[发明专利]一种自适应滤波的TMS诱发电位提取装置

说明书

本发明公开了一种自适应滤波的TMS诱发电位提取装置，属于生物医学信号处理领域。首先通过脑电测试系统获得静息态下多通道的脑电原始混合信号，其中在脑电数据采集过程中某个时刻进行单脉冲经颅磁刺激，从而获得自发脑电和单脉冲TMS刺激诱发电位的脑电信号；为了提取TMS刺激所诱发的各种微弱成分，先将记录的脑电信号进行去漂移等预处理，然后再融合独立成分分析(ICA)和支持向量机分类算法(SVM)自动有效地去除脑电信号中的TMS脉冲、眼电、肌电等伪迹成分，最后通过LMS自适应线性增强和自适应线性抵消滤波方式提取单脉冲TMS刺激所产生的TEPs信号。本发明与常规ICA提取方式相比，在没有足够先验知识和较少重复实验次数的情况下就能有效地提取更准确更稳定的TMS刺激诱发成分。

技术领域

本发明属于生物医学信号处理领域，特别是单脉冲经颅磁刺激所诱发各种成分的提取装置。

背景技术

脑电图(Electroencephalogram, EEG)是利用精密的电子仪器，在头皮上无创地将大脑细胞群自发性的、节律性的生物电位加以放大记录而获得的随时间变化的波形图，是一种高时间分辨率的神经生理信号记录方式。目前脑电信号根据其产生方式分为自发脑电和诱发脑电两类，其中自发脑电一般是指在静息态下或无特殊刺激条件下平稳的大脑活动，而诱发脑电通常是受到某个事件或某种刺激后产生相应的电生理反应。通常自发脑电的幅值正常范围是介于几微伏到几十微伏之间，其频域范围基本涵盖了诱发脑电的频域范围(±10uV以内)，记录诱发脑电时也会同步测试记录到自发脑电，因此就给诱发脑电信号的提取和分析带来极大干扰。传统的低通滤波器只能滤除部分高频信号，例如，肌电、心电伪迹，白噪声，或其它干扰信号中的一些高频成分，对于低频的脑电信号，低通滤波无法起作用，由于诱发脑电信号很微弱并淹没在自发脑电中，想提取准确、有效的诱发脑电就显得十分困难。因此，选择一种合适、健壮的提取装置就成为决定了诱发脑电提取质量的关键。

经颅磁刺激(TMS)是一种非侵入性神经调控技术，它是利用一个快速、时变的磁场在皮层组织中诱导产生一个电场，从而影响受刺激区域中神经元群体的兴奋性来调节神经活动。而TMS和脑电相结合可以探索可能通过这种机制编码的行为效应中皮层间的振荡和同步模式的因果关系，目前已得到广泛应用。单脉冲TMS刺激可产生诱发脑电电位(TMS-evoked potentials：TEPs)，可作为皮层对TMS刺激响应的直接证据，是应用最广的一种TMS刺激范式。然而在采集TMS刺激过程的脑电数据时会产生各种伪迹成分，如TMS脉冲伪迹、眼电、心电等伪迹，因此提取TMS刺激大脑所产生的高质量诱发成分一直是困扰TMS进一步研究的难题。

针对TMS刺激所产生诱发脑电的提取问题，不同研究者提出了各种模型和技术方案试图客观地单次提取TMS产生的诱发脑电。在没有足够先验知识情况下，近来研究者应用最多是将采用盲信号处理方法来提取TMS刺激产生诱发成分，其中应用较多的是独立成分分析(ICA)和主成分分析(PCA)。ICA是按照要求将原始混合信号分解成各种成分，但实际提取过程中发现提取的成分较多，导致每种成分的所含能量较低，不能完全将自发脑电和诱发脑电进行分离。而PCA是将原始混合脑电信号投影到最大方差方向上完成二阶变换处理,但自发脑电和诱发脑电本身在频域就存在某些部分是重叠的，因此仅靠单个方法来分离提取诱发脑电效果均不佳。同时上述两种处理方法能排除一些噪声(比如眼电、肌电)的干扰，但它们共同存在另一个问题是需要人为判断，这使得它们在提取TMS诱发脑电的实际应用中受到极大限制，并不能准确方便地提取TMS诱发脑电。目前还没有一种公认的单次提取TMS诱发电位的方法。在很多方法实际应用时要根据信号的特点即先验知识来设计实施方法，如何获取先验知识又成了另一个问题，这也是发展这类方法所面临的困难之所在。

发明内容

为了克服上述PCA和ICA方法提取诱发脑电信号存在的一些缺陷和问题，进一步提高单脉冲TMS诱发微弱信号提取的效率和准确率。本文提出了一种自适应滤波的TMS诱发电位提取装置。