利索能及
我要发布
收藏
专利号: 202510314816X
申请人: 山东建筑大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-09-11
缴费截止日期: 暂无
联系人

摘要:

权利要求书:

1.一种脑电信号多视角协同集成分类方法,其特征在于,所述方法包括:采集同一受试者执行运行想象任务产生的EEG信号及在静息状态下的头部MRI信号;将MRI信号处理为二维切片图;通过共平均参考和频域滤波技术,获得预处理后的EEG信号;

利用ESI技术的正问题处理机制和二维切片图,获得头模型;其中,头模型包括三层结构,且三层结构由外到内依次为头皮、颅骨和皮层;

对头模型的皮层进行划分,获得包含若干个网格点的源模型;其中,每个网格点对应一个源偶极子;计算每个源偶极子在空间三个方向上对头皮电极处产生的电位,进而得到导联场矩阵;

利用ESI技术的逆问题处理机制和导联场矩阵,将当前受试者的大脑头皮的预处理后的EEG信号映射到头模型的皮层,以作为皮层映射信号;

基于受试者头皮电极的坐标,从源偶极子中计算中心源偶极子,进而获取圆形子区域;

将圆形子区域内的皮层映射信号作为待处理源信号;

将待处理源信号转换为3D SODP图,进而计算获得3D SODP图的三维几何特征;利用CSP方法,提取各个待处理源信号对应的特征向量;

将三维几何特征输入3D SODP对应的第一分类器,获得第一分类结果;将特征向量输入CSP方法对应的第二分类器,获得第二分类结果;将三维几何特征和特征向量进行加权融合,将融合后数据输入第三分类器,获得第三分类结果;将第一分类结果、第二分类结果和第三分类结果,输入多数投票机制,获得最终分类结果。

2.根据权利要求1所述的脑电信号多视角协同集成分类方法,其特征在于,EEG信号的预设采样点数为n个,采集通道数为N个;

采集同一受试者执行运行想象任务产生的EEG信号,具体包括:采集第i个通道的EEG信号;其中,第i个通道的EEG信号表示为 ,i∈[1,N];

将MRI信号处理为二维切片图,具体包括:

采集获得MRI信号;其中,MRI信号为三维MRI图像,格式为A*B*C,A代表图像在左右方向的像素,B代表图像在前后方向的像素,C代表图像在上下方向的像素,三维MRI图像的矢状面、冠状面和横断面分别对应垂直于X轴、Y轴和Z轴的三个方向;

通过沿着X轴、Y轴和Z轴方向进行切片,获得MRI信号对应的二维切片图。

3.根据权利要求1所述的脑电信号多视角协同集成分类方法,其特征在于,通过共平均参考和频域滤波技术,获得预处理后的EEG信号,具体包括:通过共平均参考对应的公式:

,滤除EEG信号中的共模成分;

其中, 表示第i个通道共平均参考后的信号,i∈[1,N],N表示采集通道数, 表示第i个通道的信号;

进而通过四阶巴特沃斯带通滤波器,对共平均参考后的信号进行8‑30 Hz频段的带通滤波处理,获得预处理后的EEG信号。

4.根据权利要求1所述的脑电信号多视角协同集成分类方法,其特征在于,对头模型的皮层进行划分,获得包含若干个网格点的源模型,具体包括:使用FreeSurfer软件和MNE‑python库处理二维切片图,采用边界元模型生成电导率比为1:1/50:1的三壳体容积传导模型,以作为头模型;其中,头模型包括三层结构,且三层结构由外到内依次为头皮、颅骨和皮层;

对三层结构的皮层表面进行均匀划分,得到包含20484个网格点的源模型;其中,每个网格点对应一个源偶极子。

5.根据权利要求1所述的脑电信号多视角协同集成分类方法,其特征在于,利用ESI技术的逆问题处理机制和导联场矩阵,将当前受试者的大脑头皮的预处理后的EEG信号映射到头模型的皮层,具体包括:使用sLORETA方法,将当前受试者预处理后的EEG信号映射到头模型的皮层中;其中,正则化参数设置为1。

6.根据权利要求1所述的脑电信号多视角协同集成分类方法,其特征在于,基于受试者头皮电极的坐标,从源偶极子中计算中心源偶极子,进而获取圆形子区域,具体包括:获得头皮电极的坐标;

计算距离头皮电极位置最近的源偶极子作为中心源偶极子;

