复杂性 复杂性 1099 - 0526<我年代年代npub-type="ppub"> 1076 - 2787 Hindawi 10.1155 / 2017/5674392 5674392 研究文章 自动化的癫痫发作在头皮脑电图检测基于时空复杂性 http://orcid.org/0000 - 0002 - 0033 - 5260 Xinzhong 1 2 3 Huiying 3 健民 3 http://orcid.org/0000 - 0003 - 0498 - 0432 2 欧阳 高翔 1 生命科学与技术学院的 宁海西店大学 西安 陕西 中国 xidian.edu.cn 2 中科院分子成像的关键实验室 自动化学院 中国科学院 北京 中国 cas.cn 3 大学的数学 物理与信息工程 浙江师范大学 金华 浙江 中国 zjnu.edu.cn 2017年 27 12 2017年 2017年 23 09年 2017年 17 11 2017年 23 11 2017年 27 12 2017年 2017年 版权©2017 Xinzhong朱et al。 这是一个开放的文章在知识共享归属许可下发布的,它允许无限制的使用,分布和繁殖在任何媒介,提供最初的工作是正确的引用。

癫痫是一组神经系统疾病,其特征是癫痫发作,在脑电图(EEG)是最常见的一种技术用于诊断、监测和管理癫痫患者。大量的脑电图记录在临床应用,导致视觉检查大量的常规脑电图不可能的。因此,癫痫发作的自动检测已经成为许多研究者的目标很长时间了。一个新颖的方法因此提出构建一个特定的探测器基于时空复杂性分析,涉及两个常用entropy-based复杂性分析方法,排列熵(PE)和样本熵(SE)。时空复杂性的表现方法是评估在一个共享数据集。结果表明,拟议中的癫痫探测器实现承诺的性能:PE和SE在23个患者的平均敏感性分别为99%和96.6%,分别。此外,这两种方法可以准确地识别几乎所有控制发作脑电图。该方法不仅获得高精确度,也符合癫痫检测的实时应用要求,这表明该方法有可能实时检测癫痫发作。

浙江师范大学
1。介绍</t我tle> <p>全球超过5000万人有癫痫症(<xrefref- - - - - -- - - - - -- - - - - -- - - - - - - -type="bibr" rid="B1"> 1</xref>),特点是癫痫的自发性和不可预见的事件<xrefref- - - - - -- - - - - -- - - - - -- - - - - - - -type="bibr" rid="B2"> 2</xref>),这可能导致一般的痉挛或缺乏关注。频繁的癫痫带来个人持续的身体伤害的风险,甚至可能导致死亡。脑电图(EEG)是一种有效的和非侵入性技术,直接记录大脑电活动和临床诊断脑部疾病(<xrefref- - - - - -- - - - - -- - - - - -- - - - - - - -type="bibr" rid="B3"> 3</xref>]。癫痫波形异常出现在脑电图在癫痫发作阶段的信号。对于癫痫患者,长期持续几天的脑电图记录通常是应用于本地化致癫痫的病灶在诊所。因此,大量的脑电图数据记录,然后由医生识别视觉检查在癫痫患者发作信息。然而,目视检查长脑电图记录的神经学家是一个非常繁琐,费时,昂贵的工作,特别是考虑到大量的癫痫患者。此外,常规脑电图的视觉评估并不是一个非常客观的过程。因此,是一个伟大的需要自动检测癫痫发作以大幅减少诊断时间。</p><p>众所周知,大脑是一个混沌动力系统和数据往往表现出复杂的波动包含底层动态信息(<xrefref- - - - - -- - - - - -- - - - - -- - - - - - - -type="bibr" rid="B4"> 4</xref>,<xrefref- - - - - - - - - - -- - - - - -- - - - - -- - - - - - - -type="bibr" rid="B5"> 5</xref>]。因此,非线性分析能够更好地促进揭示脑电图的机制和特点。人们已经发现,脑电图的癫痫灶的位置欠强非线性决定论的迹象,而从其他区域展览线性随机动力学(<xrefref- - - - - -- - - - - -- - - - - -- - - - - - - -type="bibr" rid="B6"> 6</xref>),这表明非线性分析脑电图在癫痫发作检测可以提供有用的信息。非线性理论的快速发展,信息熵分析正在成为一个主要的领域来研究非线性动力学的脑电图信号。一大优势是,它只需要几百点来描述整个系统,而李雅普诺夫指数等非线性算法通常需要比成千上万的数据点,以获取正确的结果(<xrefref- - - - - -- - - - - -- - - - - -- - - - - - - -type="bibr" rid="B7"> 7</xref>]。</p><p>熵是系统的可预测性(不规则)在信息理论。低熵的值总是与更少的随机性和更大的系统。因此,许多复杂性概念相关熵。最近,entropy-based复杂性方法被用来分析癫痫脑电数据。近似熵(ApEn)首次用于研究正常和癫痫EEG数据(<xrefref- - - - - -- - - - - - - - - -type="bibr" rid="B8"> 8</xref>]。ApEn修改算法,称为样本熵(SampEn),然后介绍了自动检测癫痫发作在脑电图记录(<xrefref- - - - - -- - - - - -- - - - - -- - - - - - - -type="bibr" rid="B9"> 9</xref>]。一般来说,ApEn固有的偏见,因为错误计数self-matches,而计算SampEn克服了这一局限性,导致更好的性能在检测癫痫<xrefref- - - - - -- - - - - -- - - - - -- - - - - - - -type="bibr" rid="B10"> 10</xref>]。然而,这两个算法都是基于脑电图的振幅数据,导致他们容易的选择参考电极和工件在脑电图数据(<xrefref- - - - - -- - - - - -- - - - - -- - - - - - - -type="bibr" rid="B11"> 11</xref>]。李等人使用另一个命令模式基于熵方法(称为排列熵,PE)作为指标来预测基因失神癫痫大鼠癫痫发作,和结果表明,PE可以成功检测preseizure阶段169年314年癫痫发作(54%),在(高于SE (21%)<xrefref- - - - - -- - - - - -- - - - - -- - - - - - - -type="bibr" rid="B12"> 12</xref>]。排列熵也应用于癫痫患者的脑电图数据分析,这表明,在控制发作期脑电图特点是排列熵值高于脑电图在癫痫发作阶段(<xrefref- - - - - -- - - - - -- - - - - -- - - - - - - -type="bibr" rid="B13"> 13</xref>,<xrefref- - - - - - - - - - -- - - - - -- - - - - -- - - - - - - -type="bibr" rid="B14"> 14</xref>]。</p><p>尽管entropy-based复杂性方法取得了可喜的成果检测癫痫发作(<xrefref- - - - - -- - - - - -- - - - - -- - - - - - - -type="bibr" rid="B3"> 3</xref>,<xrefref- - - - - - - - - - -- - - - - -- - - - - -- - - - - - - -type="bibr" rid="B12"> 12</xref>,<xrefref- - - - - - - - - - -- - - - - -- - - - - -- - - - - - - -type="bibr" rid="B15"> 15</xref>,<xrefref- - - - - - - - - - -- - - - - -- - - - - -- - - - - - - -type="bibr" rid="B16"> 16</xref>),它仍然是一个开放的问题如何将复杂的全部潜力提高脑电图分析的可靠性和准确性。与此同时,一些方法只有有前景的结果选择单一类型的癫痫患者(颞叶癫痫等);结果的重现性和可靠性一直在质疑当正在测试其他众多患者发作类型(<xrefref- - - - - -- - - - - -- - - - - -- - - - - - - -type="bibr" rid="B17"> 17</xref>]。此外,在患者脑电图明显不同的特点。这cross-patient可变性在癫痫和nonseizure活动导致患者特异性的分类表现出较差的准确性或长延迟宣布癫痫的发作。为了克服这些问题,在这项研究中,提出了一种广义时空复杂性的方法开发一个高性能患者发作探测器。在我们的探测器,高精度的潜在原因是一个完全自动化的过程构建特征向量结合在一个单一的特征空间的空间属性大脑电活动和时间演化的复杂性。先前不同的方法分类分别时空特性和需要一个熟练的个体在解释大脑电活动指定应该如何集成这些特性(<xrefref- - - - - - - - - - -type="bibr" rid="B18"> 18</xref>,<xrefref- - - - - - - - - - -- - - - - -- - - - - -- - - - - - - -type="bibr" rid="B19"> 19</xref>]。</p><p>在他的研究中,采用PE和SE实现提出的时空复杂性探测器。