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基于交叉和排序递归图的癫痫脑电RQA分析

基于交叉和排序递归图的癫痫脑电RQA分析

作者：冯思源南京邮电大学

学位级别：硕士

作为一种慢性脑功能失调综合征,癫痫具有脑神经元异常放电引起反复性发作的特征,会对患者的脑神经、行为以及寿命产生很大影响。在现代社会,癫痫疾病的发病率慢慢变成仅次于心脑血管疾病的第二大疾病,因其发病原因多样,长期反复发作,为... 详细信息

作为一种慢性脑功能失调综合征,癫痫具有脑神经元异常放电引起反复性发作的特征,会对患者的脑神经、行为以及寿命产生很大影响。在现代社会,癫痫疾病的发病率慢慢变成仅次于心脑血管疾病的第二大疾病,因其发病原因多样,长期反复发作,为预防和治疗带来了一定困难,给人类和社会带来了很大危害。脑电(EEG,electroencephalogram)是人体重要的生物电信号之一,蕴藏了很多大脑有关的生理病理信息。论文从非线性角度,分析癫痫脑电信号特征与正常脑电信号的不同,从而得出有效结论,来为临床区分两种脑电信号提供新的思路。论文主要内容有:(1)基于CRP的脑电信号分析为了分析不同非线性特征序列之间动力学相似性的强弱,论文应用了分析两条序列的交叉递归图(CRP,Cross Recurrence Plot)来研究脑电信号不同导联间耦合关系,并利用递归定量分析(RQA,Recurrence Quantitative Analysis)参数进行定量的检测,实验证明癫痫患者脑电信号不同导联间的动力学特性相似度更高。(2)基于ORP的脑电信号分析论文应用排序递归图(ORP,Order Recurrence Plot)分析脑电信号和癫痫脑电信号,先通过ORP进行定性分析,再通过RQA参数进行定量分析,数值计算证明癫痫患者的EEG信号比正常人EEG信号具有更强的确定性,得出作为非线性动力系统的大脑神经系统由于病变混沌性减弱的结论。(3)基于安卓平台的分析系统实现论文将两种递归图算法实现在现下流行的安卓系统上,通过在eclipse平台下开发APP实现对EEG信号的读取,经过处理和计算后显示其递归图递归定量参数的功能。该分析系统可用于脑功能移动监护评估和辅助诊断。

关键词： EEG 癫痫递归图递归定量分析交叉地归图排序递归图安卓

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基于复杂度的针刺脑电信号特征提取

物理学报 2011年第11期60卷 735-743页

作者：边洪瑞王江韩春晓邓斌魏熙乐车艳秋天津大学电气与自动化工程学院天津300072 天津职业技术师范大学天津300222

为探究针灸刺激对大脑活动产生的影响,文章设计了4种针刺频率针刺右腿足三里穴获取脑电的实验.首次采用排序递归图和关联维数方法提取针刺脑电信号的复杂度参数来反映针刺大脑的功能状态,并基于这些方法研究了针刺作用对大脑功能区域的... 详细信息

为探究针灸刺激对大脑活动产生的影响,文章设计了4种针刺频率针刺右腿足三里穴获取脑电的实验.首次采用排序递归图和关联维数方法提取针刺脑电信号的复杂度参数来反映针刺大脑的功能状态,并基于这些方法研究了针刺作用对大脑功能区域的影响以及不同针刺频率与脑电复杂度的相关性.发现针刺时脑电的复杂度高于针刺前,尤以频率为100次/min的针刺影响最为明显;从FP2,F7,T3导联脑电中提取的确定性指标(DET)可作为区分针刺状态与针刺前状态的一种特征参数.

