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《燕山大学》 2010年
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癫痫脑电信号的非线性特征识别与分析

欧阳高翔  
【摘要】: 从20世纪80年代,随着非线性动力学理论的发展,非线性动力学被广泛地用于分析癫痫脑电信号。然而,由于基于混沌理论的非线性动力学分析方法需要假设脑电是低维混沌信号,对脑电信号的数据长度及平稳度要求较高,且对脑电信号中的噪声很敏感。为了克服传统非线性动力学方法的缺点,本文立足于癫痫脑电信号分析的要求,提出了新的方法用于刻画癫痫发作各阶段脑电信号的动力学特征变化。 首先,结合传统递归图和排序递归图提出了混杂递归图方法分析失神发作脑电信号。该方法的新颖性在于定义时间序列的递归状态时,不仅考虑局部相空间距离而且考虑局部排序模式分布结构。仿真分析表明,基于混杂递归图的对角线结构分布的确定性测度DET,能够刻画模型参数的变化,并且抗噪声干扰能力更强。该方法用于分析大鼠失神发作间隙期、发作前期和发作期脑电信号的确定性特征,发现发作前期脑电信号的DET均值显著地大于发作间隙期,但显著地小于发作期。结果表明大鼠失神性癫痫发作前期脑电的确定性特性程度比发作间隙期脑电更高,但是比发作期脑电更低。 其次,为了进一步调查失神性癫痫发作各阶段脑电信号隐藏的非线性动力学特征,基于脑电信号的排序模式分布特性,提出了一个新颖的相异性指数方法。该方法通过计算排序模式分布的距离来分析两段脑电信号的相异性。由神经元群模型模拟生成脑电信号,仿真分析相异性指数的性能。结合移动窗口技术,该方法用于分析110段大鼠失神发作脑电信号,其中58段失神发作脑电信号在其发作前相异性指数有显著地增加,能够成功地检测到发作前期状态,表明该方法可以用于检测失神发作脑电信号的动力学特征变化。 再次,针对脑电同步分析在癫痫发作研究中的重要意义,基于排序模式分析提出了一个新颖的互信息估计方法。该方法通过对时间序列排序模式进行分类,来实现复杂的概率分布估计,从而直接估计出时间序列的信息量。通过耦合Henon映射模型和耦合神经元群模型模拟生成耦合时间序列,仿真分析排序互信息方法的性能。相比于传统的直方图方法,基于排序模式的互信息估计方法能够更好地刻画模型耦合系数的变化,而且抗噪声干扰能力更强。该方法应用于分析癫痫发作脑电信号,发现脑电信号间的互信息随着癫痫发作的开始而逐渐增加,在完全发作时达到最大。 最后,提出了排序自互信息法用于刻画癫痫发作间隙期、发作前期和发作期脑电的动力学特征。仿真分析发现噪声和混沌序列的自互信息AMI(δ)值随着时滞偏移δ增大而衰减的速率不同,表明自互信息方法能够区别噪声和混沌序列。该方法用于分析癫痫发作各阶段脑电信号,发现发作间隙期、发作前期和发作期脑电的自互信息值分别在时滞偏移δ大约为5-6、7-8和9-10时达到稳定值。进一步结合线性判别分析,表明排序自互信息能够识别不同发作阶段的脑电信号。
【学位授予单位】:燕山大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:R742.1;R318.0

【引证文献】
中国期刊全文数据库 前4条
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2 李红利;王江;邓斌;魏熙乐;;癫痫脑电的递归确定性分析[J];计算机应用研究;2013年03期
3 徐桂芝;付灵弟;尹宁;耿跃华;于洪丽;;基于脑电的复杂网络性别差异性研究[J];生命科学仪器;2014年03期
4 董国亚;陈小刚;周欣花;李文文;葛曼玲;;Gabor小波变换和希尔伯特变换研究海马区癫痫发作间期尖波对theta振荡能量特性的影响[J];中国组织工程研究与临床康复;2011年13期
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 赵勇;基于几何代数表示原理的时间序列模式分类问题研究[D];燕山大学;2012年
2 李新杰;河川径流时间序列的非线性特征识别与分析[D];武汉大学;2013年
3 李红利;癫痫脑电信号的非线性分析[D];天津大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前3条
1 陈小刚;癫痫尖波对Theta节律动态特性影响的研究[D];河北工业大学;2011年
2 边洪瑞;针刺足三里对EEG影响的研究[D];天津大学;2012年
3 杨玉昕;风机轴承故障诊断中的振动信号特征提取方法研究[D];燕山大学;2013年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前9条
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【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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9 姜楠;杨德礼;鲍明宇;袁克杰;;基于二维混沌系统的Hash函数构造算法[J];北京师范大学学报(自然科学版);2008年04期
