本發(fā)明涉及腦電信號領(lǐng)域，尤其涉及一種腦電信號監(jiān)測處理方法。

技術(shù)背景

近年來，越來越多的非線性動力學(xué)方法開始應(yīng)用于腦電信號的分析。其中應(yīng)用最多的就是熵指數(shù)或復(fù)雜度指數(shù)，包括譜熵、近似熵、樣本熵、lz復(fù)雜度等。有研究表明，近似熵、樣本熵、lz復(fù)雜度對麻醉深度變化有很好的敏感性和特異性。

經(jīng)檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利申請03137747.5使用非線性動力學(xué)方法來對腦電信號進(jìn)行處理，主要采用關(guān)聯(lián)位數(shù)、復(fù)雜度和近似熵的綜合來給出一個非線性指標(biāo)，用于實時腦電信號監(jiān)測，但仍對于腦電信號的處理，仍有待對腦電信號做出進(jìn)一步的細(xì)分各種狀態(tài)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述技術(shù)缺陷，本發(fā)明提出一種腦電信號監(jiān)測處理方法，對腦電信號的幾個重要指標(biāo)進(jìn)行了更有效的分析處理，能更好的，更直觀的顯示腦的各種狀態(tài)。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種腦電信號監(jiān)測處理方法，包括如下步驟：

101)獲得無干擾的腦電信號；

102)根據(jù)步驟101)的腦電信號獲得頻域指標(biāo)，頻域指標(biāo)包括beta比率和各頻帶功率比，所述beta比率采用pwelch方法獲得，所述各頻帶功率比＝p相應(yīng)的頻帶/p1-47hz；

103)根據(jù)步驟101)的腦電信號獲得復(fù)雜度指標(biāo)，所述復(fù)雜度指標(biāo)為樣本熵，其具體獲得方法包括如下步驟：

201)確定模式維數(shù)m和相似容量r；

202)將腦電信號映射到m維相空間，形成點集{bi}，i＝1,2,...,n-m+1,其中，

bi＝(xi,xi+1,...,xi+m-1)；

203)計算bi與bj間的距離，

其中i、j＝1,2,...,n-m+1；

204令

j＝1,2,...,n-m且j≠i

其中，num是集合中元素個數(shù)；

205)令

206)令

j＝1,2,...,n-m且j≠i

其中bi′表示m+1維相空間中的點

207)求得樣本熵，sampen(m,r,n)＝-ln(a^m(r)/b^m(r))；

104)根據(jù)步驟101)的腦電信號獲得爆發(fā)抑制指標(biāo)，所述爆發(fā)抑制指標(biāo)包括當(dāng)腦電信號的振幅在±5μv以內(nèi)，且持續(xù)時間超過0.5秒時，認(rèn)為這是一段抑制信號，和爆發(fā)抑制比；

進(jìn)一步的，所述pwelch方法具體步驟如下：先將數(shù)據(jù)按2秒鐘一段，相鄰兩段重疊50％，分成n段，每段長m，然后計算每段信號的功率譜，以各段的平均功率譜作為整段信號的功率譜估計，設(shè)具體公式如下：

其中xt為每一小段的腦電信號數(shù)據(jù)，fi為頻率；

fs為采樣率

beta比率＝log(p30-47hz/p11-20hz)。

進(jìn)一步的，爆發(fā)抑制比的計算如下：

本發(fā)明的有益效果在于:一般的丙泊酚麻醉腦電變化規(guī)律如圖3所示：隨著麻醉深度的加深，復(fù)雜度逐漸降低；頻率先升高后降低。從圖3中可以看到，在清醒到麻醉ⅰ期時，復(fù)雜度的下降速度明顯，而在麻醉ⅱ期以后，隨著麻醉的加深，頻率的變化比復(fù)雜度明顯。在專利03137747.5中只著重采用了復(fù)雜度指標(biāo)信息的處理，而忽視了腦電信號中的頻域指標(biāo)，這樣其實對腦狀態(tài)的判斷不夠精確。本發(fā)明綜合考慮了這兩方面的信息，進(jìn)一步的完善了對腦電信號的處理，為得到的腦狀態(tài)合理的判斷，提供更精確的數(shù)據(jù)支持。

附圖說明

圖1是本發(fā)明方法的流程圖；

圖2是narcotrend分值與麻醉狀態(tài)的對應(yīng)圖；

圖3是麻醉狀態(tài)與腦電信號頻率、復(fù)雜度的關(guān)系圖；

圖4是本發(fā)明采集腦電數(shù)據(jù)的導(dǎo)聯(lián)位置圖；

圖5是ai指數(shù)與麻醉狀態(tài)的對應(yīng)圖；

圖6是本發(fā)明采用的決策樹分類器。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。

圖1是本發(fā)明的工作流程圖。本實施例中患者需滿足如下條件：

1.年齡18歲以上；

2.無精神疾?。?/p>

3.非顱面部手術(shù)；

4.采用的主要麻醉藥物為丙泊酚。

一般的丙泊酚麻醉腦電變化規(guī)律如圖3所示：

隨著麻醉深度的加深，復(fù)雜度逐漸降低，頻率先升高后降低。從圖3中可以看到，在清醒到淺麻時，復(fù)雜度的下降速度明顯，而在中度麻醉期以后，隨著麻醉的加深，頻率的變化比復(fù)雜度明顯。

