脑电EEG代码开源分享 【1.前置准备-静息态篇】

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一、前言

本文档旨在归纳BCI-EEG-matlab的数据处理代码,作为EEG数据处理的总结,方便快速搭建处理框架的Baseline,实现自动化、模块插拔化、快速化。本文非锁时任务(无锁时刺激,如静息态、运动想象)为例,分享脑电EEG的分析处理方法。
脑电数据分析系列。分为以下6个模块

1. 前置准备
2. 数据预处理
3. 数据可视化
4. 特征提取(特征候选集)
5. 特征选择(量化特征择优)
6. 分类模型

本文内容:【1.前置准备】

提示:以下为各功能代码详细介绍,若节约阅读时间,请下滑至文末的整合代码

二、前置准备 框架介绍

前置准备
前置准备的主要功能,分为以下4部分:

1. 降采样
2. 数据分段
3. 去暂态
4. 选择导联

前期准备的代码框图、流程如下所示:
脑电EEG代码开源分享 【1.前置准备-静息态篇】

注:前置准备 理论上可以归类到 预处理阶段,本代码将两者分开基于以下考虑:

  1. 前置准备是数据处理的准备阶段,对脑电数据无损处理,不对原始数据进行变换、映射
  2. 为提升中间数据的可读性、可分析性,将原本9步骤的预处理,分为 4步【前置准备】 + 5步【预处理】

三、代码格式说明

本文非锁时任务态(下文以静息态代替)范例为:ADHD患者、正常人群在静息状态下的脑模式分类

三、脑电处理 代码

提示:代码环境为 matlab 2018

3.0 参数设置

原采样率 fs_raw=500Hz,降低到 fs_down = 250Hz
一次进行10人次的批处理,subject_num = [1;10]
每段数据分段长度为2秒,epoch_length = 2
处理全部导联编号为1-128的电极,perocess_channel = [1 ; 128];

%% 0.!!!需手动调整参数
data_path = 'C:\Users\Amax\Desktop\basetest_flod\raw_data_flod\';
svae_path = 'C:\Users\Amax\Desktop\basetest_flod\save_fold\';
file_name_target = 'ADHD';
file_name_nontarget = 'Normal';
stuct_name =  'Data';

raw_temp_data = load ([data_path ,file_name_target,'1']);
raw_temp_data = raw_temp_data.Data.data;
fs_raw = 500;
fs_down = 250; %降采样后采样率
subject_num = [1;10];
temp_abandon = 20; %去掉的暂态,以秒为单位
epoch_length = 2;
perocess_channel = [1 ; 128];

经验建议:

3.1 数据导入

导入原始数据,并输出显示基本数据信息:

%% 1.Standard_input
% 0.1 rest_data 输入数据格式为:通道数*采样点数
standard_time = floor(size(raw_temp_data,2)/fs_raw- temp_abandon);
remain_raw_time = standard_time - temp_abandon;
remain_trial = floor(remain_raw_time/epoch_length);
remain_confrim_time = remain_trial * epoch_length;

disp(['数据总时长: ' , num2str(standard_time) , '||暂态时长: ' , num2str(temp_abandon), '||修正剩余时长: ' , num2str(remain_confrim_time)]);
disp(['采样率: ' , num2str(fs_raw), '||每段时长: ' , num2str(epoch_length), '||试次数量: ' , num2str(remain_trial)]);

3.2 前置准备-主函数

主要功能依靠调用 Standard_cut_rest 函数实现:

%% 1.切分数据
disp(['数据分段中...']);
Standard_input_target = [];
Standard_input_nontarget = [];

Standard_input_target.fs = fs_down;
Standard_input_nontarget.fs = fs_down;

Standard_input_target.subject_num = subject_num;
Standard_input_nontarget.subject_num = subject_num;

[Standard_input_target.data,Standard_input_nontarget.data] = Standard_cut_rest(data_path,stuct_name,file_name_target,file_name_nontarget,fs_raw,fs_down,subject_num,remain_trial,epoch_length,temp_abandon,perocess_channel);
Standard_input_target.file = file_name_target;
Standard_input_nontarget.file = file_name_nontarget;
disp(['||已完成标准分段||']);

3.3 前置准备-功能函数

主功能函数 Standard_cut_rest :

function[Standard_input_target,Standard_input_nontarget] = Standard_cut_rest(data_path,stuct_name,file_name_target,file_name_nontarget,fs_raw,fs_down,subject_num,remain_trial,epoch_length,temp_abandon,perocess_channel)
%% 0.参数说明
% data_path 数据路径
% file_name_target 目标数据统一名
% file_name_nontarget 非目标数据统一名
% fs_raw 原始数据采样率
% subject_num 被试起止编号
% remain_trial 剩余试次数
% epoch_length 单试次时长
% temp_abandon 暂态去除时长
% perocess_channel 有效数据通道的首末
Standard_input_target = cell(remain_trial,subject_num(2,1)-subject_num(1,1)+1);
Standard_input_nontarget = cell(remain_trial,subject_num(2,1)-subject_num(1,1)+1);

