【摘要】：腦電信號(hào)(Electroencephalography,EEG)的采集與預(yù)處理作為腦機(jī)接口應(yīng)用采集模塊最重要的部分,在神經(jīng)科學(xué)、醫(yī)學(xué)、心理學(xué)和人工智能等研究領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。多通道腦電信號(hào)的采集與偽跡去除技術(shù)已經(jīng)成為腦機(jī)接口研究的重要課題。當(dāng)前頭發(fā)區(qū)域多通道腦電信號(hào)采集與預(yù)處理技術(shù)存在以下問(wèn)題:傳統(tǒng)濕電極操作繁瑣、準(zhǔn)備時(shí)間長(zhǎng);頭發(fā)遮蔽使采集的EEG信號(hào)質(zhì)量不佳,且采集過(guò)程中易受運(yùn)動(dòng)、吞咽和眨眼等影響而產(chǎn)生偽跡;傳統(tǒng)偽跡去除算法具有非全自動(dòng)、實(shí)時(shí)性不高和客觀性較差等缺點(diǎn)。針對(duì)上述不足,本文著重對(duì)三個(gè)方面進(jìn)行研究:1)設(shè)計(jì)并制備了一種柔性針式頭發(fā)區(qū)域干電極。該電極的陣列式探針和底部呈圓形倒角結(jié)構(gòu),在使用時(shí)不易被折斷;探針形狀為錐體,能穿過(guò)頭發(fā)接觸頭皮;基材為橡膠,其間摻雜的導(dǎo)電銀粉,使電極具有導(dǎo)電性。為了驗(yàn)證電極的有效性,進(jìn)行了阻抗特性分析實(shí)驗(yàn)、睜閉眼實(shí)驗(yàn)和SSVEP實(shí)驗(yàn)。阻抗分析實(shí)驗(yàn)表明單個(gè)電極10Hz在前額區(qū)域和頭發(fā)區(qū)域的阻抗值分別為57?6.2k?和90?12.7k?,均能達(dá)到設(shè)備采集EEG數(shù)據(jù)時(shí)的阻抗要求。對(duì)睜閉眼實(shí)驗(yàn)和SSVEP實(shí)驗(yàn)采集的腦電信號(hào)進(jìn)行頻域分析,結(jié)果均呈現(xiàn)出明顯的特征。2)提出了一種基于低秩稀疏分解的多通道腦電信號(hào)偽跡自動(dòng)去除方法。該方法對(duì)多通道腦電信號(hào)進(jìn)行分析并改進(jìn)了GoDec算法,將受偽跡影響的觀測(cè)EEG信號(hào)X分解為'''X(28)L(10)S(10)G,其中L'為純凈腦電信號(hào),S'和G'為偽跡部分。將S'和G'去除,達(dá)到了自動(dòng)去除偽跡的目的。所提出的方法在標(biāo)準(zhǔn)腦電數(shù)據(jù)集上進(jìn)行去偽跡實(shí)驗(yàn),結(jié)果表明該方法自動(dòng)去除偽跡方面是有效的。與現(xiàn)有的偽跡自動(dòng)去除算法做對(duì)比,該方法極大地提高了腦電信號(hào)的信噪比、減小了均方誤差,且具有較好的穩(wěn)定性和去偽跡耗時(shí)短等優(yōu)點(diǎn)。3)利用所制備的柔性干電極進(jìn)行多通道腦電信號(hào)的采集,并用所提出的方法進(jìn)行自動(dòng)去除偽跡。結(jié)果顯示偽跡信號(hào)的幅值明顯減小,處理后的信號(hào)達(dá)到正常腦電信號(hào)標(biāo)準(zhǔn),且信號(hào)分解的波段符合腦電特征波的頻率特性,即所制備的柔性干電極與提出的方法適合日常穿戴監(jiān)測(cè)使用。
【圖文】：

能傳導(dǎo)到電極[2]。目前，腦電電極可按照是否需要使用導(dǎo)電凝膠分為于導(dǎo)電膠/膏的濕電極，一類是無(wú)需導(dǎo)電膠的干電極。其中，干電極還干電極和全干電極[1]。極技術(shù)采用導(dǎo)電凝膠/膏降低電極-頭皮接觸阻抗，其原理是導(dǎo)電凝膠頭皮表面和不導(dǎo)電的皮膚角質(zhì)層變得潤(rùn)濕[1]。濕電極技術(shù)因其具備頭皮約為5-20k ）、良好的信噪比和較高的可靠性[3,4]等優(yōu)點(diǎn)，已成為科的首要選擇和標(biāo)準(zhǔn)。雖然傳統(tǒng)濕電極具備以上優(yōu)點(diǎn)，但其本身存在的其主要缺點(diǎn)有：1）測(cè)試前電極佩戴和注射腦電凝膠時(shí)間長(zhǎng)、需對(duì)皮復(fù)雜度和時(shí)間成本高；2）導(dǎo)電凝膠會(huì)將受試者的頭發(fā)弄臟弄亂，實(shí)頭發(fā)遮擋使得電極與頭皮的接觸面積變小，，頭皮-電極接觸電阻增大，信噪比較低；4）導(dǎo)電凝膠隨著采集時(shí)間延長(zhǎng)會(huì)脫水硬化致使頭皮-電無(wú)法支持長(zhǎng)期腦電監(jiān)測(cè)的需要。這些缺點(diǎn)中，步驟繁瑣和穿戴不適的受試者的詬病。

號(hào)信噪比較低；4）導(dǎo)電凝膠隨著采集時(shí)間延長(zhǎng)會(huì)脫水硬化致使頭皮-電，無(wú)法支持長(zhǎng)期腦電監(jiān)測(cè)的需要。這些缺點(diǎn)中，步驟繁瑣和穿戴不適的和受試者的詬病。(a) (b)圖 1-1 腦電信號(hào)傳導(dǎo)通道
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN911.7

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2673134