中,m是嵌入维数,τ是延迟时间;根据排列熵的排列方式对 的每个分段中的元素进行重组,并按升序排列,如公式(4)所示;

元素原始位置的序列πj={j1,j2,…,jm},对于嵌入维数m,一共有m!种排列方式;

步骤六,使用补偿传递熵计算尺度符号化后的时间序列的因果关系,考虑由一组相互作用的动力学过程M构成的复合系统,在该复合系统中,需要得到从源系统X流向目标系统Y的信息;将M中的其余系统归入向量Z={Z(k)}k=1,2,...,M-2,用x、y和z描述系统X={x1,x2,…,xn}、Y={y1,y2,…,yn}和Z={z1,z2,…,zn}随时间变化的状态的平稳随机过程,在给定Z的条件下,源系统X到目标系统Y的传递熵示如下:根据信息熵的定义,得出传递熵与信息熵H(·)的等价关系:

TEX→Y|Z=H(yn|y1:n-1,z1:n-1)-H(yn|x1:n-1,y1:n-1,z1:n-1)     (6)其中1:n表示全部序列,1:n-1就是全部序列,除了最后一个点;p(·)表示系统的概率分布函数;

当瞬时效应被认为具有因果意义,源进程的零滞后项xn则合并在第二个条件熵中用于传递熵计算,即:CTE'X→Y|Z=H(yn|y1:n-1,z1:n)-H(yn|x1:n,y1:n-1,z1:n)     (7)在这种情况下,零滞后项与被过去时间序列吸收,即xn与x1:n-1的作用相同;因此,在使用传递熵计算瞬时因果关系时,源系统的当前状态被认为是因果相关的;

当瞬时效应被认为不具有因果意义,零滞后项同时包含在用于传递熵计算的第一个和第二个条件熵中,即:CTE”X→Y|Z=H(yn|xn,y1:n-1,z1:n)-H(yn|x1:n,y1:n-1,z1:n)    (8)此时零滞后项被认为是一个条件因子,即xn与y1:n-1,z1:n的作用相同,从而补偿源系统的当前状态,以消除传递熵计算中的瞬时因果关系;

步骤七,通过计算多个尺度时补偿传递熵,得到选择合适的最优尺度,计算多个脑电通道的变尺度符号化补偿传递熵,构建这些脑电信号通道间因果关系矩阵;

步骤八,对步骤七中脑电信号因果关系矩阵进行自适应阈值选择,得到的邻接矩阵,并以此构建因效性脑网络模型,分析不同情绪时脑区和通道之间的变化。

2.根据权利要求1所述的基于变尺度符号化补偿传递熵情绪诱导脑电信号分析方法,其特征在于:所述的对采集到的不同情绪诱发的脑电信号进行预处理;具体为:使用Matlab的EEGLAB工具包去除基线漂移、眼电伪迹和50Hz工频信号,并且使用带通滤波器保留4-45Hz的脑电信号,将采集的脑电信号从512Hz降采样到128Hz并保存;

使用小波包变换将每个样本分解成4个频段的数据,分别是θ频段,α频段,β频段,γ频段,使用‘db5’小波基对4个频段的数据进行6层分解,再找出4个频段分别对应的小波包树节点,将各个频段的小波包系数进行重构后,得到4个频段的脑电信号数据。

3.根据权利要求1所述的基于变尺度符号化补偿传递熵情绪诱导脑电信号分析方法,其特征在于:对预处理后的信号,进行尺度化,具体为:假设原始时间序列为Q={q1,q2…,qn},尺度化过程如以下所示,其中s为尺度因子,a为尺度化后元素的位置坐标;