步驟一：首先是采集腦電信號，一般選在醫(yī)院的手術(shù)室，采用專門的心電或腦電電極，配合腦電采集設(shè)備來獲取腦電信號,電極的位置采集的位置大致如圖4所示，并由醫(yī)生每隔5分鐘根據(jù)當(dāng)時的患者的血壓、心率等生理指標(biāo)標(biāo)定一次，標(biāo)定的種類有清醒、淺麻、中麻、深麻、過深麻醉。

步驟二，去除腦電信號中的偽跡和噪聲。腦電信號由于非常微弱，且非常容易受到眼電、肌電、工頻干擾、電子設(shè)備等的干擾，去除偽跡和噪聲是一個非常重要的步驟。如果不去除這些干擾，會導(dǎo)致許多錯誤的分析結(jié)果。在本發(fā)明的算法中，先將原始信號進(jìn)行濾波，去除高頻和低頻的干擾。濾波器選擇了100階的fir凱澤窗濾波器，通帶頻率為2-47hz。然后將信號分段，每段1秒鐘，并對每一段信號進(jìn)行判定。如果判定為干擾則將該段信號去除。

步驟三，利用30秒內(nèi)無干擾的腦電信號計算指標(biāo)。頻域指標(biāo)有beta比率、各頻帶(δ、θ、α、β1、β2)功率比、平均頻率等，復(fù)雜度指標(biāo)為樣本熵。設(shè)采樣率為fs，{xt}是一段腦電信號：

計算頻域指標(biāo)：先進(jìn)行功率譜估計，采用的是pwelch方法，先將數(shù)據(jù)按2秒鐘一段，相鄰兩段重疊50％，分成n段，每段長m。然后計算每段信號的功率譜，以各段的平均功率譜作為整段信號的功率譜估計。設(shè)具體公式如下：

其中是xt每一小段的數(shù)據(jù)，fi為頻率

beta比率＝log(p30-47hz/p11-20hz)

平均頻率＝∫1≤f≤47f×p(f)df

各頻帶功率比＝p相應(yīng)的頻帶/p1-47hz

計算樣本熵：

第一步：確定模式維數(shù)m＝3和相似容量r為0.2倍的信號標(biāo)準(zhǔn)差

第二步：將信號映射到m維相空間，形成點集{bi}，i＝1,2,...,n-m+1,其中，

bi＝(xi,xi+1,...,xi+m-1)

第三步：計算bi與bj間的距離，

其中i、j＝1,2,...,n-m+1

第四步：令

j＝1,2,...,n-m且j≠i

其中，num是求集合中元素個數(shù)的函數(shù)

第五步：

第六步：令

j＝1,2,...,n-m且j≠i

其中bi′表示m+1維相空間中的點

第七步：求得樣本熵，sampen(m,r,n)＝-ln(a^m(r)/b^m(r))

爆發(fā)抑制比的計算采用的是能量法,當(dāng)能量小于給定的閾值時，則認(rèn)為是抑制信號。本例中，當(dāng)腦電信號的振幅在±5μv以內(nèi)，且持續(xù)時間超過0.5秒時，認(rèn)為這是一段抑制信號。爆發(fā)抑制比的計算如下：

步驟四：采用的是決策樹分類器，將信號分為清醒、淺麻、中麻、深麻和過深麻醉五類。分類器是由c4.5型決策樹方法，利用采集的腦電數(shù)據(jù)庫訓(xùn)練出的。自變量是步驟三中計算的指標(biāo)，因變量是臨床麻醉醫(yī)生根據(jù)實際需要的標(biāo)定。一般決策樹方法都會產(chǎn)生過擬合現(xiàn)象，不利于方法的推廣，需要對訓(xùn)練出的決策樹進(jìn)行剪枝。剪枝總體的原則是：1.決策樹要盡可能的簡單，這樣有利于其推廣；2.決策樹一定要符合生理知識。本例中，最終形成的決策樹如圖5，th1、th2、th3、th4、th5分別是決策樹算法在各個節(jié)點處計算出的閾值。

步驟五：采用的是線性加權(quán)的方法，將指標(biāo)整合為ai指數(shù)，計算公式如下：

其中wi為指標(biāo)indexi的權(quán)重。不同指標(biāo)在不同的麻醉狀態(tài)下的權(quán)重都不一樣。根據(jù)圖3在清醒到淺麻期復(fù)雜度的變化最明顯，因此權(quán)重最大。同樣深麻期頻率指標(biāo)的權(quán)重變得最大。ai數(shù)值和麻醉狀態(tài)的大致關(guān)系如圖6。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明保護(hù)范圍內(nèi)。