周陽(yáng) 周宇 湖南省醫(yī)療器械檢驗(yàn)檢測(cè)所 （湖南 長(zhǎng)沙 410014）

基于Welch法的右側(cè)腦區(qū)靜息腦電信號(hào)的頻域相干性分析

周陽(yáng) 周宇＊湖南省醫(yī)療器械檢驗(yàn)檢測(cè)所 （湖南 長(zhǎng)沙 410014）

文章利用腦電數(shù)據(jù)，基于Welch的功率譜頻域相干分析方法來(lái)探索右側(cè)大腦腦區(qū)內(nèi)的信息相干性。

靜息腦電 相干函數(shù) Welch法

目前常用的有效可行的腦電信號(hào)分析方法有時(shí)域分析法、頻域分析法、時(shí)頻分析法、非線性分析法以及人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)[1]。腦電相干性是研究大腦不同區(qū)域功能聯(lián)系的一種無(wú)創(chuàng)性技術(shù)，腦電信號(hào)之間的相干值越大，說(shuō)明同步化活動(dòng)程度越高[2]。

1.Welch算法及靜息腦電頻域相干性

Welch算法譜估計(jì)采取數(shù)據(jù)分段加窗再求平均，先分別求出每段的譜估計(jì)xi(f)得到功率譜Px( f)。將長(zhǎng)度為N的數(shù)據(jù)分成L段，每段長(zhǎng)度取M = N/L，且各段數(shù)據(jù)均部分重疊，公式如下：

x( f)和y( f)兩個(gè)函數(shù)的互功率譜公式為：

其中，X( f)是x( f)的傅里葉變換，Y*( f)是y( f)的傅里葉變換的復(fù)共軛。

相干性分析公式及相干系數(shù)公式分別為：

其中，Px( f)和Py( f)是自功率譜，Pxy( f)為兩個(gè)信號(hào)的互功率譜。

2.實(shí)驗(yàn)結(jié)果

依據(jù)5個(gè)主要腦電波分量α波、β波、γ波、θ波以及δ波，采用10-20標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)聯(lián)的擴(kuò)展。在長(zhǎng)為60000點(diǎn)的腦電數(shù)據(jù)樣本中取其5001點(diǎn)到8000點(diǎn)來(lái)進(jìn)行分析。使用MATLAB實(shí)驗(yàn)程序得出：

2.1 右額葉區(qū)

以F4為中心，上下左右電極選取AF4，F(xiàn)C4，F(xiàn)2，F(xiàn)6共4個(gè)電極，做5個(gè)電極的兩兩相關(guān)。

橫坐標(biāo)表示頻率，縱坐標(biāo)表示互譜密度函數(shù)，由圖1所示右額葉區(qū)中心電極F4與其他4個(gè)電極的互功率譜關(guān)系均為由最大值逐步向零趨近，（b）相對(duì)于（a）下移，（c）和（d）相對(duì)于（a）上移。

F4與AF4的相干系數(shù)為0.9939，相干度較高；F4與FC4的相干系數(shù)為0.9849，相干度較高；F4與F2的相干系數(shù)為0.9210，相干度較高；F4與F6的相干系數(shù)為0.8217，相干度較為適中。

圖1. 右額葉區(qū)的互功率譜

圖2. 右頂葉區(qū)的互功率譜

2.2 右頂葉區(qū)

以CP4為中心，上下左右選取C4，P4，CP2，CP6，做5個(gè)電極的兩兩相關(guān)。

橫坐標(biāo)表示頻率，縱坐標(biāo)表示互譜密度函數(shù)，由圖2所示右頂葉區(qū)中心電極CP4與其他4個(gè)電極的互功率譜關(guān)系均為由最大值逐步向零趨近，（b）和（d）相對(duì)于（a）上移，（c）相對(duì)于（a）下移。

CP與C4的相干系數(shù)為0.5273，相干度較低；CP4與P4的相干系數(shù)為0.8026，相干度適中；CP4與CP2的相干系數(shù)為0.7369，相干度適中；CP4與CP6的相干系數(shù)為0.7572，相干度較為適中。

2.3 右顳葉區(qū)

以T8為中心，上下電極選取F8，F(xiàn)T8和P8，TP8，做5個(gè)電極的兩兩相關(guān)。

橫坐標(biāo)表示頻率，縱坐標(biāo)表示互譜密度函數(shù)，由圖3所示右顳葉區(qū)中心電極T8與其他4個(gè)電極的互功率譜關(guān)系均為由最大值逐步向零趨近，（b）、（c）和（d）相對(duì)于（a）均上移。

T8與F8的相干系數(shù)為0.8320，相干度適中；T8與FT8的相干系數(shù)為0.8176，相干度適中；T8與P8的相干系數(shù)為0.8999，相干度適中；T8與TP8的相干系數(shù)為0.9295，相干度較高。

圖3. 右顳葉區(qū)的互功率譜

圖4. 右枕葉區(qū)的互功率譜

2.4 右枕葉區(qū)

以O(shè)2為中心，上左右電極選取PO4，Oz，PO8，做4個(gè)電極的兩兩相關(guān)。

橫坐標(biāo)表示頻率，縱坐標(biāo)表示互譜密度函數(shù)，由圖4所示右枕葉區(qū)中心電極O2與其他三個(gè)電極的互功率譜關(guān)系均為由最大值逐步向零趨近，（b）相對(duì)于（a）下移，（c）相對(duì)于（a）上移。

O2與PO4的相干系數(shù)為0.9300，相干度較高；O2與Oz的相干系數(shù)為0.9580，相干度較高；O2與PO8的相干系數(shù)為0.8999，相干度適中。

[1]黃小娜,石硯.腦電EEG信號(hào)的分析方法[J].甘肅科技,2010,26(9):17-18.

[2]Li KD,Sun GF.Correlation between ventilation and EEG-defined arousal during sleep onset in young subjects[J].IEEE Computer Society,2009,83(6):430-435.

Frequency - domain Coherence Analysis of Resting EEG Signals in the Right Brain Region Based on the Welch Method

ZHOU Yang ZHOU Yu＊Hunan Testing Institute for Medical Devices(Hunan Changsha 410014)

1006-6586(2017)19-0029-02

TP274

A

2017-08-14

周陽(yáng)，初級(jí)工程師，主要研究方向：生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)；周宇，通訊作者，初級(jí)工程師，研究方向：生物醫(yī)學(xué)工程/通信工程。