验证该方法的性能,从CHB-MIT使用共享数据集<xrefref- - - - - -- - - - - -- - - - - -- - - - - - - -type="bibr" rid="B20"> 20.</xref>]。结果表明,该癫痫探测器实现承诺的性能:PE和SE在23个患者的平均敏感性分别为99%和96.6%,分别。此外,体育和SE-based检测器可以准确地识别几乎所有控制发作脑电图。拟议中的癫痫检测方法不仅获得高精确度的但也有一个非常快的计算速度,这意味着其巨大的潜力在实时检测癫痫发作。</p></年代ec> <sec id="sec2"> <title>2。材料和方法</t我tle> <sec id="sec2.1"> <title>2.1。脑电图数据集</t我tle> <p>在本文中,我们提出的方法的性能进行了测试在一个共享的数据集,这在过去的几年里得到了广泛的应用。脑电图数据集记录从波士顿儿童医院的儿科学科与棘手的癫痫发作。这个数据库包含22个科目(17岁女性,年龄1.5 -19;5男性,年龄3-22),可以从生理网下载网站:<ext- - - - - -- - - - - -- - - - - -- - - - - -- - - - - - -link ext-link-type="uri" xlink:href="http://www.physionet.org/pn6/chbmit/"> http://www.physionet.org/pn6/chbmit/</ext- - - - - -- - - - - -- - - - - -- - - - - -- - - - - -- - - - - -link>。国际脑电图电极位置和10 - 20系统命名法被用来收集这些脑电图记录。所有信号都与16位分辨率和采样以每秒256个样本过滤从0.5赫兹频段内25 Hz。描述他们的癫痫发作,患者监测长达几天后悬架的抗癫痫药物。可以找到更详细的数据集从[<xrefref- - - - - -- - - - - - - - - -type="bibr" rid="B20"> 20.</xref>]。</p><p>一般来说,癫痫检测可以转化为一个二元分类问题:发作的(发作阶段)和发作脑电图(控制发作阶段),尽管潜在的生理活动是多级的事实。这是因为它既不容易也不实用,一个专家来识别和标签的子类发作和控制发作阶段。此外,脑电图记录划分成两个包含类,控制发作和癫痫,也符合标准的临床实践。在这个数据库中,脑电图信号已经被标记为“癫痫”,专家在所有渠道从发作开始到结束;脑电图记录的一段“没收”被认为是“控制发作。”</p><p>在这个共享数据集,癫痫患者监控几天,导致每个病人包含9和42之间连续EDF文件(也称为记录)。在大多数情况下,数字化脑电图数据的准确记录包含一个小时,除了少数记录包含两到四小时的脑电图数据。只有记录包含至少一个癫痫(称为癫痫记录)用于火车或验证我们没收检测器的性能。对于每个被记录在一个主题,300年发作脑电图时代(4秒)是随机选择的控制发作期和3猝发的脑电图时代(4秒)随机选择从发作阶段。为什么更多的选择发作脑电图时代因为癫痫是一种罕见的事件相对于控制发作事件。此外,只有第一个20秒脑电图的癫痫发作被认为是在这项研究中,由于这一时期更有临床意义。以前的工作表明,工件去除发作之前检测可以提高分类精度<xrefref- - - - - -type="bibr" rid="B21"> 21</xref>),虽然这工作不会做任何预处理表明了检测器的鲁棒性。</p></年代ec> <sec id="sec2.2"> <title>2.2。复杂性特征</t我tle> <p>entropy-based复杂性方法,排列熵(PE)和样本熵(SE)是两种最常见的方法用于生理信号分析。因此,本工作采用排列熵和样本熵构造探测器,分别。</p><年代ec id="sec2.2.1"> <title>2.2.1。排列熵</t我tle> <p>排列熵(PE),提出的班德和筛,是生理的自然复杂性度量时间序列(<xrefref- - - - - -- - - - - -- - - - - -- - - - - - - -type="bibr" rid="B22"> 22</xref>]。在这种方法中,一个时间序列首先映射到一个序列的顺序模式基于邻近的比较值,然后计算体育统计测量的基础上的相对频率顺序模式。给定一个时间序列<我nline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M1"> <mml:mo stretchy="false"> (</米米l:mo> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> x</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi> t</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:mo> ,</米米l:mo> <mml:mo> </mml:mo> <mml:mo> </mml:mo> <mml:mi> t</米米l:mi> <mml:mi></mml:mi> <mml:mo> =</米米l:mo> <mml:mi></mml:mi> <mml:mn> 1</米米l:mn> <mml:mo> ,</米米l:mo> <mml:mi></mml:mi> <mml:mn> 2</米米l:mn> <mml:mo> ,</米米l:mo> <mml:mi></mml:mi> <mml:mo> …</米米l:mo> <mml:mo> ,</米米l:mo> <mml:mi></mml:mi> <mml:mi> N</米米l:mi> <mml:mo stretchy="false"> )</米米l:mo> </mml:math> </inline-formula>,延迟向量<我nline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M2"> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> X</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi> t</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:mo> =</米米l:mo> <mml:mfenced open="[" close="]" separators="|"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> x</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi> t</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:mo> ,</米米l:mo> <mml:mi></mml:mi> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> x</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi> t</米米l:mi> <mml:mo> +</米米l:mo> <mml:mi> τ</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:mo> ,</米米l:mo> <mml:mi></mml:mi> <mml:mo> …</米米l:mo> <mml:mo> ,</米米l:mo> <mml:mi></mml:mi> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> x</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi> t</米米l:mi> <mml:mo> +</米米l:mo> <mml:mfenced separators="|"> <mml:mrow> <mml:mi> 米</米米l:mi> <mml:mo> - - - - - -</米米l:mo> <mml:mn> 1</米米l:mn> </mml:mrow> </mml:mfenced> <mml:mi></mml:mi> <mml:mi> τ</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> </mml:mfenced> </mml:math> </inline-formula>由一个嵌入过程中嵌入维数,<我nline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M3"> <mml:mrow> <mml:mi> 米</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:math> </inline-formula>和时间滞后,<我nline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M4"> <mml:mrow> <mml:mi> τ</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:math> </inline-formula>。