关键词：针灸脑电排序递归图关联维数

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基于递归图网络构建的脑电信号研究

基于递归图网络构建的脑电信号研究

作者：闫祥涛南京邮电大学

学位级别：硕士

人脑是由100多亿神经元细胞构成的网络结构,在大脑的神经活动中表现出高度的复杂性、非平稳性和非线性行为。利用递归图和复杂网络理论能够研究大脑在进行神经活动时不同区域之间的相互作用、拓扑结构和动力学信息以及生理功能。脑电(EE... 详细信息

人脑是由100多亿神经元细胞构成的网络结构,在大脑的神经活动中表现出高度的复杂性、非平稳性和非线性行为。利用递归图和复杂网络理论能够研究大脑在进行神经活动时不同区域之间的相互作用、拓扑结构和动力学信息以及生理功能。脑电(EEG,electroencephalogram)蕴含了大量与人脑相关的生理病理信息,是人体非常重要的生理电信号之一。本文从递归图和复杂网络角度分析了睡眠脑电和清醒时脑电信号的不同,从而得出结论,为研究睡眠状态下大脑的状态提供了重要的理论依据。其中,包含的主要工作有:一、首先使用递归图对睡眠脑电和清醒脑电进行分析。对脑电信号进行相空间重构时,分别采用自相关函数法和Cao方法确定延迟时间和嵌入维数。利用递归图(RP,Recurrence Plot)来分析睡眠脑电和清醒脑电相空间重构后网络递归特性的不同,在此基础之上使用递归定量分析(RQA,Recurrence Quantitative Analysis)对其进行量化分析,实验证明清醒脑电信号非线性特性更强,不确定性更高。二、论文应用排序递归图(ORP,Order Recurrence Plot)分析睡眠脑电和清醒脑电信号。先使用排序递归图对两种脑电信号的递归特性进行定性分析,然后使用RQA进行定量分析,实验证明,清醒状态的脑电信号的非线性特性明显强于睡眠状态,即进入睡眠状态之后,大脑神经系统非线性减弱。该方法与递归图的RQA相比,两种信号之间的区分度更高,效果更佳。三、使用递归图分析时获得的递归矩阵,构建复杂网络,并对网络进行可视化,定性的分析两种信号网络拓补结构的不同,进而使用复杂网络的参数,定量的分析两种网络之间的区别。论文中使用的方法适用于分析睡眠脑电和清醒脑电网络的之间的区别,有助于了解睡眠脑电和清醒脑电神经网络的动力学行为差异。

关键词： EEG 递归图排序递归图复杂网络

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递归定量分析在视听脑电信号中的应用研究

递归定量分析在视听脑电信号中的应用研究

作者：李世丹太原理工大学

学位级别：硕士

大脑作为人体最复杂的器官,具有强大的功能。通过脑科学的研究可以认识大脑,揭秘脑功能的本质并对相关脑疾病进行诊断、治疗及预防;同时可以通过人工智能创造大脑从而激发大脑的潜在功能。在人类通过多感官通道的信息整合认识世界的过程... 详细信息

大脑作为人体最复杂的器官,具有强大的功能。通过脑科学的研究可以认识大脑,揭秘脑功能的本质并对相关脑疾病进行诊断、治疗及预防;同时可以通过人工智能创造大脑从而激发大脑的潜在功能。在人类通过多感官通道的信息整合认识世界的过程中,视觉与听觉作为最重要的两个感官通道,其整合效应的研究对人类了解自身、诊断及修复功能障碍有着重要的意义。同时,多感官的整合为人工智能的进一步发展提供可能。为此,本文采用基于排序递归图的递归定量分析对视听脑电信号进行了特征提取并分析了两者的整合效应。主要工作研究如下:首先,针对研究的课题,综合概述了国内外的相关研究,分析了脑电信号的产生,特点及分类,并详细介绍了脑电信号预处理的几种常用方法及脑电信号分析几大类方法。其次,详细介绍时频分析中经典的小波变换方法及非线性分析中排序递归图的递归定量分析方法。对排序递归图中符号化的各空间状态存储做出理论性变更,节省了数据处理的时间及存储空间。为进一步分析两种方法,分别采用这两种方法对正常与酗酒两组被试脑电数据特征提取,通过SVM对两组被试特征采用留一交叉验证法进行分类,根据灵敏度、特异性、正确率综合比较两种方法在特征分类中的优劣,验证了非线性分析方法中排序递归图的RQA对脑电信号的特征提取具有可行性及有效性。最后,通过设计实验、脑电数据采集、脑电信号预处理,对视听任务刺激范式下的脑电信号采用排序递归图的方式显示其相空间,并通过量化参数对其变化定量分析。结果表明,视听感官通道在信息整合的过程中有增强与阻碍的作用,不同的外界刺激带来不一样的整合效果。