10 王学明;李原福;;预测反馈法控制高维离散混沌系统研究[J];吉林大学学报(信息科学版);2011年01期
中国重要会议论文全文数据库 前9条
1 杨志红;杨昌宏;;离散混沌系统PI控制研究[A];2003中国控制与决策学术年会论文集[C];2003年
2 张艳艳;闵一建;;近似熵理论分析运动肌音特性[A];中国声学学会2009年青年学术会议[CYCA’09]论文集[C];2009年
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8 陈明明;罗程;夏阳;尧德中;;基底节对失神癫痫调节的动态模拟[A];第一届全国神经动力学学术会议程序手册 & 论文摘要集[C];2012年
9 Chunsheng Li;Lin Han;Xue Zhang;;Research on Hopf bifurcation of cortical column model with time delay[A];第25届中国控制与决策会议论文集[C];2013年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 胡爱花;混沌同步的有关问题研究[D];江南大学;2010年
2 周茜;混沌理论及应用若干问题的研究[D];南开大学;2010年
3 刘鹏;基于超混沌的数字加密及复杂网络同步技术研究[D];吉林大学;2011年
4 王茂基;混沌同步中信息传递的研究[D];大连理工大学;2011年
5 张海波;具象思维作业的脑电空间与频域特征研究[D];北京中医药大学;2011年
6 唐海燕;小剂量雌激素对癫痫大鼠行为学、海马神经元损伤及炎症相关作用研究[D];复旦大学;2011年
7 魏周超;基于Lorenz型系统族的三维系统的复杂动力学研究[D];华南理工大学;2011年
8 闫华;非线性通信信号处理方法研究[D];电子科技大学;2011年
9 王桓;电力时间序列的混沌识别与短期预测[D];湖南大学;2009年
10 王振亚;垂直上升油水及油气水多相流流动参数测量方法研究[D];天津大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 曹永超;超混沌系统的生成及同步控制研究[D];山东科技大学;2010年
2 马敏;船舶电力系统混沌控制的研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 卢静;广义同步与相同步若干问题的研究[D];江南大学;2010年
4 段志梅;基于混沌理论的话务量时间序列预测研究[D];昆明理工大学;2008年
5 敖然;热性惊厥与儿童期发病的癫痫病因学的关系[D];吉林大学;2011年
6 马勇;混沌时间序列分析方法及其在外汇市场中的应用[D];吉林大学;2011年
7 钟华;动作电位模式分类及神经元模型响应频率同步性研究[D];杭州电子科技大学;2011年
8 李伟研;睡眠脑电信号处理及其在睡眠分期中的应用研究[D];广东工业大学;2011年
9 张慧敏;三叉神经电刺激预处理对大鼠急性癫痫发作的影响及其机制的初步探索[D];安徽医科大学;2011年
10 陶树新;MeCP2在难治性癫痫患者脑组织和动物模型中的异常表达[D];重庆医科大学;2011年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 陈仁升,康尔泗,杨建平,张济世;黑河出山径流的非线性特征分析[J];冰川冻土;2002年03期
2 冯慧琳;洪波;高小榕;;海马区神经电信号相位同步化的初步研究[J];北京生物医学工程;2007年06期
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5 徐永红;洪文学;高直;;模式特征的几何代数多向量表示方法[J];燕山大学学报;2010年02期
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9 陈莹;许有鹏;尹义星;刘星才;;长江干流日径流序列的多重分形特征[J];地理研究;2008年04期
10 王海燕,盛昭瀚;混沌时间序列相空间重构参数的选取方法[J];东南大学学报(自然科学版);2000年05期
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 汪春梅;癫痫脑电信号特征提取与自动检测方法研究[D];华东理工大学;2011年
2 张丽娟;离散动力系统的混沌判定和扰动[D];山东大学;2011年
3 王昱青;基于运动任务的脑功能动态网络的整合研究[D];电子科技大学;2011年
4 高忠科;两相流复杂网络非线性动力学特性研究[D];天津大学;2010年
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8 谢平;故障诊断中信息熵特征提取及融合方法研究[D];燕山大学;2006年
9 李崖雪;电针下关穴、地仓穴治疗大鼠三叉神经痛的实验研究[D];黑龙江中医药大学;2006年
10 闫润强;语音信号动力学特性递归分析[D];上海交通大学;2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 刘卫兵;基于局域均值分解的机械故障诊断方法研究[D];郑州大学;2010年
