本发明专利技术提供一种脑电记录参考转换装置及其转换方法，转换左右耳分别参考为统一的无穷远参考，属于生物信息技术领域，本发明专利技术通过确定脑电采集电极的空间位置、待测头模型和等效分布源模型信息，用边界元法计算传递矩阵G和Glr，用奇异值分解法计算Glr的广义逆Glr+，并根据Rlr＝GGlr+计算标准化矩阵Rlr，最后根据左右耳分别参考的原始脑电数据Vlr计算出以无穷远点为统一参考的脑电数据V'＝Rlr|Vlr。相较以前的方法而言，本发明专利技术可消除原始记录数据中左右耳电极活动对脑电带来的影响，同时还原左右耳电极本身及邻近电极的信号，实现之前从未实现过的双极导联与单极导联之间的互换。
【技术实现步骤摘要】
一种脑电记录参考转换装置及其转换方法
本专利技术属于生物信息
，具体涉及一种脑电参考电极的转换装置及其转换方法。
技术介绍
脑电主要通过测量脑内神经电活动在头表产生的电磁场来研究大脑信息处理过程中的电生理活动，通常采用极性、头皮区域、频谱、潜伏期和电压幅度等特性来描述反映不同神经源活动的各种特定脑电成分。为准确测量脑电成分的这些特性，最理想的情况是选择电位不活动电极为参考进行测量。但实际中只能检测电位差，因此在头皮记录测量过程中不可避免地要设定参考电极。常见参考电极有两类：一类是单极导联模式，即选定一个公共电极作为其余电极的参考进行脑电记录；另一类是多极导联模式，如图1所示，它可以是分别以左右耳为参考的记录(两个参考电极)(左图)，或者以相邻电极作参考进行的记录(多个参考电极)(右图)。在实际的单极导联模式采集过程中，常选择鼻尖、颈部、肩部、耳垂等离头部较远的位置作参考。为避免心电、肌电、体动等干扰，也有选择头顶作参考的。无论头部参考电极(如头顶、乳突)或非头部参考电极(如耳垂、颈部)或平均参考(头部全部电极的平均)等，都会对记录产生一定的影响(尧德中.脑功能探测的电学理论与方法.科学出版社.2003，4.)。已有对比研究发现，上述这些参考都会引入非零的参考电极影响，为此，尧德中发展了一种方法(REST-referenceelectrodestandardizationtechnique)，可以将基于这些参考的脑电记录转化为近似零参考(相当于参考点位于无穷远点)的理想记录(YaoD.AmethodtostandardizeareferenceofscalpEEGrecordingstoapointatinfinite.PhysiologicalMeasurement.2001，22：693－711.)。但是，该方法主要解决了以单电极为参考的脑电记录的标准化问题，而在临床检测中常采用多极参考(如图1例示)，故上述方法不能直接引入到临床脑电数据的研究中。临床脑电检测采用多极参考的最大不足在于：一旦采集完成，采用不同参考电极所获得的数据，虽然都来自同一个大脑，却成了无法关联的“孤岛”，因为目前尚无相关技术能够再将其转化为共用参考，严重影响了数据的后续深入分析。由于左右耳参考等多极参考在临床脑电检测中较为常见，已经积累了大量的数据，因此实现左右耳参考向其它参考的转换，可以盘活这些存量数据，对脑电研究具有重要意义。
技术实现思路
为解决上述
技术介绍
存在的缺陷，本专利技术提供一种转换脑电记录的左右耳参考为无穷远参考的装置。本专利技术基于以下两点事实：(1)特定参考电极的选择不会改变源和头皮电位之间的理论联系(YaoD.AmethodtostandardizeareferenceofscalpEEGrecordingstoapointatinfinite.PhysiologicalMeasurement.2001，22：693－711；尧德中.脑功能探测的电学理论与方法.科学出版社.2003，4.)；(2)由于大脑内部的真实源和它们的等效分布源会产生相同的头皮电位，故以无限远点为参考电极的电位可以借助真实源的等效分布源近似重建出来，而等效分布源则可以从以头表某点或某几个点为参考电极的实际记录中重建出来。本专利技术依据转换前后的电位都是由脑内的实际神经活动源或它们的等效分布源所产生的这一物理事实，据此设计了转换装置把转换前后的电位通过共同的物理源联系起来，本专利技术具体采用如下技术方案：一种脑电记录参考转换装置，该装置可将以左、右耳为参考的脑电记录转换成为以无穷远处为参考的脑电记录，包括脑电采集模块、头部影像信息处理模块、脑电源模型输入模块、脑电参考转换模块及脑电信号显示模块。