关键词：脑电信号小波变换排序递归图递归定量分析多感官整合

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自然风场信号的非线性特性分析

自然风场信号的非线性特性分析

作者：吴展协天津大学

学位级别：硕士

当前城市人口密度越来越大,城市管线也越来越密集,加之大规模生产企业的急剧增多,极易发生大范围毒害气体泄漏事故。因此,迫切需要开展毒害气体泄漏源快速定位的应用基础研究。风是毒害气体的主要载体,对自然风场变化规律的准确解读,一... 详细信息

当前城市人口密度越来越大,城市管线也越来越密集,加之大规模生产企业的急剧增多,极易发生大范围毒害气体泄漏事故。因此,迫切需要开展毒害气体泄漏源快速定位的应用基础研究。风是毒害气体的主要载体,对自然风场变化规律的准确解读,一方面将有助于我们设计更高效的气体泄漏源寻踪算法;另一方面将对寻踪算法的参数优化提供重要线索。为此,本文从非线性及复杂网络角度对自然风场的空间分布差异及流动特性进行解读,主要工作如下:一、利用不同视距的有限穿越可视图算法对加噪前后的Lorenz时间序列进行构网,并通过分析所得网络的网络指标探讨视距对于有限穿越可视图抗噪能力的影响。结果表明,对于不含突变的Lorenz时间序列,视距无法提高有限穿越可视图算法的抗噪能力。但是对于含突变的Lorenz时间序列,视距可以充分提高有限穿越可视图算法的抗噪能力。二、利用网络模体频数对水平及竖直方向上的风速及风向时间序列进行复杂性分析。结果表明,竖直平面上风速信号的复杂性高于水平平面上的风速信号,水平平面与竖直平面内的风向信号的复杂性没有明显区别。在对风速及风向时间序列的复杂性进行对比分析时发现,虽然所有风速与风向信号的复杂性并没有明显区别,水平平面上的风速与风向信号的复杂性也没有明显区别,但是在竖直平面上,风速时间序列的复杂性高于风向时间序列。三、利用排序递归图及递归定量分析方法对室内外风速及风向时间序列进行对比分析。结果表明,室内外风速时间序列的排序递归图及递归特征量有明显区别,且室内风速时间序列的复杂性高于室外风速时间序列。然而,室内外风向时间序列的排序递归图及递归特征量并没有明显差别,即室内外风向时间序列的复杂性没有明显区别。四、首先对域重新标度分析法与消除趋势波动法这两种分形维数计算方法的抗噪能力进行对比分析。然后,利用抗噪能力较高的消除趋势波动法计算采样频率为1Hz、2Hz、4.2Hz、4.5Hz、5Hz、8.3Hz、12.5Hz、16.7Hz的风速时间序列的分形维数,并比较不同采样频率风速时间序列的分形维数的变化趋势,为风速仪的优化选型提供指导。

关键词：有限穿越可视图视距模体排序递归图递归定量分析分形维数

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针刺足三里对EEG影响的研究

针刺足三里对EEG影响的研究

作者：边洪瑞天津大学

学位级别：硕士

针灸是中国医学中一种独特的治疗方法,长久的临床实践充分证明了其有效性,但仍不清楚针灸是怎样调节与影响人体的各功能的机理,本文从脑电(EEG)角度研究针刺的作用机制。本文设计了4种捻转频率针刺右腿足三里穴测取大量EEG的实验,并采... 详细信息