2 夏荣尧;基于ARIMA模型的我国通货膨胀预测研究[D];湖南大学;2009年
3 孙力;针刺电信息传递与量化系统研究[D];天津大学;2005年
4 刘夏;滚动轴承故障诊断的信号采集与处理系统[D];南昌大学;2006年
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8 黄日辉;思维脑电及P300脑电的特征提取与识别[D];五邑大学;2008年
9 董芳;气液两相流流动结构多尺度及非线性特性分析[D];天津大学;2007年
10 游灏;几种针灸手法实验数据的分析[D];天津大学;2007年
【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前1条
1 曲媛媛;祁春媛;;基于EMD的哈尔滨市降水量多时间尺度分析[J];水利科技与经济;2014年03期
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 张明;含裂纹齿轮系统的非线性动力学分析[D];石家庄铁道大学;2014年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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6 刘晓欲,蒋大宗,黄远桂;癫痫脑电图自动检测技术的发展[J];国外医学.生物医学工程分册;1997年01期
7 朱家祥,朱长庚,童逸龄,魏瑛,彭宣林;急性弥散性不完全性脑缺血时大鼠海马及运动皮质脑电图和GABA能神经元的变化[J];解剖学报;1996年02期
8 童勤业,刘刚强,刘加友,庞加利,焦静如,徐京华;EEG的信息熵分析[J];生物物理学报;1993年04期
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10 潘晓川,汪云九,齐翔林,顾凡及;现实神经元模型以及其复杂行为表现[J];生物物理学报;1995年03期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国重要会议论文全文数据库 前10条
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7 李凌;曾庆宁;尧德中;;利用两级抗交叉串扰自适应滤波器提取诱发脑电信号[A];中国生物医学工程学会第六次会员代表大会暨学术会议论文摘要汇编[C];2004年
8 葛家怡;周鹏;王明时;;睡眠脑电信号样本熵的研究[A];中国生物医学工程进展——2007中国生物医学工程联合学术年会论文集(下册)[C];2007年
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10 葛家怡;周鹏;王明时;;睡眠脑电信号样本熵的研究[A];天津市生物医学工程学会2007年学术年会论文摘要集[C];2007年
中国重要报纸全文数据库 前1条
1 张文清 记者 王春;意念控制车速及左右转弯前行[N];科技日报;2008年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 吴畏;基于统计建模的多导联脑电信号时空建模方法研究[D];清华大学;2012年
2 周群;脑电信号同步:方法及应用研究[D];电子科技大学;2009年
3 赵丽;基于脑电信号的脑-机接口技术研究[D];天津大学;2004年
4 欧阳高翔;癫痫脑电信号的非线性特征识别与分析[D];燕山大学;2010年
5 缪晓波;基于脑电信号的认知动力学系统研究——线性/非线性方法及动态时—频—空分析[D];重庆大学;2004年
6 张美云;阿尔茨海默病脑电信号多尺度时空定量特征研究[D];天津医科大学;2012年
7 游荣义;脑电信号非线性分析方法的研究[D];厦门大学;2003年
8 葛家怡;睡眠分期及低频磁场睡眠诱导的研究[D];天津大学;2009年
9 唐艳;基于时间、频率和空间域的自发脑电信号提取[D];中南大学;2008年
10 石立臣;基于脑电信号的警觉度估计研究[D];上海交通大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 吴坚;独立分量分析在脑电信号处理中的应用[D];长安大学;2009年
2 杨超;脑电信号相关方法的鲁棒性分析[D];燕山大学;2009年
3 涂建成;脑电信号控制智能轮椅的研究[D];杭州电子科技大学;2011年
4 张倩华;脑电信号的非广度熵分析[D];汕头大学;2004年
5 朱家富;高频脑电信号的非线性动力学参数分析[D];重庆大学;2004年
6 李婷;独立分量分析及其在脑电信号噪声分离中的应用[D];大连理工大学;2005年
7 韩伟;睡眠脑电信号的分析与处理方法[D];西北工业大学;2005年
8 何付志;独立分量分析在脑电信号分析中的应用[D];山东大学;2005年
9 孔繁伟;基于小波变换的脑电信号处理研究[D];山东大学;2005年
10 陈永华;脑电信号采集方法及其在假肢中应用研究[D];大连理工大学;2006年
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