脑电场的数值分析及应用软件开发

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脑功能的研究是所有科学中最令人感兴趣的问题之一,同时也是当代自然科学面临的最重大的挑战之一。由于脑电(EEG)的研究是一种真正无创伤的脑功能研究手段,因此,对脑电信号的研究就成为脑研究的热点。本论文的研究是在国家自然科学基金重点项目“脑内电活动的三维动态成像”资助下完成的。 本论文在分析了从磁共振图像(MRI)构建边界元(BEM)计算模型的方法和脑电场边界元(BEM)数值计算方法的基础上,开发了脑电场数值计算仿真软件包;重点研究了BEM中三角网格剖分方法,提出了过约束点的剖分算法。本论文的主要工作和结果如下: (1)构建头部网格剖分模型。以分割出的头和脑为原始数据,获得图像的边缘轮廓点集,再对边缘轮廓点进行离散获得剖分节点,然后用最短对角线法对头和脑进行三角网格剖分,进而构造出用于脑电场BEM计算的真实几何形状、结构、尺寸的头部网格剖分模型。 (2)提出了过约束点(特征点、电极点)进行网格剖分的方法。开发出相应的软件,可以将给定的约束点作为剖分节点进行剖分,并且保证剖分出的三角形网格是满足BEM计算要求的。该算法经过仿真计算,证明是有效、可靠的;讨论了自适应三角网格剖分的方法,实现了点加密的算法。在三角形的重心增加节点,进行网格加密,对于在加密过程中出现的一些不规则三角形,进行调整,再将三角形重排,同时记录剖分节点(三角形)及相邻节点(三角形)的信息,最后生成加密后的网格。 (3)分析了在具有真实几何结构及电磁参数的头模型下脑电场的BEM,通过对相关技术的全面讨论研究,形成了自己的思想与应用软件系统。提出发展自适应边界元方法以提高边界元方法的计算效率和求解精度。 (4)基于MATLAB环境开发了EEG仿真计算软件包,实现了从MRI图像出发建立头的数值计算模型,到完成脑电场的边界元计算,以及精度分析和结果显示等模块的开发。
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