基于非線性格蘭杰因果關系的生物醫(yī)學信號分析.pdf

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

2、號間的因果關系系數(shù)，從而推斷生理網(wǎng)絡間的因果影響。工作內容歸納如下：
　　一、本文基于核方法將格蘭杰因果關系擴展到非線性空間，并用于分析癲癇腦電和心電信號之間的因果關系。目前在分析信號因果關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。為了促進生理信號間因果關系的進一步研究，本文采用利用模式分析中的核方法，將格蘭杰因果關系擴展到非線性空間，并對癲癇腦電和心電的因果關系進行分析。通過比較樣本腦電

3、和心電之間的因果關系系數(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確的反映了生理特性。
　　三、本文基于模糊化核函數(shù)實現(xiàn)非線性格蘭杰因果關系算法，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