向量被安排在一个升序排序:<我nline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M5"> <mml:mfenced open="[" close="]" separators="|"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> x</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi> t</米米l:mi> <mml:mo> +</米米l:mo> <mml:mfenced separators="|"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> j</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mn> 1</米米l:mn> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:mo> - - - - - -</米米l:mo> <mml:mn> 1</米米l:mn> </mml:mrow> </mml:mfenced> <mml:mi> τ</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:mo> ≤</米米l:mo> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> x</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi> t</米米l:mi> <mml:mo> +</米米l:mo> <mml:mfenced separators="|"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> j</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mn> 2</米米l:mn> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:mo> - - - - - -</米米l:mo> <mml:mn> 1</米米l:mn> </mml:mrow> </mml:mfenced> <mml:mi> τ</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:mo> ≤</米米l:mo> <mml:mo> ⋯</米米l:mo> <mml:mo> ≤</米米l:mo> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> x</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi> t</米米l:mi> <mml:mo> +</米米l:mo> <mml:mfenced separators="|"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> j</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi> d</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:mo> - - - - - -</米米l:mo> <mml:mn> 1</米米l:mn> </mml:mrow> </mml:mfenced> <mml:mi> τ</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> </mml:mfenced> </mml:math> </inline-formula>。将会有<我nline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M6"> <mml:mi> 米</米米l:mi> <mml:mo> !</米米l:mo> </mml:math> </inline-formula>可能的订单模式<我nline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M7"> <mml:mrow> <mml:mi> π</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:math> </inline-formula>(也称为主题)<我nline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M8"> <mml:mrow> <mml:mi> 米</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:math> </inline-formula>不同的数字。如图<xrefref- - - - - -- - - - - -- - - - - -- - - - - - - -type="fig" rid="fig1"> 1</xref>,有6个不同的图案<我nline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M9"> <mml:mi> 米</米米l:mi> <mml:mo> =</米米l:mo> <mml:mn> 3</米米l:mn> </mml:math> </inline-formula>,其中包括“山坡”,“,”和“低谷。“当<我nline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M10"> <mml:mi> f</米米l:mi> <mml:mo stretchy="false"> (</米米l:mo> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> π</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi> j</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:mo stretchy="false"> )</米米l:mo> </mml:math> </inline-formula>表示发生的频率为主题<我nline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M11"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> π</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi> j</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> </mml:math> </inline-formula>在时间序列,因此相对频率<我nline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M12"> <mml:mi> p</米米l:mi> <mml:mo stretchy="false"> (</米米l:mo> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> π</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi> j</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:mo stretchy="false"> )</米米l:mo> <mml:mo> =</米米l:mo> <mml:mi> f</米米l:mi> <mml:mo stretchy="false"> (</米米l:mo> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> π</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi> j</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:mo stretchy="false"> )</米米l:mo> <mml:mo> /</米米l:mo> <mml:mo stretchy="false"> (</米米l:mo> <mml:mi> N</米米l:mi> <mml:mo> - - - - - -</米米l:mo> <mml:mo stretchy="false"> (</米米l:mo> <mml:mi> 米</米米l:mi> <mml:mo> - - - - - -</米米l:mo> <mml:mn> 1</米米l:mn> <mml:mo stretchy="false"> )</米米l:mo> <mml:mi> τ</米米l:mi> <mml:mo stretchy="false"> )</米米l:mo> </mml:math> </inline-formula>。