基于非線性格蘭杰因果關(guān)系的生物醫(yī)學(xué)信號分析.pdf

1、生物醫(yī)學(xué)信號分析在醫(yī)學(xué)的研究中一直具有較高的地位，計(jì)算機(jī)和數(shù)字信號處理技術(shù)的快速發(fā)展也為生物醫(yī)學(xué)信號分析應(yīng)用提供了技術(shù)上的可行性。數(shù)字信號處理方向的發(fā)展進(jìn)步與醫(yī)學(xué)信號方面的革新往往息息相關(guān)。兩者一道促進(jìn)生物醫(yī)學(xué)信號在特征抽象、測量和病理應(yīng)用等方面產(chǎn)生新的發(fā)展。生物醫(yī)學(xué)信號的發(fā)展也讓人類在醫(yī)學(xué)層次上認(rèn)識和了解自己的身體。生物電信號間的因果關(guān)系能夠反映出生理網(wǎng)絡(luò)中的聯(lián)系。為了降低生理網(wǎng)絡(luò)研究的復(fù)雜性，本文采用非線性格蘭杰因果算法來計(jì)算生理信

2、號間的因果關(guān)系系數(shù)，從而推斷生理網(wǎng)絡(luò)間的因果影響。工作內(nèi)容歸納如下：
　　一、本文基于核方法將格蘭杰因果關(guān)系擴(kuò)展到非線性空間，并用于分析癲癇腦電和心電信號之間的因果關(guān)系。目前在分析信號因果關(guān)系的主流方法便是由格蘭杰提出的，在非線性的生理信號方面，格蘭杰因果理論難以繼續(xù)適用。為了促進(jìn)生理信號間因果關(guān)系的進(jìn)一步研究，本文采用利用模式分析中的核方法，將格蘭杰因果關(guān)系擴(kuò)展到非線性空間，并對癲癇腦電和心電的因果關(guān)系進(jìn)行分析。通過比較樣本腦電

3、和心電之間的因果關(guān)系系數(shù)，發(fā)現(xiàn)腦電對心電有較為顯著的因果影響，相對于正常人，癲癇患者腦電對心電的影響較弱。
　　二、本文基于非線性格蘭杰因果理論對睡眠生理信號進(jìn)行了因果分析。本文分別選取了睡眠期和清醒期的腦電、心電和血壓信號，采用非線性格蘭杰因果關(guān)系算法來分析三種信號之間的因果影響。通過對比樣本睡眠期和清醒期三種信號之間的因果關(guān)系系數(shù)，發(fā)現(xiàn)腦電對心電有顯著的因果影響，腦電對血壓有顯著的因果影響，心電對血壓有顯著的因果影響。睡眠階段

4、這種因果影響顯著程度更為明顯，從而說明人在睡眠時期的生理信號更準(zhǔn)確的反映了生理特性。
　　三、本文基于模糊化核函數(shù)實(shí)現(xiàn)非線性格蘭杰因果關(guān)系算法，并使用這種算法對癲癇樣本腦電和心電因果影響做了分析。分別利用高斯核函數(shù)、sigmoid核函數(shù)以及相對應(yīng)的模糊化核函數(shù)，使用非線性格蘭杰因果算法來分析癲癇腦電和心電，研究結(jié)果表明，使用四種核函數(shù)均可以較為顯著的區(qū)分腦電和心電的因果關(guān)系。相對于普通核函數(shù)，使用模糊化算法可以較為顯著的節(jié)約仿真時