單通道誘發(fā)電位信號(hào)的快速提取算法研究.pdf

1、誘發(fā)電位(EP)信號(hào)為神經(jīng)科學(xué)的理論研究與臨床應(yīng)用提供許多重要信息，它反映了相應(yīng)的感覺(jué)通路及大腦皮層區(qū)域的神經(jīng)電活動(dòng)。深入地分析研究EP信號(hào)，對(duì)于研究大腦活動(dòng)規(guī)律及其信息處理機(jī)制、發(fā)展神經(jīng)電生理學(xué)理論與應(yīng)用、臨床診斷評(píng)價(jià)神經(jīng)系統(tǒng)的功能以及臨床術(shù)中監(jiān)控等均具有重要意義。EP信號(hào)通常深深地湮沒(méi)在自發(fā)腦電(EEG)信號(hào)之中。因此，從強(qiáng)EEG背景噪聲中有效地提取出EP信號(hào)一直是生物醫(yī)學(xué)信號(hào)處理領(lǐng)域研究的重要問(wèn)題之一。目前在臨床中廣泛應(yīng)用的相干平

2、均法存在丟失EP信號(hào)細(xì)節(jié)以及因神經(jīng)系統(tǒng)疲勞而導(dǎo)致較大測(cè)量誤差等不足?；诖藛?wèn)題，對(duì)EP信號(hào)快速提取方法的研究成為近年來(lái)的一個(gè)研究熱點(diǎn)與難點(diǎn)。所謂快速提取主要相對(duì)于相干平均法而言，是指對(duì)EP信號(hào)的少次提取、單次提取以及動(dòng)態(tài)跟蹤等。
　　本文主要研究在單通道條件下對(duì)EP信號(hào)的快速提取算法，研究成果可以歸納如下:
　　(1)深入研究了基于稀疏表示模型的單通道EP信號(hào)少次提取問(wèn)題，提出了基于混合訓(xùn)練字典的稀疏表示方法與基于聯(lián)合稀疏表

3、示的方法用于單通道EP信號(hào)的少次提取。針對(duì)已有混合字典稀疏表示中使用通用過(guò)完備字典造成的對(duì)信號(hào)成分的錯(cuò)誤劃分問(wèn)題，首先根據(jù)EP與EEG信號(hào)的不同特點(diǎn)提出了基于混合訓(xùn)練字典的稀疏表示方法，通過(guò)使用其他少次觀測(cè)數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)模板信號(hào)并訓(xùn)練分別與EP和EEG信號(hào)相適應(yīng)的過(guò)完備字典，該方法有效地減少了使用混合字典稀疏表示過(guò)程中的錯(cuò)分問(wèn)題。然后提出基于聯(lián)合稀疏表示的EP信號(hào)少次提取方法，利用EP信號(hào)的準(zhǔn)周期性，同時(shí)使用少次相鄰觀測(cè)信號(hào)進(jìn)行聯(lián)合稀疏表示，

4、可以在較低的信噪比情況下更有效地提取EP信號(hào)。
　　(2)深入研究了基于時(shí)間自相關(guān)函數(shù)的單通道EP信號(hào)單次提取問(wèn)題，提出了兩種基于源信號(hào)時(shí)間自相關(guān)函數(shù)的波形估計(jì)方法并用于單通道EP信號(hào)的單次提取。利用時(shí)間自相關(guān)函數(shù)帶來(lái)的信息，首先提出一種以源信號(hào)時(shí)間自相關(guān)函數(shù)作約束的波形估計(jì)方法，它利用源信號(hào)的時(shí)間自相關(guān)函數(shù)構(gòu)造非線性方程組，并借助大規(guī)模方程組的數(shù)值解法，把從信噪比較低的觀測(cè)數(shù)據(jù)中直接估計(jì)源信號(hào)這一較困難的問(wèn)題，轉(zhuǎn)化成分別估計(jì)迭代

5、初始值與源信號(hào)時(shí)間自相關(guān)函數(shù)的問(wèn)題。然后針對(duì)當(dāng)源信號(hào)時(shí)間自相關(guān)函數(shù)估計(jì)精度較低時(shí)，該方法需要較多計(jì)算時(shí)間的不足，又提出了基于時(shí)間自相關(guān)函數(shù)最優(yōu)化的波形估計(jì)方法。該方法能夠在估計(jì)精度與計(jì)算速度之間較好地取得平衡，更加適用于對(duì)計(jì)算效率要求較高的應(yīng)用。將以上兩種方法應(yīng)用于單通道EP信號(hào)的單次提取問(wèn)題，取得了較好的效果。
　　(3)深入研究了脈沖噪聲環(huán)境下基于徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的單通道EP信號(hào)自適應(yīng)估計(jì)問(wèn)題，提出了三種韌性單通道EP信

6、號(hào)自適應(yīng)估計(jì)方法。當(dāng)臨床應(yīng)用中EP信號(hào)的背景噪聲呈現(xiàn)非高斯脈沖特性時(shí)，更加適合使用α穩(wěn)定分布來(lái)描述。針對(duì)基于最小平均p范數(shù)準(zhǔn)則的EP信號(hào)自適應(yīng)估計(jì)方法無(wú)法在α值動(dòng)態(tài)變化時(shí)較好工作的不足，首先提出了基于最小平均絕對(duì)偏差準(zhǔn)則的韌性單通道EP信號(hào)自適應(yīng)估計(jì)方法，它可以在α值動(dòng)態(tài)變化的情況下較好地工作。但該方法使用的二值化變換完全丟失了誤差信號(hào)的幅度信息，導(dǎo)致其無(wú)法在估計(jì)精度與收斂速度之間很好地平衡。針對(duì)該不足，又提出了基于非線性Sigmoid