[發明專利]一種睡眠慢波-紡錘波耦合信號的提取方法、系統及裝置

有效

• 申請號: 202211276703.8
• 申請日: 2022-10-19
• 公開（公告）號: CN115357126B
• 公開（公告）日: 2023-01-24
• 發明（設計）人: 魏依娜;羅曼麗;馮琳清;唐弢;張一鳴;蔡正廳;劉金標;王麗婕;麥遜
• 申請（專利權）人: 之江實驗室
• 主分類號: G06F3/01
• 分類號: G06F3/01;G06F18/15;G06F18/213;G06F18/24;A61B5/374;A61B5/00
• 代理公司: 北京志霖恒遠知識產權代理有限公司 11435
• 代理人: 戴莉

本發明公開了一種睡眠慢波?紡錘波耦合信號的提取方法、系統及裝置，包括以下步驟：步驟S1：得到預處理腦電信號；步驟S2：判斷存在慢波及紡錘波；步驟S3：確定慢波信號；步驟S4：確定紡錘波信號；步驟S5：遍歷步驟S3和步驟S4，獲取時間點重合且滿足紡錘波信號最大振幅在慢波信號時間點中的慢波與紡錘波，根據慢波和紡錘波的起止時間點來確定慢波?紡錘波耦合的起止時間點，得到慢波?紡錘波耦合信號。本發明降低異常數據對慢波?紡錘波判定的影響；慢波和紡錘波判定采用多重判定機制，提高慢波和紡錘波判定的抗干擾能力；最終慢波?紡錘波判定中以慢波中檢測到最大紡錘波峰值為判定機制，更全面檢測慢波與紡錘波在不同相位的耦合。

技術領域

本發明涉及信號與信息處理和神經生物學交叉技術領域，尤其涉及一種睡眠慢波-紡錘波耦合信號的提取方法、系統及裝置。

背景技術

越來越多的研究表明，睡眠在記憶鞏固中起著至關重要的作用。在沒有意識信息處理干擾的情況下，非快速眼動（Non rapid eye movement, NREM）睡眠震蕩促進鞏固記憶。具體而言，皮層的慢波震蕩（Slow oscillations, SO）、丘腦的紡錘波（Spindle）和海馬的漣波（Ripples）之間在時間相互作用形成了一個層次結構，允許長期記憶保留所必須的信息轉換。特別是，紡錘體與其他神經元振蕩的相位-振幅耦合（Phase-amplitudecoupling, PAC）——較慢振蕩的特定相位與較快振蕩的振幅的耦合與長期記憶有關，即紡錘波在其波谷中攜帶海馬紋波（80～140Hz）（紡錘波-漣波耦合），然后嵌套到慢波的上升狀態（慢波-紡錘波耦合）。最近，人們發現PAC現象與各種神經系統疾病和大腦活動有關，同時，慢波和紡錘波耦合越來越受到重視。在嚙齒類動物中，當在SO的上升階段對丘腦進行以接近紡錘波頻率的刺激時，紡錘波與慢波的耦合發生增加，記憶任務表現顯著改善，表明在慢波的上升狀態下精確耦合的紡錘體促進了記憶鞏固的增加。

一個完整的人類夜間睡眠包括快速眼動（Rapid eye movement, REM）階段、非快速眼動階段1（N1）、階段2（N2）和階段3（N3）。非快速眼動的N3階段也稱為慢波睡眠（Slow-wave sleep, SWS）或者深度睡眠，其特征是皮層網絡中的大幅度慢振蕩（SO，0.5～1.25Hz）的節律模式，具有同步神經膜超極化（下降狀態）和去極化（上升狀態）的周期性交替。睡眠紡錘波則是N2階段的標志性信號，而在N3階段則通常與SO的上升狀態相耦合，是由網狀丘腦和丘腦皮層中繼神經元產生的起伏振蕩，持續時間為0.5～3s，頻率約為9～16Hz。睡眠時慢波-紡錘波耦合是記憶鞏固中的重要標志。檢測睡眠慢波-紡錘波耦合有助于睡眠記憶鞏固的機制研究，目前關于睡眠慢波-紡錘波耦合檢測方法較少，缺乏較為統一的判定標準。

為此，我們提出一種睡眠慢波-紡錘波耦合信號的提取方法、系統及裝置以解決上述技術問題。

發明內容

本發明為了解決上述技術問題，在于提供一種睡眠慢波-紡錘波耦合信號的提取方法、系統及裝置。

本發明采用的技術方案如下：

一種睡眠慢波-紡錘波耦合信號的提取方法，包括以下步驟：

步驟S1：讀取睡眠顱內腦電信號，對所述腦電信號進行預處理，得到預處理腦電信號；

步驟S2：對所述預處理腦電信號計算各通道的功率譜密度，獲取功率譜密度圖，當所述功率譜密度圖在慢波頻段和紡錘波頻段存在波峰，則存在慢波及紡錘波，進入步驟S3；反之，則不存在慢波及紡錘波，進入步驟S1；

步驟S3：選取預設頻段的預處理腦電信號，確定預處理腦電信號的零交叉點并標記，根據零交叉點標記的持續時間確定潛在慢波信號，利用所述潛在慢波信號的慢波幅度閾值確定慢波信號；

步驟S4：選取預設頻段的預處理腦電信號，并確定預處理腦電信號的瞬時幅值，采用滑窗平滑瞬時幅值，根據所述瞬時幅值確定潛在紡錘波信號，利用所述潛在紡錘波信號的起止點的持續時間確定紡錘波信號；