2019107586702 一种基于自主手部动作的增强型脑肌相干方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局

(12)发明专利申请

(10)申请公布号CN110464343A
(43)申请公布日2019.11.19
(21)申请号201910758670.2
(22)申请日2019.08.16
(71)申请人杭州电子科技大学
地址310018浙江省杭州市下沙高教园区2
号大街
(72)发明人马存斌罗志增席旭刚孙紫阳
姜文俊
(74)专利代理机构杭州君度专利代理事务所
(特殊普通合伙)33240
代理人杨舟涛
(51)Int.Cl.
A61B5/0476(2006.01)
A61B5/0488(2006.01)
A61B5/00(2006.01)

权利要求书2页说明书5页附图2页
(54)发明名称
一种基于自主手部动作的增强型脑肌相干
方法
(57)摘要
本发明涉及一种基于自主手部动作的增强
型脑肌相干方法。首先，在手部自主动作过程中
同步采集对应上肢EMG信号和皮层EEG信号并去
噪，然后基于EMG信号的突发脉冲点对同步的EEG
信号进行采样，接着用窗函数对采样的EEG信号
进行移动平均处理，并再次基于EMG突发脉冲点
对EEG采样，再重新组装以得到能够更好地反映
肌肉运动的EEG信号。最后，使用幅度平方相干来
计算上述预处理过后EEG-EMG相干估计值，分析
Beta和Gamma频段中同手部自主运动的相干性，
以验证该方法的可靠性。该方法的相干分析的结
果不仅可以正确反映皮层和肌肉之间的耦合关
系，而且可以更清晰表明在不同的手部自主运动
下的EEG-EMG相干特性。
CN110464343A
CN110464343A权利要求书1/2页

1.一种基于自主手部动作的增强型脑肌相干方法，其特征在于该方法包括如下步骤：
步骤(1).首先，对采集的EMG信号进行小波阈值去噪处理，然后通过设置阈值确定EMG
信号突发脉冲点，即去除振幅较小的波峰和波谷，确定EMG信号波形中振幅较大的波峰和波
谷位置；
步骤(2).将EMG突发脉冲点位置的值设为1，而其他位置的值设为0，获得新的EMG信号
序列x'(n)：

步骤(3).用x'(n)提取EEG样本信号；EEG信号驱动着EMG突发脉冲点的爆发，并不断自
我重复，重复的EEG信号有着相对于EMG信号的恒定位置；将EEG信号y(n)与带有k时移的EMG
突发脉冲时移信号x'(n-k),k＝-K,...,K相乘，提取EEG样本信号；
y(n,k)＝y(n)x'(n-k),k＝-K,...,K，n＝1,...,N
其中，K表示最大时移量，为一常数，N为EEG信号y(n)的长度；
步骤(4).提取的EEG样本信号y(n,k)仅在突发脉冲点处包含原始EEG信号，其他位置均
为零，并且由于随机噪声的存在，提取后的EEG样本信号会分散；因此，为了获得这些采样驱
动信号的重复贡献，利用一个窗函数w(n)对y(n,k)进行移动平均求值，得到具有平均趋势
的新EEG样本信号y'(n,k)：

其中，M为一常数，w(n)是权重为2M+1的Hamming窗，对称中心为n＝0；*表示卷积；计算
得到的EEG样本平均信号则是驱动EMG突发脉冲的EEG信号；
步骤(5).再次利用步骤(3)中的提取过程，将非0值仅保留在最初非0的位置，计算公式
如下：

步骤(6).重新组装可得基于EMG信号突发脉冲点进行预处理后的EEG信号y”
(n)：

其中，ak为系数，是一个权重为2K+1的Hamming窗；
步骤(7).用步骤(6)预处理过后的EEG信号与步骤(1)中去噪后的EMG信号作幅度平方
相干MSC计算，获得不同手部自主动作脑肌相干结果；
MSC的计算如下：
设同步采集的EEG信号和EMG信号分别为y(n)和x(n)，采用Welch方法，将y(n)与x(n)均
分割成L个等长的时段；再对每个时段进行谱估计，最后利用如下所示的MSC函数对EEG和
EMG信号进行相干性估计：

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CN110464343A权利要求书2/2页

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其中，|COxy(f)|即为MSC函数的计算值，在0-1之间；f代表频率，Yl(f)和Xl(f)分别表示
EEG信号和EMG信号在第l段的傅里叶变换，*表示复共轭。

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CN110464343A说明书1/5页

一种基于自主手部动作的增强型脑肌相干方法

技术领域
[0001]本发明属于脑肌耦合关系领域，涉及一种脑肌相干增强的方法，特别涉及一种关
于手部自主运动下的增强型脑肌相干方法。

背景技术
[0002]人体在自主动作过程中，大脑运动皮层发出指令，经脑干、脊髓沿着运动神经通路
支配肢体去完成肌肉运动；同时，肢体体感沿感觉神经传导通路反馈至大脑皮层进行分析，
传输指令以准确完成动作。这种皮层和肌肉运动之间的相互作用，可以通过脑电信号(