[发明专利]基于脑电棘波频次的预警方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于脑电棘波频次的预警方法和装置，属于脑电检测预警技术领域。

技术背景

癫痫(Epilepsy)是一种严重危害人类健康的常见慢性脑部疾病，发作时表现为大脑神经元过度同步化放电，并导致短暂性中枢神经系统功能失常，其发作具有突然性、暂时性和反复性三大特点。具统计，癫痫的患病率在5‰～11‰。癫痫患者当中，约75％可以通过药物或外科手术途径进行控制或治愈，但仍有25％左右的患者无法通过有效治疗方法进行治疗。反复突发的癫痫发作给患者在生理上和精神上都带来了很大的伤害。如果在病人癫痫样脑电放电之前做出提前预警，使医生或患者及其家属能够提前采用有效的干预手段(如通过局部给药或电磁刺激等)控制癫痫的发作，从而降低癫痫发作造成的伤害。

越来越多的研究表明癫痫发作过程不是突发的，而是一个随时间演化的过程。传统的癫痫放电预警方法虽然取得了一定的成果，但是都未能取得较理想的效果。例如，动力学相似指数方法、相关维方法、累积能量方法的癫痫放电预警的灵敏度(即正确预测到的发作次数与总发作次数之比)分别只有41.5％、29.3％和30.5％，预警的灵敏度低，无法满足脑电放电预警的需求(参见Thomas M，Matthias W，Richard A，et.al.Comparison of three nonlinear seizure prediction methods by means of the seizure prediction characteristic.Physica D：nonlinear phenomena，2004，194(3-4)：357-368.)。

CN101259015A(200710073454.1)公开了一种脑电信号分析监测方法及其装置；CN1567331A(03137747.5)公开了一种用于实时监测大脑电位非线性趋势图的方法，实现了实时监测大脑电位趋势；CN1253762A(99124032.4)公开了一种全自动定量检测脑电图中癫痫样放电的装置。CN101259015A(200710073454.1)和CN1567331A(03137747.5)可应用于脑电信号的实时监测，CN1253762A(99124032.4)可以实现在无医生参与的情况下全自动定量检测脑电图中的癫痫样放电，但是这三种技术均不能实现癫痫样放电的提前预警。

发明内容

本发明针对现有技术存在的不足，提出一种基于脑电棘波频次的预警方法。本发明还提供一种无需医生参与的基于脑电棘波频次的预警装置。本发明通过计算机检测脑电活动中的棘波频次，实现对脑电放电的预警目的，并取得了较好的预警效果。本发明还可用于癫痫样放电的预警。

本发明的技术方案如下：

一种基于脑电棘波频次的预警方法，步骤如下：

1)利用脑电放大器和数据采集板采集脑电信号，将采集到的脑电信号输入计算机；

2)计算机对脑电信号滤波，去除伪迹和噪声；

3)计算机对脑电棘波检测：对脑电信号分段，检测每段脑电信号中的棘波；

4)计算机自动记录一段时间内的累计棘波，然后计算棘波频次SR；

5)获得平滑后的平滑棘波频次SR_m：使用平滑滤波器平滑棘波频次SR，得到SR_m；

6)报警：将平滑棘波频次SR_m与相应阈值进行比较，获得预警结果。

所述步骤1)中的所述脑电放大器采用Neurofile NT脑电放大器，所述数据采集板采用16位A/D转换数据采集板，采样频率为256Hz。

所述步骤2)用巴特沃斯带通滤波器对脑电信号进行滤波，去除伪迹和噪声，巴特沃斯带通滤波器的频率范围为0.5-30Hz。

步骤3)中所述的棘波检测的步骤为：

a.对脑电信号分段，每段脑电信号长度相等，其长度为N点；优选每段脑电信号长度N＝1280点，时长为5s；

b.利用形态学滤波器检测一段脑电信号f(n)(n＝0，1，…，N-1)的棘波，具体步骤为：

①先对该段脑电信号f(n)关于结构元素g(m)＝300(1-|m-L|/L)进行形态开-闭(OC)和闭-开(CO)滤波，公式分别为：

oc(f(n))＝fog·g    和

co(f(n))＝f·gog

其中：m＝0，1，...，M-1；L＝(M-1)/2；M为结构元素的长度；优选M＝19；且开运算ο和闭运算·公式分别为：

和