生物信號(hào)復(fù)雜度分析新方法及在睡意檢測(cè)中應(yīng)用的研究.pdf

1、生物信號(hào)真實(shí)客觀(guān)地反映機(jī)體生理狀態(tài)和情緒變化，是表征人體狀態(tài)、探索疾病預(yù)防和治療以及研究人體奧秘的必要手段。諸如腦電（Electroencephalogram, EEG）、心電（Electrocardiogram, ECG）等生物電信號(hào)常具有信號(hào)微弱、隨機(jī)性強(qiáng)、非線(xiàn)性和非平穩(wěn)等特點(diǎn)，分析方法多樣，但其“復(fù)雜度”的概念尚未定論。熵（Entropy）用于表征物體的不確定性程度，適用于生物電信號(hào)的復(fù)雜度分析，但我們?cè)谘芯恐邪l(fā)現(xiàn)，單尺度熵（mo

2、noscale Entropy）值隨著信號(hào)隨機(jī)程度的增加而單調(diào)地增加，可能反映信號(hào)的“雜亂性”，而非“復(fù)雜性”。多尺度熵（Multiscale Entropy, MSE）通過(guò)選擇恰當(dāng)時(shí)間尺度或描述曲線(xiàn)變化趨勢(shì)來(lái)反映信號(hào)長(zhǎng)程相關(guān)性的信息，間接地反映復(fù)雜度，表達(dá)結(jié)果不夠直觀(guān)。
　　為實(shí)現(xiàn)生物信號(hào)復(fù)雜度的直觀(guān)量化，本課題主要做以下工作：
　　1.在單分形條件下，基于 MSE定義新的復(fù)雜度指數(shù)（Multiscale-Entropy-

3、Hurst Complexity index, MEHC）并給出公式，表達(dá)信號(hào)中有用成分的不確定性程度和長(zhǎng)程相關(guān)性。計(jì)算譜指數(shù)β和去趨勢(shì)波動(dòng)分析（Detrended Fluctuation Analysis, DFA）所得斜率α的擬合指數(shù)，對(duì)復(fù)雜度公式進(jìn)行改進(jìn)，然后對(duì)仿真信號(hào)進(jìn)行量化分析，初步驗(yàn)證復(fù)雜度公式的可信度。
　　2.對(duì)健康（Health）組、房顫（Atrial Fibrillation, AF）組和心力衰竭（Conges

4、tive Heart Failure, CHF）組的心跳間隔時(shí)間序列進(jìn)行分析，對(duì)比MSE，評(píng)價(jià)MEHC對(duì)真實(shí)信號(hào)的量化效果。
　　3.基于安卓（Android）平臺(tái)編寫(xiě)EEG采集程序，利用MindFocus藍(lán)牙腦波采集頭帶進(jìn)行睡意檢測(cè)實(shí)驗(yàn)，結(jié)合主觀(guān)嗜睡量表分析和MSE，對(duì)MEHC的睡意檢測(cè)效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。
　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：
　　1.MEHC意義明確，直觀(guān)反映信號(hào)的復(fù)雜程度和長(zhǎng)程相關(guān)性，可用于實(shí)現(xiàn)生物信號(hào)便捷、簡(jiǎn)單的復(fù)雜

5、度分析。
　　2.原始時(shí)間尺度時(shí)，EHC隨β的增大呈現(xiàn)先增后減的趨勢(shì)，在β=1附近取得最大值，在β=0或2附近取得最小值。β=1、0.5和0的仿真信號(hào)的MEHC基本保持不變，分別約為0.95、0.57和0.03，β≤1的仿真信號(hào)的MEHC符合人們對(duì)“可用信息”的理解。
　　3.Health組MEHC接近于0.90，CHF組MEHC在0.5-0.9范圍內(nèi)，AF組MEHC在1.5-2范圍內(nèi)，相互之間的差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.