针灸是中国医学中一种独特的治疗方法,长久的临床实践充分证明了其有效性,但仍不清楚针灸是怎样调节与影响人体的各功能的机理,本文从脑电(EEG)角度研究针刺的作用机制。本文设计了4种捻转频率针刺右腿足三里穴测取大量EEG的实验,并采用非线性方法探索与研究不同频率的针刺对大脑活动的影响。首先,采用关联维数及排序递归图提取单通道及全脑域EEG的复杂度参数,并基于这些方法研究针刺对大脑功能区域的影响以及不同针刺频率与EEG复杂度的相关性,发现针刺时EEG的复杂度高于针刺前,尤以频率为100次/分钟的针刺影响最为明显,这为临床上给病人施加合适的针刺频率提供了理论依据。?其次,利用小波变换提取EEG的1、2、3、4、A共5种基本节律,并通过小波包熵及排序递归图等方法深入研究针刺对EEG的这5种节律的影响,发现针刺对5种节律的影响程度有很大差别,同时得到针刺频率与5种EEG节律的复杂度之间的相关性。最后,通过基于排序递归图的互信息方法提取不同状态下EEG信号的特征参数,分析针刺作用下不同脑功能区之间的信息流动情况,继而从同步性角度探索针刺足三里穴对大脑活动作用的规律,发现针刺能够提高左脑及右脑区域内的同步性,但对左右脑之间的同步性影响不明显。本文的研究成果证明针刺对大脑活动产生了显著影响,并为大脑认知障碍等相关疾病的针灸治疗提供一定的理论依据。

关键词：针刺 EEG 关联维数排序递归图小波变换小波包熵互信息

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基于稀疏表示理论的风速信号波动特征分析

基于稀疏表示理论的风速信号波动特征分析

作者：马文新天津大学

学位级别：硕士

开展智能机器人快速定位毒害气体泄漏源的研究,无论在民用还是军用领域都蕴藏着巨大的应用价值。但复杂多变的实际气流场环境给智能机器人气味源快速搜寻和定位带来了极大的困难和挑战。深入研究复杂气态流场的流动及演化规律将为上述... 详细信息

开展智能机器人快速定位毒害气体泄漏源的研究,无论在民用还是军用领域都蕴藏着巨大的应用价值。但复杂多变的实际气流场环境给智能机器人气味源快速搜寻和定位带来了极大的困难和挑战。深入研究复杂气态流场的流动及演化规律将为上述难题的解决提供非常有价值的线索。本文主要借助稀疏表示理论,对自然风场的风速波动特性及不同环境的波动差异进行深入细致的研究,获得了对自然风场的一些规律性认识。具体工作如下:一、对稀疏表示理论中五种算法的性能做了对比测试分析。其中基追踪(BP)、匹配追踪(MP)以及正交匹配追踪(OMP)三大稀疏求解算法的测试结果表明:选择相同的误差容限,将同一段风速信号在相同的字典上进行分解,OMP方法得到的向量是最稀疏的;DCT分析字典和K-SVD学习字典的对比测试结果表明:K-SVD学习字典具有更强的表征能力,原因在于K-SVD字典通过对风速信号样本进行一定次数的迭代训练,可以更好地捕捉到信号的内部特征结构。二、由于K-SVD字典通过对风速信号样本的不断训练可以有效地捕捉到风速信号的细节波动特征,因此采用该算法从室内外三维合成风速信号中提取出局部细节特征。最后采用排序递归图结合递归定量分析方法对两种局部细节特征做了分析和对比,由分析结果可知:室内风速信号与室外风速信号具有相似的局部细节特征,但整体而言室内风速信号的波动特性要比室外风速信号更加复杂。三、K-SVD字典训练时没有考虑到相邻信号片段的相关性、连续性,造成了字典原子的冗余性。而卷积稀疏编码充分地考虑到了信号的局部相关性,对整段风速信号进行训练,每次迭代时,进行全局搜索,查找信号的特征。故本文采用卷积稀疏编码算法分别从整段室内外三维合成风速信号中训练出滤波器字典,作为风速信号的全局波动特征。最后同样采用排序递归图和递归定量分析方法对室内外风速信号全局波动特征进行分析,得到如下结论:室内外风速信号中含有相近的波动成分,但从整体来看,室内风速信号的波动成分要比室外信号更加复杂,随机性更强。

关键词：风速信号稀疏表示稀疏求解字典构造卷积稀疏编码排序递归图递归定量分析