腦電地形圖繪制

1、腦電地形圖繪制,,報(bào)告內(nèi)容,數(shù)據(jù)可視化 腦電地形圖的意義 腦電地形圖繪制的關(guān)鍵 離線地形圖 實(shí)時(shí)地形圖,Ⅰ 數(shù)據(jù)可視化,概念：借助圖形化手段，將數(shù)據(jù)以圖形圖像形式表示，并利用數(shù)據(jù)分析和開發(fā)工具發(fā)現(xiàn)其中未知信息的處理過程。 意義：提供象人眼一樣的直覺的、交互的和反應(yīng)靈敏的可視化 環(huán)境。 手段：圖象、曲線、二維圖形、三維體和動(dòng)畫等。,應(yīng)用領(lǐng)域,醫(yī)學(xué),金融,氣象,航空航天,石油勘探,,,,,,Ⅱ 腦電地形圖的意義,腦電地

2、形圖（BEAM）是一種集中表達(dá)大腦電生理信息的圖形技術(shù)，能比較直觀地反映大腦神經(jīng)活動(dòng)的圖形系統(tǒng)。 為了減輕臨床醫(yī)生的頭腦中建立綜合圖像的 困難，工程人員致力于把現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)和信號(hào)處理技術(shù)引入神經(jīng)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，把計(jì)算機(jī)的高速計(jì)算、高質(zhì)量彩色圖、易于操作的屏幕控制結(jié)合起來構(gòu)成了各種節(jié)律的腦電地形圖。用直觀的彩色圖像（或灰度差圖像）取代了對(duì)多道原始EEG數(shù)據(jù)所包含的空間信息的表達(dá)。,,Electroencephalogram,BEAM,Ⅲ

3、 腦電地形圖繪制的關(guān)鍵,腦電信號(hào)采集（腦電儀）和預(yù)處理（濾波等）。 計(jì)算各采集點(diǎn)各個(gè)頻段（FFT、小波等）處功率譜強(qiáng)度。 空間插值。（最近鄰點(diǎn)、克里金、徑向基函數(shù)插值法等） 功率值-彩色映射。（HIS模型轉(zhuǎn)RGB）,Ⅲ-ⅰ 計(jì)算采集點(diǎn)處功率譜,δ（1－3Hz）、θ（4－7Hz）、α（8－13Hz）、β（14－30Hz）,Ⅲ-ⅰ 空間插值,由于采集的腦電信號(hào)僅來自于被測(cè)者頭上有限固定的幾個(gè)采集點(diǎn)，各點(diǎn)之間的空白處需要采用一定的插

4、值公式進(jìn)行插值填充，這些插值的數(shù)據(jù)是依靠各采集點(diǎn)的功率大小以及各采集點(diǎn)到需要進(jìn)行插值計(jì)算點(diǎn)的距離而定，一般采用的插值公式為：,,式中X為所需進(jìn)行插值計(jì)算的點(diǎn)的位置，a、b…p代表各采集點(diǎn)的功率值，XA、XB…XP為所需進(jìn)行插值計(jì)算的點(diǎn)到各采集點(diǎn)的距離。,Ⅲ-ⅰ 彩色映射,RGB色彩模式：為圖像中的每一個(gè)RGB分量分配一個(gè)0~255范圍內(nèi)的強(qiáng)度值。目前的顯示器大都采用這種模式。 VC中的像素點(diǎn)賦值函數(shù)：COLORREF

5、 SetPixel( int x, int y, COLORREF crColor ); crColor：RGB (red, green, blue),功率強(qiáng)度,彩色模式,問題：,,0~max,藍(lán)~紅,,HIS色彩空間：從人的視覺系統(tǒng)出發(fā)，用色調(diào)（Hue）、飽和度（Saturation）和亮度（Intensity）描述色彩。優(yōu)點(diǎn)：1.亮度分量和色度分量是分開的。 2