排列熵定义为<d我年代p- - - - - -formula> <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M13"> <mml:mtable> <mml:mlabeledtr id="EEq1"> <mml:mtd> <mml:mtext> (1)</米米l:mtext> </mml:mtd> <mml:mtd> <mml:mi mathvariant="normal"> P</米米l:mi> <mml:mi mathvariant="normal"> E</米米l:mi> <mml:mo> =</米米l:mo> <mml:mo mathvariant="bold"> - - - - - -</米米l:mo> <mml:mrow> <mml:munderover> <mml:mstyle displaystyle="true"> <mml:mo stretchy="false"> ∑</米米l:mo> </mml:mstyle> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> π</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi> j</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:mo> =</米米l:mo> <mml:mn mathvariant="normal"> 1</米米l:mn> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi> 米</米米l:mi> <mml:mo> !</米米l:mo> </mml:mrow> </mml:munderover> <mml:mrow> <mml:mi> p</米米l:mi> <mml:mfenced separators="|"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> π</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi> j</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> </mml:mfenced> </mml:mrow> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="normal"> 日志</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mn mathvariant="normal"> 2</米米l:mn> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> <mml:mo> ⁡</米米l:mo> <mml:mrow> <mml:mi> p</米米l:mi> <mml:mfenced separators="|"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> π</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi> j</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> </mml:mfenced> </mml:mrow> </mml:mrow> <mml:mo> 。</米米l:mo> </mml:mtd> </mml:mlabeledtr> </mml:mtable> </mml:math> </disp-formula></p> <fig id="fig1"> <label>图1</label> <p>6个图案的嵌入维数<我nline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M14"> <mml:mi> 米</米米l:mi> <mml:mo> =</米米l:mo> <mml:mn> 3</米米l:mn> </mml:math> </inline-formula>,包括“斜坡”、“山峰”和“低谷”。</p><graphic xlink:href="//www.newsama.com/downloads/journals/complexity/2017/5674392.fig.001"></graphic> </fig> <p>在实际运用中,体育常常是标准化<我nline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M15"> <mml:mi mathvariant="normal"> P</米米l:mi> <mml:mi mathvariant="normal"> E</米米l:mi> <mml:mo> /</米米l:mo> <mml:mrow> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="normal"> 日志</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mn> 2</米米l:mn> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> <mml:mo> ⁡</米米l:mo> <mml:mrow> <mml:mo stretchy="false"> (</米米l:mo> <mml:mi> 米</米米l:mi> <mml:mo> !</米米l:mo> <mml:mo stretchy="false"> )</米米l:mo> </mml:mrow> </mml:mrow> </mml:math> </inline-formula>。PE的最小值为0,这意味着时间序列是完全正常;最大的体育价值是1,这意味着时间序列是完全随机的。换句话说,体育是越小,越普通时间序列。在PE的计算,只有考虑到顺序模式,体育价值与时间序列的振幅无关,这意味着更少的敏感噪声嵌入到时间序列。在EEG应用程序中,体育应该从一个相当短的时间内提取时代脑电图是不稳定的。然而,脑电图不能划分为很短的生理有关单位。为了妥协,两秒的长时期用于这项研究。</p><p>PE的计算取决于两个参数:嵌入维度<我nline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M16"> <mml:mo stretchy="false"> (</米米l:mo> <mml:mi> 米</米米l:mi> <mml:mo stretchy="false"> )</米米l:mo> </mml:math> </inline-formula>和时间滞后<我nline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M17"> <mml:mo stretchy="false"> (</米米l:mo> <mml:mi> τ</米米l:mi> <mml:mo stretchy="false"> )</米米l:mo> </mml:math> </inline-formula>。一般来说,太小了<我nline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M18"> <mml:mrow> <mml:mi> 米</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:math> </inline-formula>将一些可能的主题,因此较低的灵敏度。另一方面,将会有一个高偏熵<我nline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M19"> <mml:mrow> <mml:mi> 米</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:math> </inline-formula>太高了,因为每一个主题将发生几次。总之,这是显示的选择<我nline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M20"> <mml:mrow> <mml:mi> 米</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:math> </inline-formula>取决于数据的长度<我nline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M21"> <mml:mo stretchy="false"> (</米米l:mo> <mml:mi> N</米米l:mi> <mml:mo stretchy="false"> )</米米l:mo> </mml:math> </inline-formula>,<我nline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M22"> <mml:mi> 米</米米l:mi> <mml:mo> !</米米l:mo> <mml:mi></mml:mi> <mml:mo> ≪</米米l:mo> <mml:mi></mml:mi> <mml:mi> N</米米l:mi> </mml:math> </inline-formula>。每个时代的长度是512分(2秒),<我nline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M23"> <mml:mi> 米</米米l:mi> <mml:mo> =</米米l:mo> <mml:mn> 3</米米l:mn> </mml:math> </inline-formula>适合本研究。至于时间差<我nline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M24"> <mml:mrow> <mml:mi> τ</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:math> </inline-formula>,选择行为的频率信号是至关重要的。