所述头部影像信息处理模块用于对大脑源功能区的影像进行网格剖分、对解空间网格进行编号，由此建立待测头部模型；所述脑电采集模块包括左、右耳参考电极和用于采集头表电位的采集电极；所述脑电采集模块、头部影像信息处理模块和脑电源模型输入模块的输出端均与脑电参考转换模块的输入端相连，并分别将采集到的脑电信号和所有电极的空间位置坐标、待测头部模型数据及脑电源模型数据输入到脑电参考转换模块；所述脑电信号输出模块与脑电参考转换模块的输出端相连，用于显示经转换后的以无穷远处为参考的脑电记录。所述脑电参考转换模块包括中心处理单元、电源模块及存储器，所述电源模块的输出端与所述中心处理单元连接，用于向所述中心处理单元提供电源，所述存储器的输出端与所述中心处理单元的相连接，用于向所述中心处理单元提供把以左、右耳为参考的脑电信号转换成为以无穷远处为参考的脑电信号的转换程序，所述处理单元将转换后的脑电信号输出到所述信号显示模块。所述脑电参考转换模块具体采用如下方法对脑电信号进行转换：A：计算由所述待测头部模型数据、脑电采集系统各个电极的空间位置坐标和脑电源模型确定的传递矩阵G，具体方法如下：在编号为1的解空间位置上放置单位源，计算该解空间处的单位源在脑电检测系统各个采集电极位置处产生的电位分布，所得电位分布构成传递矩阵G中的第一列，按上述方法依次把所有解空间遍历放置单位源后，即可获得完整的传递矩阵G；B：确定以左、右耳电极为参考的头表电位Vlr的传递矩阵Glr，具体公式如下：其中，Gl和Gr是传递矩阵G中分别以左、右耳电极为参考的采集电极所采集的头表电位所对应的行构成的矩阵，分别是大小为pl×1、pr×1的列向量，列向量每个元素均是单位1，pl、pr分别是以以左、右耳电极为参考的采集电极数，分别是的转置；C：计算传递矩阵Glr的广义逆Glr+，由此得到以两个以上电极为参考的头表电位Vlr的标准化矩阵Rlr＝GGlr+；D：利用所得的标准化矩阵Rlr和以两个以上电极为参考所记录的头表电位Vlr计算得到以无穷远处为参考的头表电位V'＝RlrVlr。本专利技术还提供一种将以两个以上电极为参考的脑电记录转换成为以无穷远处为参考的脑电记录的转换方法，具体包括以下步骤：步骤一：建立真实头部模型；对待测对象的头部进行MRI或CT扫描，获得头部解剖结构的影像信息，提取其中大脑源功能区的影像信息，对所述源功能区的影像信息划分网格进行剖分，确定解空间的维数以及各个解空间网格的空间位置序号，由此建立待测头部模型；步骤二：通过脑电检测系统采集以两个以上电极为参考的头表电位V1N，其中N为参考电极数，并记录参考电极及用于采集电位的各个采集电极的空间位置坐标；选取脑电源模型；步骤三：计算由所述待测头部模型、各个电极的空间位置坐标和脑电等效分布源模型确定的传递矩阵G；步骤四：确定以两个以上电极为参考的头表电位V1N的传递矩阵G1N；步骤五：计算传递矩阵G1N的广义逆G1N+，由此得到以两个以上电极为参考的头表电位的标准化矩阵R1N＝GG1N+；步骤六：利用所得的标准化矩阵R1N和以两个以上电极为参考所记录的头表电位V1N计算得到以无穷远处为参考的头表电位V'＝R1NV1N。进一步的，步骤三中所述的传递矩阵G可利用边界元法BEM正演计算得到(蔡永春，尧德中.真实头模型中的源电位计算方法与效果.电子科技大学学报.2003，32:149－154；MeijsW.H.,etal.Onthenumericalaccuracy本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种脑电记录参考转换装置，包括脑电采集模块(1)、头部影像信息处理模块(2)、脑电源模型输入模块(3)、脑电参考转换模块(4)及脑电信号显示模块(5)，其特征在于，所述头部影像信息处理模块(2)用于对大脑源功能区的影像进行网格剖分、对解空间网格进行编号后建立待测头部模型；所述脑电采集模块(1)包括左、右耳参考电极和用于采集头表电位的采集电极，所述脑电采集模块(1)、头部影像信息处理模块(2)和脑电源模型输入模块(3)的输出端均与脑电信号转换模块(4)的输入端相连，并分别将采集到的脑电信号和所有电极的空间位置坐标、待测头部模型数据及脑电源模型数据输入到脑电参考转换模块(4)；所述脑电信号显示模块(5)与脑电参考转换模块(4)的输出端相连，用于显示经转换后的以无穷远处为参考的脑电记录；