脑地形图（Topographicalmapofbrain）以及代码实现

目录

引言

大脑结构

EEG信号

脑地形图

脑地形图的作用

分析数据

观察电极是否损坏

代码实现（matlab）

eeglab工具包-topoplot

自己动手绘制脑地形图

loc文件

eeg文件

 感谢

引言

本文档为个人学习笔记，如有不当之处，恳请各位读者留言指正。

 脑地形图是脑功能研究和临床诊断的重要手段。对于脑地形图的理解，在一定程度上，可以帮助你分析脑电数据。

大脑结构

 对于大脑的理解，不同的人有不同程度的理解，也许在你上中学的时候，老师或者一些长者告诉你，大脑是由很多的沟和回组成的，他们告诉你可以想象把一张白纸揉的皱皱巴巴的，然后塞到脑壳中（你的长辈描述的肯定没我这么暴力）。这么表述本身没什么问题，在描述外观的层面来说，说的是对的。

但是如果你是一个EEG或MEG研究者的话，这种程度的理解，还远远不够。

EEG信号

  你可以想象，在大脑的表面有很多的平面，并且，平面上有很多的源，一般来说，我们认为源是一个个1-2mm的圆柱体。这些小圆柱体会产生磁场以及电流。这个时候我们在大脑的特定位置放置电极来采集电流电压信号。即为，EEG信号。

 根据你放置的电极数量，分为64导联、128导联等。

脑地形图

 我们看到，采集到的脑电信号是一组又一组的时域信号，但是脑地形图需要在每一个电极的位置”“放置“一个唯一的值，因此要么，你绘制像上图一样的某时刻的脑电图，要么是求一些特征值，在这里不在赘述。肯定的是一定要一个唯一确定的值。如果你用的64导联，那么用的数据就是一个1*64（或64*1）的大小。

脑地形图的作用

分析数据

这个分析方法很多，本文不介绍

观察电极是否损坏

从这个图中我们就可以看出在右上区有一个损坏的电极。

代码实现（matlab）

根据上面说的，你应该可以知道我们想要绘制脑地形图的话需要，脑电信号和电极位置坐标，两个信息。如果你不明白的话也没有关系，我会告诉你的。

我的数据是通过Neuronscan得到的.cnt文件。这个方式的到的数据是没有电极位置的文件的，一般来说你会有一个.loc文件。

eeglab工具包-topoplot

如果你用的是eeglab工具包提供的topoplot()函数的话，你可以直接用下面的代码。

 对了，这里的topodata就是你的EEG数据。在后面的就是一些参数，它们可以调节你的脑地形图的背景、颜色等参数。

topoplot(topodata,'mychan.loc','maplimits','absmax','style','map','whitebk','on','electrodes','labels','plotchans',n_l,'colormap','jet','headrad',0.52,'shading','interp' ,'interplimits','electrodes','hcolor','k');

如果你正确运行了代码，你应该会得到这样的图。

好了，topoplot就讲到这里。

自己动手绘制脑地形图

我们的重点在于，如何自己绘制一个脑地形图。这样做的好处就是，你可以随意调控参数、插值方式等细节。更为重要的是你可以得到一些topoplot得不到的数据。 

loc文件

先来处理loc文件，首先，loc文件包含的内容为。电极序号（1、2、3、...）、电极的极坐标位置（theta、radius）以及电极的名称（这个是文本类型的数据）。

%% 读取电极位置文件loc
chanel_loc = fileread('.../mychan.loc'); % 写上你自己的loc文件的绝对路径
Cell_0 = textscan(chanel_loc, '%f%f%f%s');
c1=Cell_0(1,1);c2=Cell_0(1,2);c3=Cell_0(1,3);c4=Cell_0(1,4);
serial=cell2mat(c1); theta=cell2mat(c2); radius=cell2mat(c3);label=c4;

eeg文件

我们来看一下基本的思路。

%% 绘制电极位置
[elocsX,elocsY] = pol2cart(pi/180*theta,radius);% 极坐标系转化到笛卡尔坐标系figure(1), clf;
scatter(elocsY,elocsX,100,'ro','filled');
set(gca,'xlim',[-1 1],'ylim',[-1 1]);
axis equal;
title('电极位置');interp_detail = 100;    %初设100个点，后期科更改
interpX = linspace(min(elocsX)-.11,max(elocsX)+.11,interp_detail);
interpY = linspace(min(elocsY),max(elocsY),interp_detail);
[gridX,gridY] = meshgrid(interpX,interpY);hold on;
plot3(gridY(:),gridX(:),-ones(1,interp_detail^2),'k.');

运行完代码你就会得到这样的图。

 其中，红色的就是电极的位置，黑色的点就是通过插值函数之后得到的个个点的位置，简单地来说就是，EEG信号文件以及loc文件是无法绘制出我们想要的脑地形图的，我们需要在各个点（红花点）之间创建新的点（黑点），利用插值函数，使这些黑点有值，在绘制等高线图就可以了。

下面就是简单的调用一下插值函数。

topoplot函数中，用的是griddata。这个函数做了插补和外插。

rmax = 0.5;% 不要修改这个参数% interpFunction = TriScatteredInterp(elocsY,elocsX,bcr_13hz_400mVpp_g1_fft_13Hz');
% topodata = interpFunction(gridX,gridY);
[Xi, Yi, topodata] = griddata(elocsY, elocsX, data',gridX, gridY, 'v4');
mask = (sqrt(Xi.^2 + Yi.^2) <= rmax); % mask outside the plotting circle
ii = find(mask == 0);
topodata(ii) = NaN;                         % mask non-plotting voxels with NaNs

倒数三行的作用就是使你的脑地形图是圆的。和topoplot得到的一样。如果你不喜欢就删除这三行就好了。

让我们来看看，结果怎么样吧。

%% 绘制结果
figure(2), clf% contourf
% subplot(221)
contourf(interpY,interpX,topodata,100,'linecolor','none');
axis square;
set(gca,'xlim',[-.5 .5],'ylim',[-1 .8])
title('Interpolated data using ''contourf''')surf(interpY,interpX,topodata);
xlabel('left-right of scalp'), ylabel('anterior-posterior of scalp'), zlabel('\muV')
shading interp, axis square;
set(gca,'xlim',[-.5 .5],'ylim',[-1 .8])
rotate3d on, view(0,90)
title('Interpolated data using ''surf''')topoplot(data,'mychan.loc','maplimits','absmax','style','map','whitebk','on',...
'electrodes','labels','plotchans',n_l,'colormap','jet','headrad',0.52,'shading','interp' ,'interplimits','electrodes','hcolor','k');
title('Interpolated data using eeglab ''topoplot''')

（这个surf是3d的曲面图，我个人比较喜欢这样来看）

得到的图是这样的。

 感谢

[1]eeglab工具包

[2]youtube upper:Mike Cohen