[發明專利]一種基于雙通道相位同步特征融合的抑郁癥和雙相障礙腦網絡分析方法

有效

• 申請號: 202011633891.6
• 申請日: 2020-12-31
• 公開（公告）號: CN113017627B
• 公開（公告）日: 2023-03-31
• 發明（設計）人: 段立娟;劉紅麗;喬元華
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: A61B5/16
• 分類號: A61B5/16;A61B5/374;A61B5/372;A61B5/369
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 張慧

本發明公開了一種基于雙通道相位同步特征融合的抑郁癥和雙相障礙腦網絡分析方法，使用靜息態頭皮腦電信號，分別采用基于相位延遲指數、加權相位延遲指數和相位鎖值同步性指標來構建相位同步性矩陣并將其融合，從而有效區分抑郁癥和雙相障礙患者的大腦病變區域。與現有技術相比，本發明提供的方法有如下優勢：將三個同步特征融合可以獲取到更多的有效信息來檢測信號間微弱的相互作用關系，有利于發現大腦區域的電極信號是否處于同步狀態，從而有效地識別出病變腦區。實驗表明，通過本發明方法可直觀看出相對于健康對照組而言，抑郁癥和雙相障礙患者的額葉和頂葉差異變化較大。

技術領域

本發明屬于計算神經科學領域，具體來說，涉及基于相位同步指標：相位延遲指數、相位鎖值和加權相位延遲指數的抑郁癥和雙相障礙腦網絡分析方法。構造α、β、θ和δ頻帶下該三個指標的功能連接矩陣，用于進一步研究分析不同類型被試功能連接和腦網絡的差異性。

背景技術

隨著生活節奏的加快，社會競爭力越來越大，人們緊張焦慮的情緒時有發生，因此造成抑郁障礙的患者愈來愈多，抑郁障礙以顯著而持久的心境低落為主要臨床特征，伴有不同程度的認知和行為的損害及較高的自殺率。而雙相障礙患者在情緒高漲(躁狂)和抑郁之間波動。這兩種疾病不僅對患者的身體和心理造成極大的危害，而且給家屬和社會造成一定的壓力，同時也影響社會的良序發展。因其臨床表現癥狀有交叉，所以極易導致誤診誤療，因此正確識別兩種疾病有著至關重要的作用。

人腦可以看成一個復雜的網絡，不同功能區相互作用、相互協調，共同完成人類各種復雜的活動。大腦的網絡連接主要有三種形式：(1)結構連接：由神經元突觸之間的電連接或化學連接構成，這種網絡一般使用磁共振數據來確定；(2)功能連接：指空間上分離的神經單元其神經活動在時間上的關聯性和統計依賴關系；(3)效應連接：刻畫了一個神經單元對另一個神經單元的因果效應，即二者之間屬于調控與被調控的關系。

功能腦網絡的度量方法主要有線性和非線性兩類。由于腦電信號是非平穩非線性的信號，所以目前大量的非線性研究是從相位同步角度分析。然而現有的相位延遲指數(Phase Lag Index,PLI)極易受到輕微的波動從而發生信號翻轉，相位鎖值(PhaseLocking Values,PLV)容易受到容積傳導效應的影響，加權相位延遲指數(Weighted PhaseLag Index,WPLI)對于相位同步真正變化的敏感度相對較低。由于上述相位同步指標的缺點，本文提出了一中基于三種指標的特征融合方法來區分抑郁癥和雙相障礙患者的腦網絡連接。

發明內容

本發明的目的在于，為了解決抑郁癥和雙相障礙誤診率較高的現象，提出了一種基于雙通道相位同步特征融合的抑郁癥和雙相障礙腦網絡分析方法。所提供的特征融合方法在健康對照、抑郁癥和雙相障礙患者之間取得了較高的分類準確率。

實現本方法的主要思路如下：步驟一、采集實驗組和正常對照組的靜息態頭皮EEG信號，每個被試共有m個電極信號被采集；步驟二、對采集的腦電信號數據進行預處理操作，包括：電極定位、重參考、基線去除、下采樣、帶通濾波、ICA分解以及偽跡去除；對預處理之后的信號劃分為B個頻帶，并對每個頻帶的信號分成多個時間片段；步驟三、計算每個被試、每個頻帶、相同時間片段之內的，任意i、j兩通道電極信號之間的三個特征。在第t個時間片段，i、j兩通道電極信號之間的相位延遲指數為PLI_tij、加權相位延遲指數WPLI_tij以及相位鎖值為PLV_tij；步驟四：將三種功能連接矩陣R₁，R₂，R₃進行融合，得到融合后的三種特征，分別為PLV_PLI、PLV_WPLI和PLV_PLI_WPLI；其中，PLV_PLI＝{R₃,R₁}，PLV_WPLI＝{R₃,R₂}，PLV_PLI_WPLI＝{R₃,R₁,R₂}；步驟五：將融合后特征形成的矩陣送入分類器，得到最終的分類結果。