腦電地形圖繪制

1、腦電地形圖繪制,,報告內(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 實時地形圖,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)代計算機技術(shù)和信號處理技術(shù)引入神經(jīng)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，把計算機的高速計算、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）取代了對多道原始EEG數(shù)據(jù)所包含的空間信息的表達。,,Electroencephalogram,BEAM,Ⅲ

3、 腦電地形圖繪制的關(guān)鍵,腦電信號采集（腦電儀）和預(yù)處理（濾波等）。 計算各采集點各個頻段（FFT、小波等）處功率譜強度。 空間插值。（最近鄰點、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 計算采集點處功率譜,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僅來自于被測者頭上有限固定的幾個采集點，各點之間的空白處需要采用一定的插

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

5、 SetPixel( int x, int y, COLORREF crColor ); crColor：RGB (red, green, blue),功率強度,彩色模式,問題：,,0~max,藍~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：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）,,獲得頭皮某點的功率,,,計算H值大小,根據(jù)H值大小和公式計算相應(yīng)的RGB分量,RGB（R,G,B）,HIS轉(zhuǎn)RGB模型測試,取功率為0-50線性增長，步長為一，按照上面的流程將其映射為藍色到紅色。,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,,,,,,,,,,（?。〦lectrode locations,+,+,+,（ⅱ）Time scheme,,,,C3,CZ,C4,Ⅳ-ⅱ 特征提取——小波包熵,當(dāng)人們實際做或僅想象單側(cè)肢體運動時，大腦的感覺運動皮層會出現(xiàn)EEG的節(jié)律性活動，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，主要來自中央前運動皮層）兩個頻段的EE

10、G信號幅度將發(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)點能量可以有效表示信號的能量。子信號的能量可由該

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

12、Feature,Feature,,+,+,+,Right hand （70 trails）,（A）想象左手運動,（A）想象右手運動,想象單側(cè)手運動引起的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,想象左手運動,想象右手運動,左邊電極為C3，右邊為C4,左邊電極為C3，右邊為C4,Ⅴ 實時腦電地形圖,開發(fā)環(huán)