%% 1.切分数据
print_count=0;
sub_count = 1;
for sub_loop = subject_num(1,1):subject_num(2,1)
raw_data_target = load ([data_path ,file_name_target , num2str(sub_loop)]);
raw_data_target = raw_data_target.(stuct_name).data;
raw_data_target = downsample(raw_data_target',fs_raw/fs_down)';


raw_data_nontarget = load ([data_path ,file_name_nontarget , num2str(sub_loop)]);
raw_data_nontarget = raw_data_nontarget.(stuct_name).data;
raw_data_nontarget = downsample(raw_data_nontarget',fs_raw/fs_down)';

temp_abandon_point = temp_abandon * fs_down;
for trial_loop = 1:remain_trial
    cut_temp = [];
    cut_temp = raw_data_target(perocess_channel(1,1):perocess_channel(2,1), temp_abandon_point+ (trial_loop-1)*fs_down*epoch_length+1 : temp_abandon_point + trial_loop*fs_down*epoch_length);
    Standard_input_target{trial_loop,sub_count} = cut_temp;
    
    cut_temp = [];
    cut_temp = raw_data_nontarget(:, temp_abandon_point+ (trial_loop-1)*fs_down*epoch_length+1 : temp_abandon_point + trial_loop*fs_down*epoch_length);
    Standard_input_nontarget{trial_loop,sub_count} = cut_temp;
end
% disp(['输入标准化分段: ' , num2str(sub_loop/subject_num)]);

fprintf(repmat('\b',1,print_count));   
print_count=fprintf('计算标准化分段进度 : %f',sub_count/(subject_num(2,1) - subject_num(1,1)+1));
sub_count = sub_count+1;
end
fprintf('\n');
end

3.4 前置准备-结果保存

最终,结果保存:

%% 2.保存标准输入文件
disp(['标准分段保存中...']);
save([ svae_path , 'Standard_input_target_',num2str(subject_num(1,1)),'_',num2str(subject_num(2,1))],'Standard_input_target');
save([ svae_path , 'Standard_input_nontarget_',num2str(subject_num(1,1)),'_',num2str(subject_num(2,1))],'Standard_input_nontarget');
disp(['||已完成标准分段保存||']);
t_Standard_input_cost = toc;
disp(['标准输入格式调整完毕,耗时: ',num2str(t_Standard_input_cost)]);

四、前置准备 整体代码

静息态信号整体代码:

disp(['||0.静息态类数据处理-标准输入格式||']);
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%  
%% 0.!!!需手动调整参数
data_path = 'C:\Users\Amax\Desktop\basetest_flod\raw_data_flod\';
svae_path = 'C:\Users\Amax\Desktop\basetest_flod\save_fold\';
file_name_target = 'ADHD';
file_name_nontarget = 'Normal';
stuct_name =  'Data';

raw_temp_data = load ([data_path ,file_name_target,'1']);
raw_temp_data = raw_temp_data.Data.data;
fs_raw = 500;
fs_down = 250; %降采样后采样率
subject_num = [1;10];
temp_abandon = 20; %去掉的暂态,以秒为单位
epoch_length = 2;
perocess_channel = [1 ; 128];
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%  
tic;
%% 1.Standard_input
% 0.1 rest_data 输入数据格式为:通道数*采样点数
standard_time = floor(size(raw_temp_data,2)/fs_raw- temp_abandon);
remain_raw_time = standard_time - temp_abandon;
remain_trial = floor(remain_raw_time/epoch_length);
remain_confrim_time = remain_trial * epoch_length;

disp(['数据总时长: ' , num2str(standard_time) , '||暂态时长: ' , num2str(temp_abandon), '||修正剩余时长: ' , num2str(remain_confrim_time)]);
disp(['采样率: ' , num2str(fs_raw), '||每段时长: ' , num2str(epoch_length), '||试次数量: ' , num2str(remain_trial)]);

%% 1.切分数据
disp(['数据分段中...']);
Standard_input_target = [];
Standard_input_nontarget = [];

Standard_input_target.fs = fs_down;
Standard_input_nontarget.fs = fs_down;

Standard_input_target.subject_num = subject_num;
Standard_input_nontarget.subject_num = subject_num;

[Standard_input_target.data,Standard_input_nontarget.data] = Standard_cut_rest(data_path,stuct_name,file_name_target,file_name_nontarget,fs_raw,fs_down,subject_num,remain_trial,epoch_length,temp_abandon,perocess_channel);
Standard_input_target.file = file_name_target;
Standard_input_nontarget.file = file_name_nontarget;
disp(['||已完成标准分段||']);

%% 2.保存标准输入文件
disp(['标准分段保存中...']);
save([ svae_path , 'Standard_input_target_',num2str(subject_num(1,1)),'_',num2str(subject_num(2,1))],'Standard_input_target');
save([ svae_path , 'Standard_input_nontarget_',num2str(subject_num(1,1)),'_',num2str(subject_num(2,1))],'Standard_input_nontarget');
disp(['||已完成标准分段保存||']);
t_Standard_input_cost = toc;
disp(['标准输入格式调整完毕,耗时: ',num2str(t_Standard_input_cost)]);

总结

前置准备是数据处理的敲门砖,本文仅进行了基础的处理。
本文中静息态的前置准备,通过主功能函数 Standard_cut_rest 实现
静息态数据无时间锚点(triger,marker),数据分段较为简单,一般分为等间距的数据段即可

当然

实际应用时会面临很多潜在的工程问题,例如仪器数据格式、软件运行内存、硬件运行时间等等…
代码工程嘛,就是面对现实…
挂一漏万,如有笔误请大家指正~

感谢您耐心的观看,本系列更新了约30000字,约3000行开源代码,体量相当于一篇硕士工作

往期内容放在了文章开头,麻烦帮忙点点赞,分享给有需要的朋友~

坚定初心,本博客永远:
免费拿走,全部开源,全部无偿分享~

To:新想法、鬼点子的道友:

自己:脑机接口+人工智领域,主攻大脑模式解码、身份认证、仿脑模型…
在读博士第3年,在最后1年,希望将代码、文档、经验、掉坑的经历分享给大家~
做的不好请大佬们多批评、多指导~ 虚心向大伙请教!
想一起做些事情 or 奇奇怪怪点子 or 单纯批评我的,请至Rongkaizhang_bci@163.com

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心中带点小风骚的头像心中带点小风骚普通用户
上一篇 2023年3月19日 下午1:26
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