第三章 生物医学信号的一般处理方法
3.1 相干平均算法
把信号从噪声中分离出来的方法很多,但需借助于特殊的技术。现今最为广泛使用的方法是叠加技术和平均技术。如目前临床上常用的用于提取诱发电位的方法就是叠加平均技术。“叠加”和“平均”这两个术语都常用来指从脑电图中检出脑诱发电位的方法,其本质是在反复给予同样的刺激过程中,使与刺激有固定时间关系的电位活动相对地逐渐增大,而与刺激无固定时间关系的背景电活动却在多次刺激过程中相互抵消,逐渐变小,使脑诱发电位从背景活动中显现出来。一般来说,叠加似乎比平均确切些,但是,在大多数情况下,“叠加”和“平均”两词没有重要的差异。
我们可以将诱发反应作为要提取的信号,自发脑电活动作为随机噪声,利用平均技术,其信噪比的改变程度与叠加次数的平方根成正比。叠加次数越多,信号就越清晰。但在实际研究条件下,叠加次数过多,时间过长,会引起被试者的疲劳而影响临床检测或试验的结果。这里还要指出的是,任何借增加叠加次数来弥补仪器或技术上的不足的做法,都是错误的。因此,选择适当的叠加次数,使脑诱发电位信号能从自发脑电噪音背景中清楚地分离出来,而又不致引起被试者或病患的过度疲劳,是使用叠加平均技术实现微弱诱发电位提取必须考虑的一个因素。
在叠加技术处理过程中,信噪比的改善程度和刺激次数呈平方根的比率关系,这本身就限制了叠加技术在更大程度上降低噪声和提取脑诱发电位信号的能力。在进行叠加处理开始时,噪声衰减最大,愈往后其衰减愈不明显,并且也愈需要更多的刺激数(或扫描数)。而事实上,临床受试者多为病患,不能耐受过多的刺激,如果持续平均处理次数过多,易引起各种爆发性伪迹。这种爆发性伪迹难以用叠加平均技术消减,从而降低了最终所得诱发电位的信噪比。
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