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1、-范文最新推荐-1 / 20Matlab 基于小波变换的脑功能连接的相干性分析摘要随着计算机的发展，人们在脑信号的研究领域引进了许多新的分析思想和方法，如高阶谱分析、小波分析、人工神经网络等，并进行了积极的探索和研究。本课题旨在利用小波变换对脑磁图信号进行时频域的相干性分析，利用小波相干系数表征脑功能连接网络的特征。该课题将采用癫痫病人与健康人的脑磁图数据以对比脑功能连接网络的差异，从而对该方法的实用性进行评估。本课题运用 Matlab 软件对脑磁图数据进行相干性分析，并计算信号中 275 通道每两个通道信号之间在不同频率下的相干性系数。这一研究结果对癫痫病人的癫痫灶定位有一定的参考价值。78
2、72关键词脑磁图小波变换相干性分析 Matlab毕业设计说明书（论文）外文摘要TitleBrainFunction Connectivity Analysis BasedonWavelet CoherenceAbstractWith the development of the computer, people in the field of brain signals have introduced many new ideas and methods of analysis, such as the higher order spectral analysis, wavelet analy
3、sis, artificial neural network, and conduct some active exploration and researches. This subject is designed do the analysis of magnetoencephalography signals in time-frequency domain using wavelet coherence characterization of brain functional connectivity network characteristics.For this issue, in
4、 order to evaluate the usefulness of this method, differences are achieved through comparison among network connections of the epileptic and healthy men based on their data of MEG. This topic coherence analysis of magnetoe- ncephalography data using Matlab, and calculate the coherence coefficient be
5、tween the two signals at different frequencies. The research result has some -范文最新推荐-3 / 20reference values to localize focal epileptic foci for the epileptic. 3.3 小波变换理论 223.3.1 小波变换的定义 223.3.2 经典类小波 243.4 多通道 MEG 信号的 Morlet 小波变换 293.5 算法过程 293.6 仿真结果分析 314MEG 信号小波变换相干性 324.1 脑功能连接的相干性分析简介 32 4.2 相
6、干性理论 334.3MEG 信号小波变换后相干性分析的算法过程 344.4 仿真结果分析 365 结论 37致谢 38参考文献 391 绪论1.1 引言大脑是人体最重要的器官之一，是由称为神经元的神经细胞所组成的神经系统控制中心，其控制和协调行动、体内稳态（身体功能，例如心跳、血压、体温等）以及精神活动（例如认知、情感、记忆和学习） 。现在由神经学、信息工程学、控制论、医学影像学和精神病学来研究脑部的功能，我们已经得知脑部是一-范文最新推荐-5 / 20个产生意识、思想和情感的器官。它是我们目前所知的最复杂、最完善的动态信息处理系统，在某种意义上，可以被看作一个多层次的动态分布式网络，为实现一
7、系列复杂功能，它能够不断组织和重塑其功能连接之前的脑功能研究主要集中在与任务相关的激活区域上。所以在正常状态下，大脑消耗的能量约占人体总能耗的 20%。然而，大脑在执行任务时所导致的能量消耗的增加是微乎其微的， 更多的能量消耗被用于维持非任务状态的神经活动。根据最新的研究表明，大脑中的神经细胞在非任务状态也存在协同活动，这种非任务状态目前被广泛地称为静息状态。所谓的静息状态就是指被测试者在保持清醒，且不接受任何外部刺激或者执行任何高级功能的状态。近年来, 人们越来越重视静息态下的脑功能研究, 主要研究手段包括: 功能磁共振成像(fMRI) 、正电子发射断层扫描(PET)、脑电图(EEG)、脑磁