6、.色調(diào)H和飽和度S的概念互相獨(dú)立并與人的感知緊密相連。,解決方法：HIS轉(zhuǎn)RGB模型,1）當(dāng)H在[0,120]之間：B = I(1-S)R = I(1+ScosH/cos(60-H))G = 3I-(B+R),2）當(dāng)H在[120,240]之間：R = I(1-S)G = I(1+Scos(H-120) /cos(180-H))B = 3I-(G+R),3）當(dāng)H在[240,360]之間：G = I(1-S)B = I(1+

7、Scos(H-240) /cos(300-H))R = 3I-(B+G),,,,功率值,H（角度）,240,max,,,,（H，功率）,,獲得頭皮某點(diǎn)的功率,,,計(jì)算H值大小,根據(jù)H值大小和公式計(jì)算相應(yīng)的RGB分量,RGB（R,G,B）,HIS轉(zhuǎn)RGB模型測(cè)試,取功率為0-50線性增長(zhǎng)，步長(zhǎng)為一，按照上面的流程將其映射為藍(lán)色到紅色。,Ⅳ 離線腦電地形圖,開發(fā)環(huán)境：Matlab 頻率分段及功率表現(xiàn)方式：小波包+熵 插值方法：一般方

8、式 顯示方法：動(dòng)畫,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 sec,TriggerBeep,,Feedback period with cue,Ⅳ-ⅰ 離線分析數(shù)據(jù),BCI competition 2003，U

9、niversity of Technology Graz, Austria,,,,,,,,,,（ⅰ）Electrode locations,+,+,+,（ⅱ）Time scheme,,,,C3,CZ,C4,Ⅳ-ⅱ 特征提取——小波包熵,當(dāng)人們實(shí)際做或僅想象單側(cè)肢體運(yùn)動(dòng)時(shí)，大腦的感覺運(yùn)動(dòng)皮層會(huì)出現(xiàn)EEG的節(jié)律性活動(dòng)，在9HZ~13HZ（u節(jié)律，主要來自中樞后軀體感覺皮層）和18HZ~22HZ（β節(jié)律，主要來自中央前運(yùn)動(dòng)皮層）兩個(gè)頻段的EE

10、G信號(hào)幅度將發(fā)生相應(yīng)的改變。 ↓ ERD (event-related de-synchronization, ERD )事件相關(guān)去同步↑ ERS (event-related synchronization, ERS )事件相關(guān)同步,1.特征提取依據(jù)——大腦ERD 、ERS 特性,小波包分解結(jié)構(gòu),β rhythm (18–22Hz),mu rhythm (8–13Hz),小波包節(jié)點(diǎn)能量可以有效表示信號(hào)的能量。子信號(hào)的能量可由該

11、空間小波包系數(shù)的平方和計(jì)算，如式：,信號(hào)總能量即為每個(gè)子信號(hào)能量之和：,,則可以定義相對(duì)小波包能量為每個(gè)子空間信號(hào)能量和信號(hào)總能量之比：,,小波包熵，即是從小波包分解后的信號(hào)序列計(jì)算的一種熵值。根據(jù)香農(nóng)熵的定義，定義小波包熵為：,小波包熵可以準(zhǔn)確反應(yīng)大腦活動(dòng)的復(fù)雜程度。,,,,… …,Feature,Feature,Feature,,+,+,+,Left hand（70 trails）,,,,… …,Feature,

12、Feature,Feature,,+,+,+,Right hand （70 trails）,（A）想象左手運(yùn)動(dòng),（A）想象右手運(yùn)動(dòng),想象單側(cè)手運(yùn)動(dòng)引起的ERD/ERS導(dǎo)致左右手C3、C4 EEG幅值出現(xiàn)明顯差異，該差異表現(xiàn)在：左手C3和右手C4小波包熵增大，左手C4和右手C3小波包熵減小。,,,Ⅳ-ⅲ 結(jié)果分析,想象左手運(yùn)動(dòng),想象右手運(yùn)動(dòng),左邊電極為C3，右邊為C4,左邊電極為C3，右邊為C4,Ⅴ 實(shí)時(shí)腦電地形圖,開發(fā)環(huán)