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脑电信号数据压缩及棘波识别的小波神经网络方法

  来源:120online      日期:2007-05-09
生物医学工程学杂志1999年第2期第16卷论著作者:张永胜 刘爱萍 郁 可单位:(张永胜)武汉工业大学计算机科学系,武汉 430070;(刘爱萍)洛阳工业高专计算机系,洛阳 471003;(郁可)武汉工业大学光纤中心,武汉 430070关键词:脑电图;小波神经网络;数据压缩;信号处理;癫痫...



(a)原始波形;(b)恢复后波形

  (a) original wvae form;(b)recovery wave form

1 脑电图波形比较

  Fig 1 Comparison of EEG wave forms

  需要指出的是,小波基的多少和网络参数的初始值,对网络训练及谱图恢复程序有很大的影响。如果模拟较大时段的波谱,则随着小基个数的增加,计算量会迅速增大,于是对这计算机综合性能的要求也要提高,这就要借助于算法的进一步改进及高性计算机的应用。此外,采用不同的母小波和误差能量函数,有可能减小训练误差,加快网络收敛速度,进一步提高恢复效果,更适应实时数据压缩的要求。这些方面的问题我们也正在探索中。

  2.2 脑电棘波,棘慢的识别

  根据济南市中心医院神经内科和脑电图室记录的50例临床癫痫患者脑电图数据进行棘波的识别,这些患者都经专家确诊患有各种类型的癫痫。其中发作类型有:典型失神发作10例;全身强直阵挛发作15例;简单部分发作6例;复杂部分发作2例;儿童良性颞-中央区放电灶癫痫5例;诱发(深呼吸,闪光刺激或美解眠药物诱发)发作5例;难以分类2例;未发作有散在棘波出现5例。采样频率200 Hz。为了在较短时间内突出反映信号随时间变化的局部化特征,并加快计算速度,我们每次取时段为T=6 s,电极分布为:1)Fp1-A1;2)Fp2-A2;3)C3-A1;4)C4-A2;5)T3-A1;6)T4-A2;7)O1-A1;8)O2-A2。

  由(9)式(h(t)取Morlt小波)计算得到时频平面脑电信号的能量分布E^′Eeg(t,ω),该能量分布在25~40 Hz的带限内进行,对最大值的归一化得E^′Eeg(t,ω),然后对带限内的E^′Eeg(t,ω)进行过阈值判决,经多次试验阈值选定为0.8,超过阈值时说明此时有棘波发生。图2、图3、图4用等高线图的方式表示了一段EEG信号在时频平面的能量分布。

  棘波的识别:图2为一癫痫发作期间的散在棘波时频谱图,它清晰刻画了各频率分量随时间变化的情形,给出了准确的时频定位,如显示了两个高频能量峰(即棘波发生点)A、B的发生时间。利用20~40 Hz频带上的过阈值检测同样也确定了棘波发生的A、B时刻,说明此方法具有很好的局部化特性和很高的棘波识别能力。

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