This paper introduces a new time-frequency representation method for biomedical signals: the dyadic aggregated autoregressive (DASAR) model. Signals, such as electroencephalograms (EEGs) and functional near-infrared spectroscopy (fNIRS), exhibit physiological information through time-evolving spectrum components at specific frequency intervals: 0-50 Hz (EEG) or 0-150 mHz (fNIRS). Spectrotemporal features in signals are conventionally estimated using short-time Fourier transform (STFT) and wavelet transform (WT). However, both methods may not offer the most robust or compact representation despite their widespread use in biomedical contexts. The presented method, DASAR, improves precise frequency identification and tracking of interpretable frequency components with a parsimonious set of parameters. DASAR achieves these characteristics by assuming that the biomedical time-varying spectrum comprises several independent stochastic oscillators with (piecewise) time-varying frequencies. Local stationarity can be assumed within dyadic subdivisions of the recordings, while the stochastic oscillators can be modeled with an aggregation of second-order autoregressive models (ASAR). DASAR can provide a more accurate representation of the (highly contrasted) EEG and fNIRS frequency ranges by increasing the estimation accuracy in user-defined spectrum region of interest (SROI). A mental arithmetic experiment on a hybrid EEG-fNIRS was conducted to assess the efficiency of the method. Our proposed technique, STFT, and WT were applied on both biomedical signals to discover potential oscillators that improve the discrimination between the task condition and its baseline. The results show that DASAR provided the highest spectrum differentiation and it was the only method that could identify Mayer waves as narrow-band artifacts at 97.4-97.5 mHz.


翻译:本文为生物医学信号引入了一种新的时间频率代表方法: dyadic 集成自动递增(DASAR) 模型。 信号,例如电脑图和功能近红外光谱检查(fNIRS),通过特定频率间隔的时间变化频谱组件展示生理信息: 0- 50 Hz(EEG) 或 0- 150 mHz(fNIRS) 。 信号中的分光时钟特征通常使用短期的 Fourier变换(STFT) 和波盘变(WT) 模型来估算。 然而,这两种方法尽管在生物医学背景下广泛使用,但可能无法提供最强或最紧的表示。 所提出的方法,DASARAR, 改进精确的频率识别和跟踪可解释频率组件,并设定生物医学时间变化频谱由(SARIS) 数个独立的分红心振荡振荡振荡振荡器组成(SARI ), 可以假设本地定时变变频方法在记录二部的亚缩亚缩亚底图中进行,同时进行精确度分析,同时进行精确的显示,而精度变变现的显示, 度变频变频变频变频变压的显示的频率变异变频变频变变变频值数据(SARS), 显示的变压的变压的频率的频率的变变变变变变变变变变变法则则则在SAL(SMA的变法,在SMA的变法的变法的变法的变法则在SDR) 。

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