[發(fā)明專利]基于模糊聚類優(yōu)化高斯混合模型的高頻振蕩節(jié)律檢測方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810552305.1
• 申請日: 2018-05-31
• 公開（公告）號: CN108875604B
• 公開（公告）日: 2021-07-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳敏;萬雄波;方澤林;萬婷;杜玉曉
• 申請（專利權(quán)）人: 中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00;A61B5/369;A61B5/374;A61B5/00
• 代理公司: 武漢知產(chǎn)時(shí)代知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 42238
• 代理人: 郝明琴

本發(fā)明提供了基于模糊聚類優(yōu)化高斯混合模型的高頻振蕩節(jié)律檢測方法，基于聚類分析的方法對高頻振蕩節(jié)律進(jìn)行檢測，選取模糊熵、短時(shí)能量、功率比和頻譜質(zhì)心為癲癇腦電信號的特征，將其構(gòu)成特征向量作為聚類算法的輸入，采用期望最大化高斯混合模型聚類算法對該特征向量進(jìn)行分類，并采用模糊c‐均值聚類算法得到期望最大化高斯混合模型聚類算法的初始化參數(shù)；選取中位數(shù)和四分位距分析每類的統(tǒng)計(jì)學(xué)特征，檢測出高頻振蕩節(jié)律。本發(fā)明的有益效果：提高癲癇腦電信號的高頻振蕩節(jié)律的檢測速度，幫助醫(yī)生進(jìn)行癲癇診斷和致癇灶切除。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及癲癇腦電信號處理領(lǐng)域，尤其涉及基于模糊聚類優(yōu)化高斯混合模型的高頻振蕩節(jié)律檢測方法。

背景技術(shù)

癲癇是一種常見的神經(jīng)系統(tǒng)疾病，患病率大約占世界人口的1％。目前我國有900萬以上的癲癇患者，該數(shù)目仍在以每年65萬-70萬的速度增長。大部分癲癇患者通過抗癲癇藥物進(jìn)行治療。自上個(gè)世紀(jì)初發(fā)現(xiàn)苯巴比妥能治療癲癇以后，不斷有抗癲癇藥物如苯妥英、乙琥胺、卡馬西平、丙戊酸等問世，它們能使70％癲癇病人的發(fā)作獲得控制，其中大部分病人經(jīng)過常規(guī)藥物治療后可終生不再發(fā)病。但仍有30％的病患被確認(rèn)為難治性癲癇，需要采取外科治療等方法的干預(yù)。上個(gè)世紀(jì)80年代后，陸續(xù)研制了不少抗癲癇新藥如托吡酯、拉莫三嗪、胺已烯酸、加巴噴丁、奧卡西平等，使30％左右的難治性癲癇患者也看到了曙光。在影像學(xué)、電生理學(xué)等發(fā)展基礎(chǔ)上，外科治療的進(jìn)步使難治性癲癇獲得更多控制發(fā)作的機(jī)會(huì)。

難治性癲癇是指經(jīng)過常規(guī)的、系統(tǒng)的抗癲癇藥物治療，其血液內(nèi)抗癲癇藥物濃度保持在有效的范圍內(nèi)，但仍不能控制病人的癲癇發(fā)作，并嚴(yán)重影響病人的工作、學(xué)習(xí)或正常生活者；其發(fā)作頻率在每月2-4次以上，病程在4年以上。

癲癇特征波形提取和癲癇病灶的精確定位是術(shù)前評估的關(guān)鍵技術(shù)性問題。目前對于致癇灶定位方法有臨床癥狀學(xué)評估、腦電圖、腦磁圖、影像學(xué)評估等。腦電圖是最常用的癲癇病灶定位手段，通過24小時(shí)觀測腦電記錄，可以捕捉患者的發(fā)病過程，實(shí)現(xiàn)即時(shí)觀測分析和定位。致癇灶是患者癲癇發(fā)作期或者發(fā)作間期的病變腦皮質(zhì)區(qū)。通常致癇灶分為發(fā)作始發(fā)區(qū)，激惹灶，致癇病變和功能缺失區(qū)，其中發(fā)作始發(fā)區(qū)是最為有效和顯著的標(biāo)志，可以看做是致癇灶的替代指標(biāo)。

傳統(tǒng)的腦電圖方法重點(diǎn)關(guān)注的是40Hz以下的腦電信號，通過提取該頻段腦電頻率成分來定位癲癇發(fā)作始發(fā)區(qū)。但是該方法檢測的低頻頻率成分很容易受到其他信號的干擾，使得定位結(jié)果出錯(cuò)，導(dǎo)致切除手術(shù)失敗。同時(shí)，該方法非常耗時(shí)，定位時(shí)間大約為24-72小時(shí)，加大了手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。因此，尋找一種新的標(biāo)志物或者快速定位方法迫在眉睫。

近二十年來，越來越多的研究者們開始關(guān)注80Hz以上癲癇腦電信號的高頻振蕩節(jié)律。在癲癇發(fā)作潛伏期，患者大腦開始發(fā)生病理性變化。在病變前后的大腦中，高頻振蕩節(jié)律有著顯著的不同。大量研究表明高頻振蕩節(jié)律可以作為癲癇發(fā)作始發(fā)區(qū)的生物標(biāo)志，它們在癲癇發(fā)作始發(fā)區(qū)的發(fā)生率更高。相較于傳統(tǒng)的基于癇樣放電來定位始發(fā)區(qū)，高頻振蕩節(jié)律不依賴于記錄患者的慣常發(fā)作，減少了記錄的時(shí)間，對某些自發(fā)發(fā)作稀少或置入電極后很長時(shí)間不發(fā)作的患者，應(yīng)用發(fā)作間期高頻振蕩節(jié)律定位致癇灶減少了長程記錄給患者帶來的痛苦和花費(fèi)，也降低了顱內(nèi)感染的可能性，較大程度地提高了手術(shù)療效。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了基于模糊聚類優(yōu)化高斯混合模型的高頻振蕩節(jié)律檢測方法?；谀：垲悆?yōu)化高斯混合模型的高頻振蕩節(jié)律檢測方法，主要包括以下步驟：

S101：獲取癲癇腦電信號的四個(gè)特征：模糊熵、短時(shí)能量、功率比和頻譜質(zhì)心構(gòu)成一個(gè)特征向量，在不同時(shí)刻得到多組所述四個(gè)特征，構(gòu)成多個(gè)特征向量；

S102：采用期望最大化高斯混合模型聚類算法對所述多個(gè)特征向量進(jìn)行分類，得到聚類結(jié)果；

分類過程中，采用模糊c-均值聚類算法對所述期望最大化高斯混合模型聚類算法的參數(shù)進(jìn)行初始化；初始化的具體步驟為：

S201：隨機(jī)產(chǎn)生初始聚類中心v_c，c＝1,2,…,C，C是聚類數(shù)目；