癫痫和正常脑电AR模型AR谱及特征比较

癫痫和正常脑电 AR模型、AR谱及特征比较,总述,1,开题背景,癫痫：,癫痫是一种脑部疾患，其特点是持续存在能产生癫痫发作的脑部持久性改变，并出现相应的神经生物学认知心理学以及社会学等方面的后果。,脑电图：,脑电图是通过电极记录下来的脑细胞群的自发性、节律性电活动。将脑细胞电活动的电位做为纵轴，时间做为横轴，这样把电位与时间的相互关系记录下来的就是脑电图。,建模方法：,移动平均（MA）模型、自回归（AR）模型、自回归移动平均（ARMA）模型。,课题目的,学习脑电的测试方法,在Matlab平台上应用Marple算法建立正常人和癫痫患者脑电的自回归AR模型,估计AR模型的阶数及各个参数,应用模型参数对两类脑电进行频谱估计（AR谱）,课题研究的主要内容,1测取正常人认知脑区（额部和枕部）的脑电，建立数据文件；对给出的颞叶癫痫患者同一脑区的脑电建立数据文件,2.对以上两类脑电进行预处理，去除噪声和剔除伪差,3.对以上两类脑电建立AR模型,4.估计以上两类脑电的AR谱，并与它们的FFT功率谱进行比较,5.分析比较正常人和癫痫患者在认知脑区脑电的AR模型、AR谱的特征,原理和方法,脑电图电极安排,原理和方法,脑电的特点,波：频率在8 13C/S，波幅2575V，以顶枕部最明显，双侧大致同步，重复节律地出现波称节律。,波：频率在13C/S以上，波幅约为波的一半，额部及中央区最明显。,波：频率为47C/S，波幅2040V，是儿童的正常脑电活动，两侧对称，颞区多见。,波：频率为4C/S以下，节律主要在额区，是正常儿童的主要波率，单个的和非局限的性小于20V的波是正常的，局灶性的波则为异常。波和波统称为慢波。,原理和方法,AR参数模型,输入为白噪声的线性系统，输入u（n）和输出x（n）的关系可以写作：,p阶自回归（AR）模型：,模型的传递函数为：,原理和方法,AR模型阶次的选择,最终预测误差准则（FPE）,Akaike信息准则（AIC）,步骤,1. 在计算机上用Matlab 仿真平台显示处理后脑电时序图。,2. 用Matlab 仿真平台建立正常人和癫痫患者脑电的FFT 功率谱，分析比较正常人和癫痫患者脑电的FFT 功率谱。,3. 用Matlab 仿真平台建立正常人和癫痫患者脑电的AR 模型。,4. 用 Matlab 仿真平台估计正常人和癫痫患者脑电的 AR 谱，分析比较正常人和癫痫患者在认知脑区的AR 模型、AR 谱的特征。,结果,在计算机上用Matlab 仿真平台显示处理后脑电时序图,图1 左颞前点正常人与癫痫 患者的脑电时序图比较,图2 右颞前点正常人与癫痫 患者的脑电时序图比较,结果,正常人和癫痫患者脑电的FFT 功率谱(以T4为例),图3 正常人和癫痫患者脑电的FFT 功率谱(以T4为例),结果,阶次的确定,图4 建立AR模型前阶次的确定（以正常人的T3，T4为例）,n1 n2 n3 p1 =70 p1 =73 p1 =102p2 =72 p2 =86 p2 =75e1 e2 e3p1 =68 p1 =12 p1 =72 p2 =43 p2 =16 p2 =23,结果,由AR模型估计正常人和癫痫患者脑电的AR谱,图5 正常人和癫痫患者脑电的AR谱,结果,AR谱与FFT功率谱比较,图6 正常人AR谱与FFT功率谱比较,图7 正常人AR谱与FFT功率谱比较,结论及讨论,结论,（1）正常脑电基线较为平稳，相对基线的振幅较小； 癫痫脑电基线不平稳，相对基线的振幅较大 。 （2）正常脑电波较多，其频带范围为10-12Hz；癫 痫脑电和波较多，频带范围在0-5Hz。（3）AR谱比FFT功率谱平滑，且比FFT功率谱分辨率 高。,结论及讨论,（1）基于脑电时序图的讨论,（2）基于脑电AR 谱的讨论,正常人颞前点脑电基线较为平稳，相对于基线的振幅较小，波线较密集；癫痫患者颞前点脑电基线不平稳，相对于基线的振幅较大，波线较稀疏。可以推断大脑颞前点为癫痫患者的发病区。,正常人和癫痫颞前点脑电的AR谱及FFT功率谱有明显差别，正常人额部枕部脑电的功率能量主要集中在 10-12Hz，即波段，只有很小一部分能量集中在 0-5Hz；而癫痫患者颞前点脑电的功率能量主要集中在0-5Hz，即和波段，只有很小一部分能量集中在10-12Hz。,结论及讨论,(3)AR模型阶数的讨论,应用最终预测误差准则（FPE），当阶次k由1增加时，FPE（k）将在某一个k处取得极小值，将此时的k定为最合适的阶次p。,(4)脑电的AR 谱与 FFT功率谱图的对比,FFT 功率谱是每一个信号点求得的傅里叶变换，其功率谱是离散的，从图中我们可以看到它的谱值上下跳动很剧烈，方差性能不好，分辨率低，谱线不平滑。 AR模型估计出的AR谱谱线平滑，分辨率高，方差性能得到改善。AR谱线能反映出FFT功率谱的趋势。一方面说明AR谱性能优于FFT功率谱，另一方面也验证了AR模型的正确性。,（5）癫痫病发病区的讨论,对于除颞前点的其他脑区是否为癫痫的发病区，尚未明确。还须进一步研究。,参考文献,1.尧德中.脑功能探测的电学理论与方法.科学出版社.2003年4月2.谭郁玲.临床脑电图与脑电地形图学.人民卫生出版社.1998年3.Jiang Lei1,2,Cheng Ren2,Liu Yi-de2.