[发明专利]一种基于EEG脑电功率谱及功率谱斜率的睡眠情况分析方法

说明书

本发明提出一种基于EEG脑电功率谱及功率谱斜率的睡眠情况分析方法，包括以下步骤：对原始脑电EEG信号进行预处理，得到预处理的脑电EEG信号；以一定时间间隔对预处理的脑电EEG信号进行分段，对每段预处理的脑电EEG信号进行傅里叶变换，再计算每段预处理的脑电EEG信号的功率谱P(k)及功率谱斜率k，得到功率谱序列pl和功率谱斜率序列kl；根据功率谱序列pl和功率谱斜率序列kl绘制脑电EEG信号的时频图，并根据功率谱P(k)及功率谱斜率k区分每段脑电EEG信号对应的睡眠期。本发明根据单导联EEG脑电信号计算功率谱及功率谱斜率，绘制功率时频谱图进行展示，最后根据公式量化对睡眠情况进行判断。

技术领域

本发明涉及睡眠分析技术领域，尤其是一种基于EEG脑电功率谱及功率谱斜率的睡眠情况分析方法。

背景技术

脑电波是评价睡眠的核心讯号，后来又增加了眼电、肌电、呼吸、心电、血氧等等多种生理信号的采集，形成了目前医院里使用的多导睡眠监测仪(PSG)。多导睡眠仪虽有它的优点，但同时它也有很多的缺点，比如，被试者需要在身上连接各种导线，并要在医院的睡眠实验室睡一个晚上。这样的环境和条件往往无法反映被试者平时真实的睡眠；另一大问题是必须依赖有经验的技术人员花几个小时去人工识别出脑电图中的特征波形，对睡眠进行分期。睡眠分期是以每30s长度的信号为单位对睡眠状态进行分类，可以分为W期或清醒期、R期或REM期、N1期或NREM 1期、N2期或NREM 2期、N3期或NREM 3期。

非眼球快速运动睡眠(NREM)：其特点是从夜间入睡开始，随着睡眠加深而进展的。在这个阶段中，人的呼吸变浅、变慢而均匀，心率变慢、血压下降，全身肌肉松弛(仍然能够保持一定姿势)，无明显的眼球运动。在这个阶段中，还可以分4期，第1期为入睡期，第2期为浅睡期，第3期为中度睡眠期，第4期为深度睡眠期。这个时期，正常人平均20分钟有一次大的姿势调节，有的人甚至每5分钟有一次姿势调节活动。

眼球快速运动睡眠(REM)：进入睡眠约90分钟后，人体进入快动眼动睡眠期，其特征是眼球快速转动。在这个阶段，人体的感觉功能进一步减退，肌肉也更加松弛，肌腱反射消失。这时的血压较慢动眼睡眠时升高，呼吸稍快且不规则，体温、心率也有所升高。这个阶段，体内各种代谢功能都显著增加，以保证大脑组织蛋白的合成和消耗物质的补充，使神经系统正常发育，并为第二天的活动积蓄能量。当睡眠者在这个阶段被唤醒，74％-95％的人诉说在做梦并能记起梦境内容。而在慢动眼睡眠期间，只有很少的人诉说在做梦。研究认为，NREM睡眠主要是大脑皮层的休息，而在REM睡眠中主要是全身性的休息。

NREM睡眠1期：这个阶段又叫做浅睡期，相当于困倦的迷迷糊糊的时候。1期比较短，往往持续3～7分钟，常在由觉醒向其他睡眠阶段移行或睡眠中体动多时出现。脑电图中，α波波幅普遍降低，波形不整，连续性差，后期频率可稍慢，出现低幅度θ波和β波，但以θ波为主，此时，人堆周围环境的注意力已经丧失，处于意识不清醒状态。在1期的后半段到2期的初期，可出现顶尖波。N1期肌电水平较觉醒时低，可有缓慢眼球运动。

NREM睡眠2期：在低幅脑电波的基础上，出现周期为100-300毫秒，波幅为100-300μV“纺锤波”。此时，全身肌张力降低，几乎无眼球运动。

NREM睡眠3期：这期出现中或者高幅δ波。肌张力进一步受抑制。此时，睡眠程度加深，不容易被唤醒。N3是睡得最深沉最香甜的阶段，修复功能最强劲，主要是针对躯体和内脏功能。这一阶段脑电特征为0.5～2Hz，波幅75μV的慢波占比20％以上。

传统的多导睡眠仪必须依赖有经验的技术人员花几个小时去人工识别出脑电图中的特征波形，对睡眠进行分期。需要花费大量的时间和精力，而且对于没有经验的人来说准确的判断睡眠情况会更加困难。

发明内容