所述脑电参考转换模块(4)包括中心处理单元(6)、电源模块(7)及存储器(8)，所述电源模块(7)的输出端与所述中心处理单元(6)连接，用于向所述中心处理单元(6)提供电源，所述存储器(8)的输出端与所述中心处理单元(6)连接，用于向所述中心处理单元(6)提供把以左、右耳分别为参考的脑电信号转换成为以无穷远处为统一参考的脑电信号的转换程序，所述中心处理单元(6)将转换后的脑电信号输出到所述信号显示模块(5)；所述脑电参考转换模块(4)采用如下方法对脑电信号进行转换：A：计算由所述待测头部模型数据、脑电采集系统各个电极的空间位置坐标数据和脑电源模型数据确定的传递矩阵G，具体方法如下：在编号为1的解空间位置上放置单位源，计算该解空间处的单位源在脑电检测系统各个采集电极位置处产生的电位分布，所得电位分布构成传递矩阵G中的第一列，按上述方法依次把所有解空间遍历放置单位源后，即可获得完整的传递矩阵G；B：确定以左、右耳电极为参考的头表电位Vlr的传递矩阵Glr，具体公式如下：其中，Gl和Gr是传递矩阵G中分别以左、右耳电极为参考的采集电极所采集的头表电位所对应的行构成的矩阵，分别是大小为pl×1、pr×1的列向量，列向量每个元素均是单位1，pl、pr分别是以左、右耳电极为参考的采集电极数，分别是的转置；C：计算传递矩阵Glr的广义逆Glr+，由此得到以左、右耳电极分别为参考的头表电位Vlr的标准化矩阵Rlr＝GGlr+；D：利用所得的标准化矩阵Rlr和以左右耳电极分别为参考所记录的头表电位Vlr计算得到以无穷远处为统一参考的头表电位V'＝Rlr Vlr。...
【技术特征摘要】
1.一种脑电记录参考转换装置，包括脑电采集模块(1)、头部影像信息处理模块(2)、脑电源模型输入模块(3)、脑电参考转换模块(4)及脑电信号显示模块(5)，其特征在于，所述头部影像信息处理模块(2)用于对大脑源功能区的影像进行网格剖分、对解空间网格进行编号后建立待测头部模型；所述脑电采集模块(1)包括左、右耳参考电极和用于采集头表电位的采集电极，所述脑电采集模块(1)、头部影像信息处理模块(2)和脑电源模型输入模块(3)的输出端均与脑电信号转换模块(4)的输入端相连，并分别将采集到的脑电信号和所有电极的空间位置坐标、待测头部模型数据及脑电源模型数据输入到脑电参考转换模块(4)；所述脑电信号显示模块(5)与脑电参考转换模块(4)的输出端相连，用于显示经转换后的以无穷远处为参考的脑电记录；所述脑电参考转换模块(4)包括中心处理单元(6)、电源模块(7)及存储器(8)，所述电源模块(7)的输出端与所述中心处理单元(6)连接，用于向所述中心处理单元(6)提供电源，所述存储器(8)的输出端与所述中心处理单元(6)连接，用于向所述中心处理单元(6)提供把以左、右耳分别为参考的脑电信号转换成为以无穷远处为统一参考的脑电信号的转换程序，所述中心处理单元(6)将转换后的脑电信号输出到所述信号显示模块(5)；所述脑电参考转换模块(4)采用如下方法对脑电信号进行转换：A：计算由所述待测头部模型数据、脑电采集系统各个电极的空间位置坐标数据和脑电源模型数据确定的传递矩阵G，具体方法如下：在编号为1的解空间位置上放置单位源，计算该解空间处的单位源在脑电检测系统各个采集电极位置处产生的电位分布，所得电位分布构成传递矩阵G中的第一列，按上述方法依次把所有解空间遍历放置单位源后，即可获得完整的传递矩阵G；B：确定以左、右耳电极为参考的头表电位Vlr的传递矩阵Glr，具体公式如下：其中，Gl和Gr是传递矩阵G中分别以左、右耳电极为参考的采集电极所采集的头表电位所对应的行构成的矩阵，分别是大小为pl×1、pr×1的列向量，列向量每个元素均是单位1，pl、pr分别是以左、右耳电极为参考的采集电极数，分别是的转置；C：计算传递矩阵Glr的广义逆Glr+，由此得到以左、右耳电极分别为参考的头表电位Vlr的标准化矩阵Rlr＝GGlr+；D：利用所得的标准化矩阵Rlr和以左右耳电极分别为参考所记录的头表电位Vlr计算得到以无穷远处为统一参考的头表电位V'＝RlrVl...
【专利技术属性】
技术研发人员：尧德中，赖永秀，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51
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