EEG-fMRI混合脑机接口系统中EEG信号的在线去伪迹研究

发布时间：2020-09-16 16:18

　　随着脑科学研究的不断发展,人们对大脑的工作机制越来越感兴趣,并且随着科技的进步,越来越多的技术被应用到大脑研究领域中,脑电信号以及功能性核磁共振成像是目前应用最广的两种方法,两种方法各自在时空分辨率上有着各自的优势,将两者结合起来彼此互补成了新的研究趋势。但是在核磁共振扫描环境下,采集的脑电信号会引入较强的伪迹,本文的主要工作就是搭建磁共振环境下的脑机接口系统,对脑电信号中引入的核磁伪迹进行在线去除,为之后的EEG-MRI信号融合做好准备工作。首先本文对磁场伪迹产生的原因作了介绍,并对伪迹的种类及特点作了详细的分析。之后介绍了前人针对磁场伪迹的特点提出的去噪方法,其中最常用的算法为平均模板去噪算法(AAS)以及基于PCA的最优基去噪算法(OBS)。AAS算法计算相对简单,不需要很高的计算量,但是只适用于理想化的噪声模型,处理结果有较大的残留伪迹。OBS算法处理结果虽然大大减小了残留伪迹,但仍然有一定的噪声残留,并且在去噪过程容易将脑电信号的成分去除,破坏脑电信号的完整性。本文针对残留的伪迹提出了新的去噪算法,即在构造最优基的过程中考虑主成分分析得到的特征向量与噪声模板的相关系数,构造新的最优基进行去噪。之后提出采用最小均方自适应滤波,对信号中的残留伪迹作进一步的去除,并最大程度地保留脑电信号的完整性。随后,作者使用Brain Product公司的Brain Amp MR设备搭建磁共振室环境下的脑机接口实验系统,并将上述的去噪算法在线化,在该系统中进行实现,结合到脑机接口实验系统中进行在线实验。本文主要采用P300字符输入实验系统作为核磁共振扫描环境下的脑机接口实验,通过P300字符输入在线实验,验证算法的效果,并将实验结果与其他传统的去伪迹算法进行比较。
【学位单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TN911.7;R318
【部分图文】：

电极分布,放大器,光纤电缆,可充电电池

只能采用经过特殊设计的实验设备，才能在这样rain Products 公司针对核磁共振扫描环境设计的 BrainA核磁扫描腔中进行脑电信号的同步采集。普通屏幕等显境下，本文采用 NordicNeuroLab 公司针对功能性磁共isual stimulation 系统进行脑机接口实验。电极帽，为 Brain Amp MR 系列设备的放大器，该设备经过特中，信号经过光纤电缆发送到控制室计算机 usb 接口个通道，如果实验需要 64 通道，可以采用两个放大器Hz，较高的采样频率保证了数据的质量，但同时也给信。该设备采用可充电电池进行供电，供电设备可直接带供电带来的工频干扰。

磁共振,电极分布,设备,显示设备

11图 2-2 BrainAmp MR 系列设备电极帽及电极分布图2.1.2 同步设备及转接设备在磁共振扫描环境下进行脑电信号中的伪迹去除时，要求计算机及磁共振设备发出的标记时间同步，才能保证去噪的质量。放大器采集的信号经过光纤传输到控制室的计算机上，数据经过 USB 接口上的适配器进行转换，如图 2-3 所示为同步装置及转接适配器。2.1.3 显示设备普通的计算机屏幕无法在磁共振室环境下工作，必须采用特殊的显示设备才能进行

同步装置,适配器,目镜

华南理工大学硕士学位论文脑机接口实验，如图 2-4 所示为本文采用的 High-end visual stimulation 系统，该系统由负责提供显示图像的 OLED 目镜及连接计算机进行视频信号转换的转换器两部分组成。目镜安装于磁共振设备的线圈上，其经过特殊的设计可以在强磁场环境下显示高质量的图像，目镜设备可以根据受试者的瞳距调节两个镜筒的距离，除此之外，握柄上可以根据受试者视力调节近视度数，方便近视患者进行实验。转换器连接到控制室中计算机的VGA 接口上，视频信号由转换器经过光纤电缆传送到目镜。

【参考文献】