不同模式下的EEG-EMG信号相干性和信息熵研究

发布时间：2017-05-17 16:34

  本文关键词：不同模式下的EEG-EMG信号相干性和信息熵研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：大脑运动皮层发出指令,经过中枢神经系统沿着运动传导通路支配肢体完成肌肉运动；肢体的体感沿感觉传导通路反馈至脊髓、脑干和小脑,在大脑的感觉区与运动区加以综合分析,并调节运动指令,准确完成动作。这种大脑皮层与肌肉收缩之间的功能耦合作用,表明了脑电信号和肌电信号之间具有一定的相干特性。穴位周围存在密集的感觉神经末梢及血管,刺激穴位能否激活与其相连通的可兴奋运动神经元和大脑皮层的特定区域,是目前研究和应用的焦点。本文基于经穴电刺激方式和自主动作模式,采集相应脑电和肌电信号,并进行特征提取与分析,研究大脑皮层和肌肉运动之间的相互作用。具体工作如下：(1)设计经穴电刺激诱发实验范式,搭建实验平台。选取人体的内关和曲池穴,给予不同频率的连续波、断续波、疏密波经穴电刺激。分别对自主动作、经穴电刺激下,进行实验测量,同步采集FC3, C3, CP3, FC4, C4, CP4共6个导联的脑电信号和桡侧腕屈肌的表面肌电信号。(2)采用自适应陷波器和小波阈值去噪算法,对采集到的原始脑电信号和肌电信号进行预处理,去除工频干扰、噪声和伪迹,获得纯净的诱发信号。(3)采用时域、频域和时频域的分析方法,对经穴电刺激诱发的表面肌电信号进行分析。通过与自主动作产生的肌电信号比较得出：经穴电刺激下,表面肌电信号均方根幅度增大,功率谱分布向高频方向移动,肌电信号的平均功率频率和中值频率增大且稳定,能量高且分布均匀,表明刺激穴位可以引起运动神经元兴奋。(4)采用小波熵、样本熵非线性分析方法,研究脑电和肌电信号特征,探讨其在穴位刺激下的复杂度和有序性。结果表明：穴位刺激模式下,脑电信号和肌电信号样本熵、小波熵均发生改变。表明穴位刺激激活了大脑神经中枢和运动神经元,序列的复杂度降低,有序性增强,脑电-肌电信号协同性提高。(5)采用小波相干系数方法,对脑电和肌电信号特征进行时频相干性分析。结果表明：穴位刺激下的脑-肌电相干性主要集中于15-30Hz频段,对应于大脑的β节律,而自主动作下的脑-肌电相干性集中在30-40Hz频段,对应大脑的γ节律；疏密波经穴电刺激方式下,脑电-肌电的小波相干特性最为显著；穴位电刺激诱发的腕部肌肉收缩与对侧大脑运动区相干性最强。本文的研究成果可应用于人工智能、仿生机器人、康复与运动医学以及脑认知科学等领域,为深入地理解肢体肌肉运动与大脑活动间的关系奠定基础,具有科学和应用双重价值。
【关键词】：经穴电刺激 特征提取 小波相干 小波熵 样本熵
【学位授予单位】：山西大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：R245;TN911.7
【目录】：

• 中文摘要10-12
• ABSTRACT12-15
• 第一章 绪论15-21
• 1.1 研究背景与意义15-16
• 1.2 国内外研究现状与分析16-18
• 1.2.1 脑电和肌电信号的特征提取方法现状16-17
• 1.2.2 脑电-肌电相干性国内外研究进展17-18
• 1.3 经皮穴位电刺激研究概况18-19
• 1.3.1 经皮穴位电刺激技术18-19
• 1.3.2 经皮穴位电刺激的应用现状19
• 1.4 论文研究内容及章节安排19-21
• 1.4.1 主要研究内容19-20
• 1.4.2 章节安排20-21
• 第二章 脑电和肌电信号采集与预处理21-33
• 2.1 脑电和肌电信号产生机理21-23
• 2.1.1 脑电信号产生机理与特点21
• 2.1.2 肌电信号产生机理与特点21-23
• 2.2 实验平台设计23-28
• 2.2.1 实验环境与实验设备23-25
• 2.2.2 穴位与骨骼肌选取25
• 2.2.3 实验方案设计25-26
• 2.2.4 脑电信号和肌电信号采集26-28
• 2.3 脑电-肌电信号预处理28-32
• 2.3.1 自适应陷波器设计29
• 2.3.2 小波阈值去噪29-30
• 2.3.3 仿真结果30-32
• 2.4 本章小结32-33
• 第三章 经穴电刺激下表面肌电信号的特征提取与分析33-41
• 3.1 表面肌电信号时域特征分析33-34
• 3.1.1 表面肌电信号时域分析方法33
• 3.1.2 实验结果与分析33-34
• 3.2 表面肌电信号频域特征分析34-37
• 3.2.1 表面肌电信号频域分析方法34-35
• 3.2.2 实验结果与分析35-37
• 3.3 表面肌电信号时频域特征分析37-39
• 3.3.1 表面肌电信号时频域分析方法37
• 3.3.2 实验结果与分析37-39
• 3.4 本章小结39-41
• 第四章 多模式下脑电-肌电信号信息熵分析41-53
• 4.1 信息熵分析方法41-43
• 4.1.1 样本熵分析方法41-42
• 4.1.2 小波熵分析方法42-43
• 4.2 脑电-肌电信号信息熵分析43-50
• 4.2.1 自主动作和经穴电刺激下脑电-肌电信号样本熵分析43-46
• 4.2.2 自主动作和经穴电刺激下脑电-肌电信号小波熵分析46-48
• 4.2.3 不同经穴电刺激模式下脑电-肌电信号样本熵的分析48-49
• 4.2.4 不同经穴电刺激模式下脑电-肌电信号小波熵的分析49-50
• 4.3 本章小结50-53
• 第五章 多模式下脑电-肌电信号相干性分析53-65
• 5.1 脑电-肌电信号的小波相干分析方法53-58
• 5.1.1 小波相干分析方法53-54
• 5.1.2 小波相干分析仿真实现54-58
• 5.2 脑电-肌电信号相干性分析58-63
• 5.2.1 不同频率连续波电刺激下的脑电-肌电信号相干性分析58-60
• 5.2.2 不同频率断续波电刺激下的脑电-肌电信号相干性分析60-61
• 5.2.3 三种经穴电刺激模式下的脑电-肌电信号相干性比较61-63
• 5.3 本章小结63-65
• 第六章 总结与展望65-67
• 6.1 工作总结65-66
• 6.2 未来工作展望66-67
• 参考文献67-72
• 攻读学位期间取得的研究成果72-73
• 致谢73-74
• 个人简况及联系方式74-75
• 承诺书75-76

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

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2 肖毅;陈善广;王春慧;;基于熵理论和复杂度的肌电信号分析[J];科技导报;2009年21期

3 吴捷;张宁;杨卓;张涛;;小波相干分析及其在听觉与震动刺激事件相关诱发脑电处理中的应用[J];生物物理学报;2007年06期

4 燕楠;王珏;魏娜;宗良;;基于样本熵的注意力相关脑电特征信息提取与分类[J];西安交通大学学报;2007年10期

5 张希;明东;李林枫;张雪君;;神经肌肉电刺激诱发的下肢运动疲劳信息检测与处理技术研究[J];中国生物医学工程学报;2011年05期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 于洪丽;磁刺激穴位脑电特征信号提取及分析[D];河北工业大学;2011年

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本文编号：373895