基于预设半径,以中心源偶极子为中心,获得圆形子区域。

7.根据权利要求1所述的脑电信号多视角协同集成分类方法,其特征在于,几何特征至少包括:向量长度总和、向量夹角总和、到原点距离总和、到长轴距离总和、到短轴距离总和;

将待处理源信号转换为3D SODP图,进而计算获得3D SODP图的三维几何特征,具体包括:获取位于大脑头皮左侧中央区的电极、大脑头皮右侧中央区的电极、大脑头皮中线中央区的电极对应的中心源偶极子,对中心源偶极子对应圆形子区域的源信号绘制3D SODP图,获得源信号的三维几何特征;

通过向量长度总和公式:

,计

算向量长度总和SVL;

其中, 、 和 表示3D SODP第j个样本点三维坐标值,T为3D SODP样本点的总数;

通过向量夹角总公式:

,计算向量夹

角总和SA;

其中,( , , )=( , ,

),

( , , )=( ,

, );

通过到原点距离总和公式:

,计算到原点距离总和SDTO;

通过到长轴距离总和公式:

计算到长轴距离总和SDTMA;

其中, , ,

,( , , )表示3D SODP中Z坐标最大

的点,( , , )表示3D SODP中Z坐标最小的点,符号·表示向量点乘;

通过到短轴距离总和公式:

,计算到短轴距

离总和 ;

其中, ,

,a、b、c为3D SODP图涉及的拟合平面的平面方程ax+by+cz=0中的a、b、c。

8.根据权利要求1所述的脑电信号多视角协同集成分类方法,其特征在于,利用CSP方法,提取各个待处理源信号对应的特征向量,具体包括:获取CSP投影矩阵;

从CSP投影矩阵中选择预设数量的行向量构成空间滤波器,然后将待处理源信号与空间滤波器进行矩阵相乘,得到特征向量;其中,特征向量数量与预设数量相同。

9. 根据权利要求1所述的脑电信号多视角协同集成分类方法,其特征在于,在将三维几何特征输入3D SODP对应的第一分类器,获得第一分类结果;将特征向量输入CSP方法对应的第二分类器,获得第二分类结果;将三维几何特征和特征向量进行加权融合,将融合后数据输入第三分类器,获得第三分类结果之前,所述方法还包括:将标注好想象任务的三维几何特征输入若干分类器,确定分类准确度最高的分类器为第一分类器,记录第一分类器的准确度acc1;

将标注好想象任务的特征向量输入若干分类器,确定分类准确度最高的分类器为第二分类器,记录第二分类器的准确度acc2;

通过公式: ,计算加权融合时三维几何特征的权重weight1;

通过公式: ,计算加权融合时特征向量的权重weight2;

将三维几何特征乘以权重weight1,特征向量乘以weight2,再将这两者进行串行拼接,获得融合后数据,将标注好想象任务的融合后数据输入若干分类器,确定分类准确度最高的分类器为第三分类器。

10.一种脑电信号多视角协同集成分类系统,其特征在于,所述系统包括:处理模块,用于采集同一受试者执行运行想象任务产生的EEG信号及在静息状态的MRI信号;将MRI信号处理为二维切片图;通过共平均参考和频域滤波技术,获得预处理后的EEG信号;

ESI模块,用于利用ESI技术的正问题处理机制和二维切片图,获得头模型;其中,头模型包括三层结构,且三层结构由外到内依次为头皮、颅骨和皮层;对头模型的皮层进行划分,获得包含若干个网格点的源模型;其中,每个网格点对应一个源偶极子;计算每个源偶极子在空间三个方向上对头皮电极处产生的电位,进而得到导联场矩阵;利用ESI技术的逆问题处理机制和导联场矩阵,将当前受试者的大脑头皮的预处理后的EEG信号映射到头模型的皮层,以作为皮层映射信号;

数据提取模块,用于基于受试者头皮电极的坐标,从源偶极子中计算中心源偶极子,进而获取圆形子区域;将圆形子区域内的皮层映射信号作为待处理源信号;将待处理源信号转换为3D SODP图,进而计算获得3D SODP图的三维几何特征;利用CSP方法,提取各个待处理源信号对应的特征向量;

分类模块,用于将三维几何特征输入3D SODP对应的第一分类器,获得第一分类结果;

将特征向量输入CSP方法对应的第二分类器,获得第二分类结果;将三维几何特征和特征向量进行加权融合,将融合后数据输入第三分类器,获得第三分类结果;将第一分类结果、第二分类结果和第三分类结果,输入多数投票机制,获得最终分类结果。