[发明专利]一种经颅直流电刺激下去除脑电信号噪音的方法与系统

说明书

本发明公开了一种经颅直流电刺激下去除脑电信号噪音的方法与系统，采用经颅直流电刺激兼容的脑电帽，在对被试进行经颅直流电刺激施加过程中，同步采集脑电信号；对采集到的脑电信号进行预处理；采用独立成分分析算法对预处理后的脑电信号进行噪音成分提取，识别经颅电刺激引起的特异性噪声成分；采用特定频段的带通滤波方法，去除脑电信号中的相应噪音成分；针对滤波后的脑电信号进行独立成分分析，去除脑电信号中剩余的噪音成分，得到去噪后的脑电信号。本发明率先提出一种经颅直流电刺激下去除脑电信号噪音的方法与系统，使得经过处理后的不同经颅直流电刺激极性下任务态和静息态的脑电信号都拥有了较高的信噪比，可用于进一步的分析。

技术领域

本发明涉及非侵入式神经调控技术领域，具体涉及一种经颅直流电刺激下去除脑电信号噪音的方法与系统，主要针对经颅直流电刺激(tDCS)刺激阶段采集到的脑电信号(包括事件相关电位和静息态信号)的去噪方法，主要应用于tDCS调控参数的优化、认知功能的调控和神经精神类疾病的干预。

背景技术

经颅直流电刺激(tDCS)是一种通过电流调控大脑兴奋性的无创脑部刺激技术，以往研究展示了其对认知功能以及精神疾病的调制和干预的有效作用，但调控方案和机制的不明确却阻碍了其临床应用和推广。tDCS和脑成像技术的结合则致力于解决这一问题，一方面，这种结合有利于实时观测并优化tDCS刺激过程中的调控参数；另一方面，通过调控目标脑区的兴奋性，并在特定实验设计下采集脑成像数据，有利于揭示人类认知与脑活动的因果关系。

脑电(EEG)是一种无创的脑成像技术，其可以采集头皮上微弱的神经电信号，但同时也容易受到噪音干扰。由于tDCS在刺激过程中产生了远远大于神经源信号的噪音(在2mA的刺激下超过1000倍)，在tDCS刺激过程中采集到的脑电信号通常无法被用于进一步的分析。因此，以往结合EEG和tDCS的研究局限于在tDCS刺激前和刺激后采集和分析脑电信号，无法对刺激过程中的信号进行有效分析，导致无法探查调控过程中脑活动的变化。因此，评估tDCS刺激过程中同步采集的脑电信号的噪音特征和开发相应的去噪技术是推动tDCS在认知神经科学和临床神经科学中应用的重要前提。

以往研究对tDCS刺激过程中采集到的脑电信号的噪音成分开展过系统性的回顾，但尚无结合噪音特性进行针对性的去噪技术的开发，这可能是当下制约tDCS刺激过程中同步采集脑电(EEG-tDCS)应用的最主要原因。

发明内容

为了提升经颅直流电刺激调控过程中采集到的脑电信号的信噪比，推动经颅直流电刺激调控过程中同步采集脑电(EEG-tDCS)的应用，本发明提供了一种经颅直流电刺激下去除脑电信号噪音的方法与系统。

本发明采用如下技术方案：

一方面，本发明提供了一种经颅直流电刺激下去除脑电信号噪音的方法，所述方法包括：

步骤1，采用经颅直流电刺激兼容的脑电帽，在对被试进行经颅直流电刺激施加过程中，同步采集脑电信号；

步骤2，对采集到的脑电信号进行预处理，得到预处理后的脑电信号；

步骤3，采用独立成分分析算法对预处理后的脑电信号进行噪音成分提取，对提取到的噪音成分特性进行分析，识别经颅电刺激引起的特异性噪声成分；

步骤4，根据提取到的噪音特性，采用特定频段的带通滤波方法，去除脑电信号中的相应噪音成分；

步骤5，针对滤波后的脑电信号分别进行独立成分分析，去除脑电信号中剩余的噪音成分，得到去噪后的脑电信号。

所示步骤1中数据采集的方法是：

采用经颅直流电刺激兼容的脑电帽进行数据采集；在经颅直流电刺激施加过程中采用0.1Hz的高通在线滤波器，防止经颅直流电刺激的施加造成脑电信号饱和。

所述步骤2中对脑电信号进行预处理的方法是：