像一些高频组件将被丢弃<我nline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M25"> <mml:mi> τ</米米l:mi> <mml:mo> ></米米l:mo> <mml:mn> 2</米米l:mn> </mml:math> </inline-formula>,<我nline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M26"> <mml:mi> τ</米米l:mi> <mml:mo> =</米米l:mo> <mml:mn> 1</米米l:mn> </mml:math> </inline-formula>本研究采用。</p><p>大多数癫痫的发作后,大脑动力学发展节律性活动,通常是缓慢而单调,这意味着猝发的脑电图比发作常规脑电图。如图<xrefref- - - - - -- - - - - -- - - - - -- - - - - - - -type="fig" rid="fig2"> 2</xref>如图,黑色的曲线<xrefref- - - - - -- - - - - -- - - - - -- - - - - - - -type="fig" rid="fig2"> 2</xref>(c)代表的体育价值的时间演化FP1-F3通道(图<xrefref- - - - - -- - - - - -- - - - - -- - - - - - - -type="fig" rid="fig2"> 2</xref>(b)),参与了癫痫发作和选择多通道脑电图记录在病人<我nline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M27"> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="normal"> 我</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:math> </inline-formula>(图<xrefref- - - - - -- - - - - -- - - - - -- - - - - - - -type="fig" rid="fig2"> 2</xref>(一))。从图<xrefref- - - - - -- - - - - -- - - - - -- - - - - - - -type="fig" rid="fig2"> 2</xref>(b),可以发现,脑电图波发作后(在2589年代开始)比之前慢和定期脑电图。在发作阶段和相应的PE值低于那些在控制发作阶段。</p><f我g id="fig2"> <label>图2</label> <p>(a)连续多通道脑电图记录(23频道)患者的癫痫发作<我nline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M28"> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="normal"> 我</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:math> </inline-formula>。(b)脑电图通道FP1-F3参与癫痫活动。(c)的PE值的时间演化FP1-F3通道。窗口的长度是1 s,一步是1/8。几乎所有的体育价值观在癫痫状态低于控制发作状态。</p><graphic xlink:href="//www.newsama.com/downloads/journals/complexity/2017/5674392.fig.002"></graphic> </fig> </sec> <sec id="sec2.2.2"> <title>2.2.2。样本熵</t我tle> <p>样本熵(SE),修改近似熵(AE),通常是用来评估生理信号的复杂性(<xrefref- - - - - -- - - - - -- - - - - -- - - - - - - -type="bibr" rid="B10"> 10</xref>]。AE本身有两个优势:数据长度独立和一个相对可靠的实现。对于一个给定的嵌入维数<我nline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M29"> <mml:mrow> <mml:mi> 米</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:math> </inline-formula>、时间滞后<我nline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M30"> <mml:mrow> <mml:mi> τ</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:math> </inline-formula>,和宽容<我nline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M31"> <mml:mrow> <mml:mi> r</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:math> </inline-formula>SE的负对数概率,如果两组同步数据点的长度<我nline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M32"> <mml:mrow> <mml:mi> 米</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:math> </inline-formula>有距离<我nline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M33"> <mml:mo> <</米米l:mo> <mml:mi> r</米米l:mi> </mml:math> </inline-formula>然后两组同步数据点的长度<我nline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M34"> <mml:mi> 米</米米l:mi> <mml:mo> +</米米l:mo> <mml:mn> 1</米米l:mn> </mml:math> </inline-formula>也有距离<我nline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M35"> <mml:mo> <</米米l:mo> <mml:mi> r</米米l:mi> </mml:math> </inline-formula>。</p><p>给定一个时间序列<我nline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M36"> <mml:mo stretchy="false"> (</米米l:mo> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> x</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi> t</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:mo> ,</米米l:mo> <mml:mi></mml:mi> <mml:mo> </mml:mo> <mml:mo> </mml:mo> <mml:mi> t</米米l:mi> <mml:mo> =</米米l:mo> <mml:mn> 1</米米l:mn> <mml:mo> ,</米米l:mo> <mml:mi></mml:mi> <mml:mn> 2</米米l:mn> <mml:mo> ,</米米l:mo> <mml:mi></mml:mi> <mml:mo> …</米米l:mo> <mml:mo> ,</米米l:mo> <mml:mi></mml:mi> <mml:mi> N</米米l:mi> <mml:mo stretchy="false"> )</米米l:mo> </mml:math> </inline-formula>,我们可以构建延迟向量<我nline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M37"> <mml:mi> X</米米l:mi> <mml:mo stretchy="false"> (</米米l:mo> <mml:mi> 米</米米l:mi> <mml:mo> ,</米米l:mo> <mml:mi></mml:mi> <mml:mi> t</米米l:mi> <mml:mo stretchy="false"> )</米米l:mo> <mml:mi></mml:mi> <mml:mo> =</米米l:mo> <mml:mi></mml:mi> <mml:mo