8、图(MEG)、扩散光学成像(DOT)等。在众多研究方法中，研究者通常根据研究需要选择最有效简便的方法来分析大脑活动，以达到预期效果。本文主要阐述通过脑磁图(MEG) 来分析大脑活动:人的颅脑周围也存在着磁场，这种磁场称为脑磁场。但这种磁场强度很微弱，要用特殊的设备才能测知并记录下来，通过特殊的仪器可测出颅脑的极微弱的脑磁波，再用记录装置把这种脑磁波记录下来，形成图形，这种图形便称作脑磁图。它是反映脑的磁场变化，此与脑电图反映脑的电场变化不同。脑磁图对脑部损伤的定位诊断比脑电图更为准确，加之脑磁图不受颅骨的影响，图像清晰易辨，故对脑部疾病是一种崭新的手段，为诊断发挥其特有的作用，要与脑电图结合起
9、来，互补不足。脑电图易受过多电活动的干扰，也受颅骨影响，波幅衰减等，其诊断更准确。 小波理论的真正产生和发展仅几年的时间，但由于其处理问题的特殊技巧和特殊效果已成为理论研究和工程实际应用中强有力的工具。脑电信号是一种相当复杂的信号，其主要特点是随机性、非平稳性以及较强的背景噪声。而小波分析方法对非平稳信号的特殊处理能力以及带通滤波去噪特性，必将使其在脑电信号的分析和处理中显示出极大的优越性。1.2.2 本文解决的问题-范文最新推荐-7 / 20研究了 MEG 信号的快速提取问题，将 MEG 信号进行高频采样，然后再进行数字化处理得到数字化信号作为 Matlab 主程序的输入信号，再进行一系列的
10、数字处理对目前小波变换在处理 MEG 信号这一区域情况进行综述，着重介绍在相干性分析上的应用，并对小波变换的相干性在判断病情上的应用前景进行了展望。1.3 本文的章节安排本论文正文共分为五章，具体安排如下：第一章主要介绍了研究背景及意义第二章主要介绍了脑磁图(MEG) 的提取和应用前景第三章主要介绍 MEG 信号的小波变换及其在Matlab 中的算法实现第四章主要介绍多通道 MEG 信号的小波变换的相干性及其在 Matlab 中的算法实现第五章主要对本研究课题进行总结性描述2 脑磁图 MEG脑磁图(Magnetoencephalography)，或简称 MEG，是集低温超导、 生物工程、电子工
11、程、医学工程等二十一世纪尖端科学技术于一体，是无创伤性地探测大脑电磁生理信号的一种脑功能检测技术。脑磁图技术使人类研究大脑的复杂功能、治疗脑部疾病的能力达到了前所未有的境界。这一前沿科学互相渗透的结晶代表了目前医学仪器发展的最高水准和新的方向。MEG 是一种完全无侵袭，无损伤的脑功能检测技术，可广泛地用于大脑功能的开发研究和临床脑疾病诊断。MEG 的检测过程，是对脑内神经电流发出的极其微弱的生物磁场信号的直接测量，同时，测量系统本身不会释放任何对人体有害的射线、能量或机器噪声。在检测过程中，MEG 探测仪不需要固定在患者头部，-范文最新推荐-9 / 20测量前对患者无须作特殊准备，所以准备时间
12、短，检测过程安全、简便，对人体无任何 副作用。目前MEG 检测过程只需要经过一次测量就可采集到全头的脑磁场信号，且具备抗外磁场干扰系统，可同时高速采集整个大脑的瞬态数据。通过计算机综合影象信息处理，将获得的信号转换成脑磁曲线图，等磁线图，并通过相应数学模型的拟合得到信号源定位。进一步，MEG 确定的神经信号源可与 MRI、CT 等解剖影象信息叠加整合，形成脑功能解剖学定位，能准确地反映出脑功能的瞬时变化状态。目前，MEG 已用于如思维、情感等高级脑功能的研究，以及广泛用于神经外科手术前脑功能定位、癫痫灶手术定位、帕金森病、精神病和戒毒等功能性疾病的外科治疗，也在脑血管病以及小儿胎儿神经疾病等临
13、床科学应用。 2.1 脑磁图（ MEG）概述 2.1.1 脑磁图（MEG）基本原理人的颅脑周围也存在着磁场，这种磁场称为脑磁场。但这种磁场强度很微弱，要用特殊的设备才能测知并记录下来需建立一个严密的电磁场屏蔽室，在这个屏蔽室中，将受检者的头部置于特别敏感的超冷电磁测定器中，通过特殊的仪器可测出颅脑的极微弱的脑磁波，再用记录装置把这种脑磁波记录下来，形成图形，这种图形便称作脑磁图。它是反映脑的磁场变化，此与脑电图反映脑的电场变化不同。脑磁图对脑部损伤的定位诊断比脑电图更为准确，加之脑磁图不受颅骨的影响，图像清晰易辨，故对脑部疾病是一种崭新的手段，为诊断发挥其特有的作用，要与脑电图结合起来，互补不
14、足。脑电图易受过多电活动的干扰，也受颅骨影响，波幅衰减等，其诊断更准确。图 2-1 电流周围产生磁场（Neuromag 提供）-范文最新推荐-11 / 20生理学原理：大脑皮层基本情况如下，当神经元受到病理、电化学或药物等刺激时,细胞膜的平衡遭到破坏,产生高度去极化,这时可产生动作电位,这个局部动作电位又会破坏下一段细胞膜的平衡状态,这一系列反复恢复和破坏细胞膜的生化物理过程构成了动作电位在神经元和神经细胞膜上的单向传递,就产生了脑电信号(EEG).脑磁信号正是基于脑电信号的传递而产生的,因为大量紧密排列的脑神经元活动产生的生物电流可以看作一个信号源,由这个电流源产生的交变磁场可以穿透脑组织以及颅脑,到达头部之外 ,用一组探测器阵列就可以测量到头皮表面上的这种磁场变化,从而可以确定脑内
