腦電信號是活躍電極與物理參考電極或虛擬數(shù)字參考的電位差,呈現(xiàn)為多維時間序列。使用不當(dāng)參考會造成時域波形失真甚至影響頻域的譜、相干估計和網(wǎng)絡(luò)分析等。參考選擇不規(guī)范已成為定量腦電的首要問題。定量腦電是基于大樣本靜息態(tài)腦電譜常模特征的診斷方法,譜分析有關(guān)的技術(shù)如譜質(zhì)量、常模估計、特征提取中存在的不足限制著定量腦電在神經(jīng)認知功能和精神疾病方面的應(yīng)用。本論文以參考選擇和譜分析技術(shù)為重點,按照關(guān)乎數(shù)據(jù)質(zhì)量、影響定量分析應(yīng)用的順序,第一部分深入研究參考選擇的物理因素、統(tǒng)計學(xué)證據(jù)和單極參考的數(shù)學(xué)屬性,第二部分初步探究譜質(zhì)量準則、多國家譜常模估計和譜成分特征提取算法。主要研究內(nèi)容如下:1.當(dāng)前供選擇的參考種類繁多,多種在線記錄參考和重參考雖具有不同物理假設(shè),它們在實際采集條件下的性能區(qū)別尚不清楚。仿真得到標準無窮遠參考下的腦電電位,綜合分析5種在線記錄參考和3種重參考在11種電極數(shù)、2種典型電極分布、多種頭模型、不同神經(jīng)源位置方向及分區(qū)、不同頭表區(qū)域分區(qū)、不同頭模型受擾動程度和不同電極噪聲等條件下逼近理想無窮遠參考的效果。研究發(fā)現(xiàn)平均參考和零參考明顯更優(yōu),平均參考的性能并不隨電極數(shù)增多而改善且受到頭表電... 

【文章來源】：電子科技大學(xué)四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：130 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

A.腦電產(chǎn)生的偶極子、電流與差分記錄，引自文獻[12]，B.腦電的不同節(jié)律波形特點，引自文獻[13]

第一章緒論極的多通道信號分析和溯源[8]到源空間的分析；按角度分為腦電波時域波形幅度分析、微狀態(tài)[27]等空間模式分析和通過傅里葉變換對信號的時不變特征進行頻域譜分析；根據(jù)是否關(guān)注信號間的聯(lián)系又分為譜分析和基于圖論的腦連接腦網(wǎng)絡(luò)分析；按照信號分析的復(fù)雜程度，可分為基于高斯穩(wěn)態(tài)的線性分析和考慮復(fù)雜度、更高階譜、混沌動力學(xué)、熵等非穩(wěn)態(tài)非隨機的非線性分析；最后根據(jù)應(yīng)用并借助機器學(xué)習(xí)方法，可分為腦電譜常模的回歸和對腦狀態(tài)、腦疾病的分類預(yù)測等。圖1-3腦電研究方法進展與類型。但參考選擇是進行腦電分析的基礎(chǔ)和關(guān)鍵[28]，參考選擇不規(guī)范是影響定量腦電分析的首要問題。定量腦電的定義表明定量腦電與譜數(shù)據(jù)選擇、譜常模估計和譜特征提取緊密相關(guān)。本論文把參考與譜分析有關(guān)的技術(shù)作為定量腦電的重點研究內(nèi)容。1.3.1參考問題圖1-2A表示腦電信號的產(chǎn)生記錄過程，腦電記錄是活躍電極和參考電極的信號經(jīng)差分放大得到的。腦電實際上是活躍電極信號減去參考電極信號得到的電勢差[9]。根據(jù)電荷、偶極子及電場理論，測量電勢的最優(yōu)物理參考是距離測量帶電荷無窮遠處的位點，該位點具有零電勢是穩(wěn)定的中立參考，被稱為無窮遠參考(InfinityReference)。自腦電產(chǎn)生以來，人們一直不間斷地嘗試希望找到接近于理論無窮遠參考的位點。如今可供選擇的參考種類繁多，圖1-4列舉了連接耳參考[29](LinkedMastoids，LM)、平均參考[30,31](AverageReference，AR)、左耳、右耳、偏側(cè)耳(IpsilateralEar)、頭表電極Cz、橫向雙極參考和縱向雙極參考等。從圖1-4中可看出，不同參考記錄時的頭表電位地形圖相同但波形截然不同。這是因為參考的作用是連續(xù)記錄中從所有活躍電極減去一維時變信號。盡管不同參考下3

電子科技大學(xué)博士學(xué)位論文活躍電極處的記錄是相同大腦神經(jīng)源活動經(jīng)腦脊液、顱骨、頭皮等衰減傳播到活躍電極處疊加的信號，但不同參考意味著腦電差分記錄中減去的信號不同。現(xiàn)有多種可供選擇的參考造成參考使用不一致的問題，使難以對不同參考的腦電分析結(jié)果進行對比。參考選擇不規(guī)范以及由此產(chǎn)生的爭論被稱為參考電極問題[32–34]。圖1-4不統(tǒng)一的參考電極選擇。左列為常用的在線記錄參考，中間列為雙極參考，右列為重參考。1.3.1.1參考的類型腦電參考按步驟可分為在線記錄參考和重參考[35]。在線記錄參考是腦電數(shù)據(jù)采集中主觀選擇的位于某個空間位置的電極，一般由腦電采集設(shè)備生產(chǎn)商確定，常見的參考電極有FCz、Cz等。重參考是對獲取的腦電記錄進行離線分析時重新選擇的參考，可能是將腦電記錄中的某電極指定為參考電極，通常是對腦電記錄進行電極間的線性組合得到的虛擬數(shù)字參考信號，常見的有連接耳參考、平均參考等。按照參考信號的唯一性可將腦電參考分為單極參考和雙極參考等。單極參考是瞬時地從所有活躍電極減去相同的常數(shù)。雙極參考在瞬時條件下從活躍電極上減去的常數(shù)不唯一，存在兩個或更多。無窮遠參考是一種單極參考。雙極參考多數(shù)是橫向或縱向順次地將前一個電極作為后一個電極的參考，此時記錄到局部相鄰電極的相對電位。雙極參考得到的腦電記錄近似于腦電電位的一階導(dǎo)，大多與頭表的水平電流密度有關(guān)，是不同于單極參考下腦電電位的物理度量。偏側(cè)耳參考是將一側(cè)頭表的電極參考到同側(cè)的耳垂處的電極以消除左右半球的不對稱性，這種雙極參考記錄增加了電極間差異的不確定性。單極參考是腦電參考的主要占優(yōu)類型。本論文主要研究的是單極參考，可能是在線記錄參考或重參考。4


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