stretchy="false"> (</米米l:mo> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> x</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi> t</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:mo> ,</米米l:mo> <mml:mi></mml:mi> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> x</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi> t</米米l:mi> <mml:mo> +</米米l:mo> <mml:mi> τ</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:mo> ,</米米l:mo> <mml:mi></mml:mi> <mml:mo> …</米米l:mo> <mml:mo> ,</米米l:mo> <mml:mi></mml:mi> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> x</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi> t</米米l:mi> <mml:mo> +</米米l:mo> <mml:mo stretchy="false"> (</米米l:mo> <mml:mi> 米</米米l:mi> <mml:mo> - - - - - -</米米l:mo> <mml:mn> 1</米米l:mn> <mml:mo stretchy="false"> )</米米l:mo> <mml:mi></mml:mi> <mml:mi> τ</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:mo stretchy="false"> ]</米米l:mo> </mml:math> </inline-formula>在时间<我nline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M38"> <mml:mrow> <mml:mi> t</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:math> </inline-formula>随着嵌入维数,<我nline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M39"> <mml:mrow> <mml:mi> 米</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:math> </inline-formula>和时间滞后,<我nline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M40"> <mml:mrow> <mml:mi> τ</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:math> </inline-formula>。如果两个向量之间的距离定义为<我nline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M41"> <mml:mi> d</米米l:mi> <mml:mo stretchy="false"> (</米米l:mo> <mml:mi> X</米米l:mi> <mml:mo stretchy="false"> (</米米l:mo> <mml:mi> 米</米米l:mi> <mml:mo> ,</米米l:mo> <mml:mi></mml:mi> <mml:mi> t</米米l:mi> <mml:mo stretchy="false"> )</米米l:mo> <mml:mo> ,</米米l:mo> <mml:mi></mml:mi> <mml:mi> X</米米l:mi> <mml:mo stretchy="false"> (</米米l:mo> <mml:mi> 米</米米l:mi> <mml:mo> ,</米米l:mo> <mml:mi></mml:mi> <mml:msup> <mml:mrow> <mml:mi> t</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi> ′</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:msup> <mml:mo stretchy="false"> )</米米l:mo> <mml:mo stretchy="false"> )</米米l:mo> </mml:math> </inline-formula>向量,向量的数量对延迟的长度<我nline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M42"> <mml:mrow> <mml:mi> 米</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:math> </inline-formula>,<我nline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M43"> <mml:mi> 米</米米l:mi> <mml:mo> +</米米l:mo> <mml:mn> 1</米米l:mn> </mml:math> </inline-formula>有<我nline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M44"> <mml:mi> d</米米l:mi> <mml:mo stretchy="false"> (</米米l:mo> <mml:mi> X</米米l:mi> <mml:mo stretchy="false"> (</米米l:mo> <mml:mi> 米</米米l:mi> <mml:mo> ,</米米l:mo> <mml:mi></mml:mi> <mml:mi> t</米米l:mi> <mml:mo stretchy="false"> )</米米l:mo> <mml:mo> ,</米米l:mo> <mml:mi></mml:mi> <mml:mi> X</米米l:mi> <mml:mo stretchy="false"> (</米米l:mo> <mml:mi> 米</米米l:mi> <mml:mo> ,</米米l:mo> <mml:mi></mml:mi> <mml:msup> <mml:mrow> <mml:mi> t</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi> ′</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:msup> <mml:mo stretchy="false"> )</米米l:mo> <mml:mo stretchy="false"> )</米米l:mo> <mml:mo> <</米米l:mo> <mml:mi> r</米米l:mi> </mml:math> </inline-formula>计算和用吗<我nline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M45"> <mml:mrow> <mml:mi> B</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:math> </inline-formula>和<我nline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M46"> <mml:mrow> <mml:mi> 一个</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:math> </inline-formula> <italic> ,</我t一个lic>分别。样本熵可以被定义为<d我年代p- - - - - -formula> <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M47"> <mml:mtable> <mml:mlabeledtr id="EEq2"> <mml:mtd> <mml:mtext> (2)</米米l:mtext> </mml:mtd> <mml:mtd> <mml:mi mathvariant="normal"> 年代</米米l:mi> <mml:mi mathvariant="normal"> E</米米l:mi> <mml:mo> =</米米l:mo> <mml:mo mathvariant="bold"> - - - - - -</米米l:mo> <mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="normal"> 日志</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mo> ⁡</米米l:mo> <mml:mrow> <mml:mfrac> <mml:mrow> <mml:mi> 一个</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi> B</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:mfrac> </mml:mrow> </mml:mrow> <mml:mo> 。</米米l:mo> </mml:mtd> </mml:mlabeledtr> </mml:mtable> </mml:math> </disp-formula></p> <p>应该注意的是,<我t一个lic> 一个</我t一个lic>总是有一个较小的或等于价值<我t一个lic> B</我t一个lic>,这意味着SE总是零或一个积极的价值。小SE的价值也表示更多的自相似性和规律性的数据集。