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【6h】

基于脑磁图信号的时频相干分析的脑功能连接研究

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摘要

1 绪论

1.1 研究背景

1.1.1 脑功能连接的研究意义

1.1.2 脑磁图简介

1.2 脑功能连接分析方法简介

1.2.1 时域分析方法

1.2.2 频域分析方法

1.2.3 时频域分析方法

1.3 本论文的研究内容和工作

1.4 论文框架

2 小波变换

2.1 小波变换基本理论

2.2 最佳小波母函数的选择

2.3 Morlet小波

2.4 本章小结

3 希尔伯特-黄变换

3.1 希尔伯特-黄变换的基本原理

3.1.1 经验模态分解

3.1.2 希尔伯特变换

3.2 希尔伯特-黄变换的特点

3.3 本章小结

4 小波变换与希尔伯特-黄变换的比较

4.1 分辨率

4.1.1 时间分辨率

4.1.2 频率分辨率

4.2 能量分布

4.3 对采样的要求

4.4 本章小结

5 时频相干分析

5.1 时频相干系数的定义及计算

5.2 小波相干分析

5.2.1 小波相干系数的定义

5.2.2 小波相干分析的积分窗长度

5.3 希尔伯特-黄相干分析

5.3.1 希尔伯特-黄相干系数的定义

5.3.2 希尔伯特-黄相干分析的积分窗长度

5.4 小波相干与希尔伯特-黄相干的比较

5.5 本章小结

6 基于小波相干分析和希尔伯特-黄相干分析的脑功能连接研究

6.1 程序实现

6.2 脑磁图信号的相干分析

6.2.1 小波相干分析

6.2.2 希尔伯特-黄相干分析

6.3 讨论

7 课题总结与展望

7.1 总结

7.2 今后工作展望

致谢

参考文献

附录

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摘要

脑功能连接是目前脑科学研究的热点,近年来取得了非常迅速的发展。脑磁图作为现今最先进的大脑磁源成像技术之一,具有极高的时间分辨率和空间分辨率,能准确地反映人脑的神经活动,为脑功能连接的研究提供直观有效的方法。脑磁图信号是时变非平稳信号,而时频分析方法能从时频两域同时描述信号的特征,为脑磁图信号的处理提供了可靠的手段。本论文通过对脑磁图信号进行时频相干分析,探讨了不同脑区之间的相干系数在时频域上的分布特征。
   本论文首先介绍了小波变换的基本理论,详细论述了最佳小波母函数的选择标准,深入研究了Morlet小波变换的时频分析特性;其次讨论了瞬时频率的概念及其与Fourier频率的差异,引入了不以Fourier变换为基底的时频分析方法——希尔伯特-黄变换,并通过仿真展示其优良的时频分析特性,从时间和频率分辨率、能量分布和采样要求三方面与小波变换进行比较;在此基础上比较小波相干分析和希尔伯特-黄相干分析的特性,论证两种方法的可行性和有效性;最后分别将小波相干分析和希尔伯特-黄相干分析应用于脑磁图信号的分析中,通过全头范围内的相干图分析癫痫病人的脑功能连接,并比较其与健康人的差异。
   本课题对于两种方法时频分析特性的比较做了深入细致的研究;有效改善了由于小波变换的频谱泄漏而导致的虚假小波相干问题;并将希尔伯特-黄相干分析方法应用于脑磁图信号的处理中,力求通过更高的时间分辨率剖析癫痫病人的脑功能连接,为癫痫病灶的精确定位提供更多的信息。

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