《Duffing振子新特性及其在癲癇腦電分類中的套用研究》是依託汕頭大學，由袁野擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：Duffing振子新特性及其在癲癇腦電分類中的套用研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：袁野
- 依託單位：汕頭大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
研究者已利用Duffing振子對初始條件敏感性提出多種套用研究，但只限於檢測/處理周期或準周期信號，限制了Duffing振子的套用範圍。先前的研究中我們反演驗證了Duffing振子能夠對混沌輸入時間序列表現出規則的非線性回響，即輸入信號的混沌程度越強，則Duffing振子的混沌程度也越強，並根據實驗結果初步提出基於Duffing振子的癲癇發作檢測方法。本研究擬在先前反演實驗結果的基礎上，對Duffing振子對混沌輸入時間序列表現出規則非線性回響這一新特性進一步探索，利用正交多項式近似法從數理上解釋這一現象，為Duffing振子新特性的套用奠定理論基礎；進一步完善基於Duffing振子新特性的癲癇腦電分類方法，使其適應實際癲癇發作的多種複雜情況，達到或接近臨床套用要求；考察Duffing振子的新特性對其他混沌振子是否具有普適性，研究這一現象是否是混沌振子的一般規律。
結題摘要
本項目研究中，發現並研究了Duffing振子的新特性，即輸入信號混沌程度越強，則Duffing振子表現出的混沌程度也越強，呈現出“類正比”特徵。對於這一特性，利用正交多項式方法進行研究。由於以往的外驅動力Duffing振子均是基於固定外驅動力信號的，可以直接通過數值計算求解，而具有可變型或隨機參數外驅動力的Duffing振子，則不能直接進行數值計算，需要將其轉化為固定參數的形式。通過正交多項式方法，我們將可變外驅動力的Duffing方程轉化為可進行數值求解的固定參數近似形式，再結合龍格-庫塔法以及龐佳卡萊截面等進行分析。研究發現，隨著輸入信號（或隨機參數）的隨機強度/混沌強度變化，作為混沌振子的Duffing振子本身的混沌特徵亦展現出規律性，並將Dufifng振子的這一特性用於腦電信號研究。 目前，已知腦電信號是混沌信號，且癲癇發作時腦電信號的混沌特徵會發生改變，即癲癇發作時腦電信號的混沌程度會顯著降低。利用這一特點，結合已驗證的Duffing振子的新特性，提出基於Duffing振子新特性的癲癇發作檢測方法。通過實驗分析，看到正常腦電信號和癲癇腦電信號驅動的Duffing振子呈現完全不同的混沌特徵，證明利用Duffing振子的新特性實現癲癇發作檢測是可行的。我們還利用不同發作類型的癲癇腦電信號做進一步實驗，嘗試利用Duffing振子新特性來區分不同類型的癲癇發作。從實驗結果來看，實現這一目標還存在一定困難，原因在於不同癲癇發作的腦電信號所表現出的混沌特徵區別不是十分明顯，因此以腦電信號驅動的Duffing振子的混沌特徵區別也就同樣不明顯，這一部分還需要進一步研究。 本研究中，還對信號的本質特徵進行研究，確定信號的線性/非線性特徵，因為在對未知信號進行探索時，通常需要嘗試對信號進行建模分析，而確定信號是非線性或線性的，直接決定建模的準確性。我們提出了一種基於相空間重構的數值方法，並利用幾種混沌模型和已知模型的實際信號驗證了算法的有效性。所提出的方法比其他同類方法具有速度快、所需數據量小的特點。同時，還將該方法用於腦電信號分析，提出基於信號非線性程度的癲癇發作檢測方法，為實現癲癇發作自動檢測提供了新的分析手段。 以上研究成果，已發表EI檢索研究論文6篇，目前還有3篇SCI檢索期刊論文在審稿中；已培養畢業碩士研究生1名，在讀碩士研究生3名。