一般来说,<我nline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M48"> <mml:mi> r</米米l:mi> <mml:mo> =</米米l:mo> <mml:msup> <mml:mrow> <mml:mn> 0.2</米米l:mn> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi> ∗</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:msup> </mml:math> </inline-formula>性病<我nline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M49"> <mml:mo stretchy="false"> (</米米l:mo> <mml:mi> x</米米l:mi> <mml:mo stretchy="false"> )</米米l:mo> </mml:math> </inline-formula>是最常见的使用和提供了非常好的表演(<xrefref- - - - - -- - - - - -- - - - - -- - - - - - - -type="bibr" rid="B9"> 9</xref>,<xrefref- - - - - - - - - - -- - - - - -- - - - - -- - - - - - - -type="bibr" rid="B11"> 11</xref>]。与PE、保持一致性<我nline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M50"> <mml:mi> 米</米米l:mi> <mml:mo> =</米米l:mo> <mml:mn> 3</米米l:mn> </mml:math> </inline-formula>和<我nline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M51"> <mml:mi> τ</米米l:mi> <mml:mo> =</米米l:mo> <mml:mn> 1</米米l:mn> </mml:math> </inline-formula>为SE设置<我t一个lic> 。</我t一个lic></p> </sec> </sec> <sec id="sec2.3"> <title>2.3。空间特性</t我tle> <p>脑电图渠道的身份参与癫痫可以进一步区分从控制发作脑电图癫痫脑电图。这是因为在这个数据库属于局部癫痫发作类型或焦发作癫痫(如颞叶癫痫),它有一个焦点。因此,只有一组EEG频道发展节律性活动后癫痫发作。此外,脑电图渠道涉及的身份和个人各地有不同的节律性活动的结构。例如,数据<xrefref- - - - - -- - - - - - - - - -type="fig" rid="fig2"> 2</xref>和<xrefref- - - - - -- - - - - -- - - - - -- - - - - - - -type="fig" rid="fig3"> 3</xref>说明不同患者癫痫发作。病人我发作的图<xrefref- - - - - -- - - - - -- - - - - -- - - - - - - -type="fig" rid="fig2"> 2</xref>始于第2589届第二和节律性活动最突出的特点是外观的FP1-F3渠道。病人<我nline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M52"> <mml:mi mathvariant="normal"> 我</米米l:mi> <mml:mi mathvariant="normal"> 我</米米l:mi> </mml:math> </inline-formula>癫痫在图<xrefref- - - - - -- - - - - -- - - - - -- - - - - - - -type="fig" rid="fig3"> 3</xref>始于第1015届第二和节律性活动发展最突出频道P8-O2和FT9-FT10频率与振幅的增加和减少。</p><f我g id="fig3"> <label>图3</label> <p>连续头皮脑电图记录病人的癫痫发作<我nline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M53"> <mml:mi mathvariant="normal"> 我</米米l:mi> <mml:mi mathvariant="normal"> 我</米米l:mi> </mml:math> </inline-formula>。脑电图频道(P8-O2 FT9-FT10)参与癫痫发作被标记为红色。</p><graphic xlink:href="//www.newsama.com/downloads/journals/complexity/2017/5674392.fig.003"></graphic> </fig> <p>尽管事实癫痫不同个体,任何个人的癫痫表现出相当的一致性,提供他们摆脱大脑的同一区域。图<xrefref- - - - - -- - - - - -- - - - - -- - - - - - - -type="fig" rid="fig4"> 4</xref>说明了另一个癫痫患者<我nline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M54"> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="normal"> 我</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:math> </inline-formula>。应该注意的是,这种发作的空间和节奏特点类似于没收如图<xrefref- - - - - -- - - - - -- - - - - -- - - - - - - -type="fig" rid="fig2"> 2</xref>。自动获取空间复杂性信息包含在每两秒的脑电图时代<我nline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M55"> <mml:mi> t</米米l:mi> <mml:mo> =</米米l:mo> <mml:mi> T</米米l:mi> </mml:math> </inline-formula>,提取每个排列熵<我nline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M56"> <mml:mi> N</米米l:mi> <mml:mo> =</米米l:mo> <mml:mn> 23</米米l:mn> </mml:math> </inline-formula>。脑电图通道连接,形成一个特征向量<我nline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M57"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> H</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi> T</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> </mml:math> </inline-formula>与<我nline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M58"> <mml:mrow> <mml:mi> N</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:math> </inline-formula>元素所示图的中间部分<xrefref- - - - - -- - - - - -- - - - - -- - - - - - - -type="fig" rid="fig5"> 5</xref>。</p><f我g id="fig4"> <label>图4</label> <p>连续头皮脑电图记录与另一个病人的发作<我nline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M59"> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="normal"> 我</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:math> </inline-formula>。EEG通道(FP1-F3)参与癫痫发作被标记为红色。</p><graphic xlink:href="//www.newsama.com/downloads/journals/complexity/2017/5674392.fig.004"></graphic> </fig> <fig id="fig5"> <label>图5</label> <p>提取过程的时空排列熵。</p><graphic xlink:href="//www.newsama.com/downloads/journals/complexity/2017/5674392.fig.005"></graphic> </fig> </sec> <sec id="sec2.4"> <title>2.4。