VME-DWT : an efficient algorithm for detection and elimination of eye blink from short segments of single EEG channel

Objective: Recent advances in development of low-cost single-channel electroencephalography (EEG) headbands have opened new possibilities for applications in health monitoring and brain-computer interface (BCI) systems. These recorded EEG signals, however, are often contaminated by eye blink artifacts that can yield the fallacious interpretation of the brain activity. This paper proposes an efficient algorithm, VME-DWT, to remove eye blinks in a short segment of the single EEG channel. Method: The proposed algorithm: (a) locates eye blink intervals using Variational Mode Extraction (VME) and (b) filters only contaminated EEG interval using an automatic Discrete Wavelet Transform (DWT) algorithm. The performance of VME-DWT is compared with an automatic Variational Mode Decomposition (AVMD) and a DWT-based algorithms, proposed for suppressing eye blinks in a short segment of the single EEG channel. Results: The VME-DWT detects and filters 95% of the eye blinks from the contaminated EEG signals with SNR ranging from −8 to +3 dB. The VME-DWT shows superiority to the AVMD and DWT with the higher mean value of correlation coefficient (0.92 vs. 0.83, 0.58) and lower mean value of RRMSE (0.42 vs. 0.59, 0.87). Significance: The VME-DWT can be a suitable algorithm for removal of eye blinks in low-cost single-channel EEG systems as it is: (a) computationally-efficient, the contaminated EEG signal is filtered in millisecond time resolution, (b) automatic, no human intervention is required, (c) low-invasive, EEG intervals without contamination remained unaltered, and (d) low-complexity, without need to the artifact reference

Zastosowanie wybranych epizodów elektroencefalograficznych jako sygnału sterującego w interfejsie człowiek-maszyna

Promotor: Piotr Augustyniak.Recenzent: Ryszard Tadeusiewicz, Andrzej Materka.Niepublikowana praca doktorska.Tyt. z ekranu tyt.Praca doktorska. Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica (Kraków), Wydział Elektrotechniki, Automatyki, Informatyki i Inżynierii Biomedycznej, 2013.Zawiera bibliogr.Dostępna również w wersji drukowanej.Tryb dostępu: Internet.Znaczenie elektroencefalografii w bezpośredniej komunikacji mózg komputer, elektroencefalografia EEG, fizjologiczne podstawy aktywności bioelektrycznej mózgu, charakterystyka sygnału EEG, pomiar sygnału elektroencefalograficznego, interfejs mózg komputer BCI, zastosowanie systemów BCI, schemat BCI, paradygmaty BCI, wyobrażenie ruchu, kora motoryczna, pojęcie synchronizacji desynchronizacji związanej z bodźcem ERS/ERD, zmiany w synchronizacji rytmów motorycznych w trakcie wyobrażenia ruchu, metody analizy sygnału, przetwarzanie wstępne sygnału, eliminacja artefaktów, filtracja częstotliwościowa, filtracja przestrzenna, metody obliczania wartości ERD/ERS, klasyczne metody obliczania wartości ERD/ERS, mapy czasowo częstotliwościowe zmian ERD/ERS oparte na metodzie falkowej rozszerzenie na przestrzeń czas częstość, model autoregresyjny, metoda Flicker Noise Spectroscopy FNS, eksperymenty, charakterystyka wzmacniaczy sygnału EEG, eksperyment polegający na wyobrażeniu ruchu prawą oraz lewą ręką, aspekty praktyczne dotyczące przeprowadzania eksperymentów, analiza sygnału EEG związanego z wyobrażeniem ruchu, analiza czasowo częstotliwościowa zmian synchronizacji rytmów oparta na metodzie transformacji falkowej, analiza zmian synchronizacji rytmów motorycznych μ i β podczas wyobrażenia ruchu ręką, wpływ dominacji półkuli mózgowej na zmiany ERD/ERS podczas wyobrażenia ruchu ręką, zmiany w synchronizacji rytmów motorycznych podczas wyobrażenia ruchu ręką u osoby sparaliżowanej, filtracja przestrzenna, porównanie filtracji przestrzennej metodą małego oraz dużego laplasjanu, analiza widmowa za pomocą modelu autoregresyjnego, metoda Flicker Noise Spectroscopy FNS, wyznaczenie zmienności parametrów charakteryzujących układ, wyznaczenie prekursorów nagłych zmian stanu badanego układu, określenie przepływów informacji poprzez analizę korelacji sygnałów mierzonych jednocześnie, interfejs BC