[發(fā)明專利]一種基于腦電臨界核參數(shù)預(yù)測(cè)癲癇發(fā)作的系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110758887.0
• 申請(qǐng)日: 2021-07-05
• 公開（公告）號(hào): CN113349797B
• 公開（公告）日: 2022-07-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鐘麗莎;李章勇;易芳吉;何淑玲;伍佳;黎希
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 重慶郵電大學(xué)
• 主分類號(hào): A61B5/369
• 分類號(hào): A61B5/369;A61B5/372;A61B5/00
• 代理公司: 重慶輝騰律師事務(wù)所 50215
• 代理人: 盧勝斌

本發(fā)明涉及腦科學(xué)、神經(jīng)信息分析、物理學(xué)相變等技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于腦電臨界核參數(shù)預(yù)測(cè)癲癇發(fā)作的方法，包括獲取原始多通道腦電圖，并對(duì)腦電數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，篩選獲取腦電異常波動(dòng)大核心通道的數(shù)據(jù)；根據(jù)獲取核心通道的數(shù)據(jù)構(gòu)建癲癇腦電的臨界核并計(jì)算其尺寸，獲得癲癇發(fā)作的空間臨界特征；對(duì)獲取核心通道的數(shù)據(jù)中腦電幅度漲落波動(dòng)進(jìn)行Z分?jǐn)?shù)標(biāo)準(zhǔn)化，得到癲癇發(fā)作的時(shí)序臨界特征；結(jié)合獲得的空間臨界特征和時(shí)序臨界特征，構(gòu)建基于臨界核的復(fù)合指標(biāo)，并設(shè)置報(bào)警閾值，根據(jù)復(fù)合指標(biāo)與報(bào)警閾值的關(guān)系進(jìn)行預(yù)測(cè)；本發(fā)明從時(shí)間和空間設(shè)計(jì)癲癇腦電時(shí)空臨界特征參數(shù)，能更全面的衡量腦電信息，即使在樣本較少的情況下本發(fā)明仍然具有良好識(shí)別效果。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及腦科學(xué)、神經(jīng)信息分析、物理學(xué)相變等技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于腦電臨界核參數(shù)預(yù)測(cè)癲癇發(fā)作的系統(tǒng)。

背景技術(shù)

癲癇發(fā)作是中樞神經(jīng)系統(tǒng)功能失調(diào)引發(fā)的神經(jīng)元群異常超同步放電產(chǎn)生的，具有反復(fù)性和突發(fā)性等特征，容易給患者帶來意外傷害甚至死亡。癲癇發(fā)作有效的預(yù)測(cè)可以減少患者受到傷害的風(fēng)險(xiǎn)，提高患者生活質(zhì)量，有助于癲癇診斷治療的臨床決策。腦電記錄大腦的電活動(dòng)信息具有無創(chuàng)、高時(shí)間分辨率和可持續(xù)監(jiān)測(cè)等優(yōu)點(diǎn)成為臨床癲癇診療必不可少的重要工具。癲癇預(yù)測(cè)的本質(zhì)是提取發(fā)作前期腦電特征，有效的區(qū)別發(fā)作前期腦電和正常腦電。不同于發(fā)作期腦電的高頻高幅的顯著差異，發(fā)作前期和正常腦電沒有明顯的差異。因此，癲癇發(fā)作預(yù)測(cè)的效果仍然不能令人滿意，沒有適合臨床應(yīng)用的預(yù)測(cè)工具。目前腦電信號(hào)預(yù)測(cè)癲癇發(fā)作常用的方法是機(jī)器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)，但這些方法過渡依賴數(shù)據(jù)的樣本量，只有當(dāng)癲癇發(fā)作次數(shù)足夠多時(shí)，才能得到較好的預(yù)測(cè)效果。而且深度學(xué)習(xí)模型是一個(gè)“黑盒”系統(tǒng)，其內(nèi)部的運(yùn)行機(jī)制還有待闡明，限制了其臨床應(yīng)用。

相變思想及其臨界現(xiàn)象從物理學(xué)科逐步發(fā)展拓寬至化學(xué)、生態(tài)系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)通信甚至醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。目前，相變中的臨界轉(zhuǎn)變應(yīng)用于復(fù)雜疾病早期診斷取得了一定的成果，利用高通量基因蛋白測(cè)序構(gòu)建動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行癌癥、癌癥轉(zhuǎn)移、流行性疾病等的早期診斷。臨界轉(zhuǎn)變用于復(fù)雜疾病的早期診斷為本發(fā)明開展癲癇發(fā)作預(yù)測(cè)提供了新思路。本發(fā)明引入相變思想，研究癲癇發(fā)作的臨界轉(zhuǎn)變過程，提出一種基于腦電臨界核參數(shù)的預(yù)測(cè)癲癇發(fā)作的方法，實(shí)現(xiàn)癲癇發(fā)作的早期預(yù)警，可以為輔助臨床癲癇發(fā)作實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)提供重要的實(shí)際意義。

發(fā)明內(nèi)容

為了實(shí)現(xiàn)癲癇發(fā)作的早期預(yù)測(cè)，為臨床癲癇患者提供預(yù)警，提高患者的生活質(zhì)量，本發(fā)明提出一種基于腦電臨界核參數(shù)預(yù)測(cè)癲癇發(fā)作的系統(tǒng)，具體包括以下步驟：

S1、獲取原始多通道腦電圖，并對(duì)腦電數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，篩選獲取腦電異常波動(dòng)大核心通道的數(shù)據(jù)；

S2、根據(jù)獲取核心通道的數(shù)據(jù)構(gòu)建癲癇腦電的臨界核并計(jì)算其尺寸，獲得癲癇發(fā)作的空間臨界特征；

S3、對(duì)獲取核心通道的數(shù)據(jù)中腦電幅度漲落波動(dòng)進(jìn)行Z分?jǐn)?shù)標(biāo)準(zhǔn)化，得到癲癇發(fā)作的時(shí)序臨界特征；

S4、結(jié)合獲得的空間臨界特征和時(shí)序臨界特征，構(gòu)建基于臨界核的復(fù)合指標(biāo)，并設(shè)置報(bào)警閾值，根據(jù)復(fù)合指標(biāo)與報(bào)警閾值的關(guān)系進(jìn)行預(yù)測(cè)。

進(jìn)一步的，獲得癲癇發(fā)作的空間臨界特征的過程包括以下步驟：

從核心通道中根據(jù)皮爾遜相關(guān)系數(shù)選擇相關(guān)性最高的兩兩通道；

根據(jù)兩兩通道之間的相關(guān)性，通過二值化構(gòu)建臨界核，即將電極作為節(jié)點(diǎn)，若兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間相關(guān)性強(qiáng)則存在邊關(guān)系，所有節(jié)點(diǎn)和邊關(guān)系即為臨界核；

計(jì)算臨界核大小，將其作為癲癇發(fā)作的空間臨界特征。

進(jìn)一步的，兩兩通道信號(hào)的皮爾遜相關(guān)性系數(shù)表示為：