时间演化</t我tle> <p>虽然空间复杂性特征<我nline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M60"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> H</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi> T</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> </mml:math> </inline-formula>充分可以捕获多通道的动态脑电图,它仍然无法探索一个时代如何与那些在最近的过去,提取的<我nline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M61"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> H</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi> T</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> </mml:math> </inline-formula>只是基于当前时代。因此,<我nline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M62"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> H</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi> T</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> </mml:math> </inline-formula>不能反映没收走出背景EEG和它如何发展。为了提取这种进化信息,一个堆叠的特征向量<我nline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M63"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="script"> H</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi> T</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> </mml:math> </inline-formula>被称为时空复杂性,是由连接的空间特性<我nline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M64"> <mml:mrow> <mml:mi> W</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:math> </inline-formula>不重叠的连续两秒钟时代,右侧的图所示<xrefref- - - - - -- - - - - -- - - - - -- - - - - - - -type="fig" rid="fig5"> 5</xref>。</p><p>应该注意,编码脑电图的演化<我nline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M65"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="script"> H</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi> T</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> </mml:math> </inline-formula>不等于形成一个单一特征向量<我nline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M66"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> H</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi> T</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> </mml:math> </inline-formula>从更长的时期。这是因为前者保持离散事件,而后者涂片检查这些事件的复杂性特征。一般来说,当一个脑电图异常被认为是癫痫发作,应该坚持和发展至少4到10秒。将这一领域的知识,<我nline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M67"> <mml:mrow> <mml:mi> W</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:math> </inline-formula>是设置为2在这项研究中,特征向量的分类器认为进化超过4秒。</p></年代ec> <sec id="sec2.5"> <title>2.5。分类</t我tle> <p>评估提议的时空复杂性的检测能力,判别分析(DA) (<xrefref- - - - - -- - - - - -- - - - - -- - - - - - - -type="bibr" rid="B23"> 23</xref>)是用于分类特征向量为夺取或控制发作活动的代表。DA执行分类通过最小化在类协方差,同时最大化类间的协方差。有两个原因为什么我们选择DA在这项工作:<我nline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M68"> <mml:mo stretchy="false"> (</米米l:mo> <mml:mn> 1</米米l:mn> <mml:mo stretchy="false"> )</米米l:mo> </mml:math> </inline-formula>DA具有更好的性能比其他分类器(如决策树和支持向量机)在癫痫检测(<xrefref- - - - - -- - - - - -- - - - - -- - - - - - - -type="bibr" rid="B3"> 3</xref>,<xrefref- - - - - - - - - - -- - - - - -- - - - - -- - - - - - - -type="bibr" rid="B15"> 15</xref>];<我nline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M69"> <mml:mo stretchy="false"> (</米米l:mo> <mml:mn> 2</米米l:mn> <mml:mo stretchy="false"> )</米米l:mo> </mml:math> </inline-formula>达是一个nonparameter分类方法,这是非常方便临床医生建立特定的检测的基础。此外,二次判别分析(QDA)是用来区分扣押在这工作和控制发作阶段,随着QDA的可预测性能力比线性判别分析(LDA)。</p><p>评估病人的分类性能,分析采用交叉验证方案;我们认为评估性能基于离开了小时的记录而不是秒长时期,后者会导致误导性的好的结果,包括训练数据的特征接近时间接近的测试数据。让<我nline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M70"> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> N</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi> 年代</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:mo> </mml:mo> <mml:mo> </mml:mo> <mml:mo stretchy="false"> (</米米l:mo> <mml:mi mathvariant="normal"> 米</米米l:mi> <mml:mi mathvariant="normal"> e</米米l:mi> <mml:mi mathvariant="normal"> d</米米l:mi> <mml:mi mathvariant="normal"> 我</米米l:mi> <mml:mi mathvariant="normal"> 一个</米米l:mi> <mml:mi mathvariant="normal"> n</米米l:mi> <mml:mo> </mml:mo> <mml:mo> </mml:mo> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> N</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi> 年代</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:mo> =</米米l:mo> <mml:mn> 5</米米l:mn> <mml:mo stretchy="false"> )</米米l:mo> </mml:math> </inline-formula>表示被记录的数量。我们训练检测器的时代选择<我nline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M71"> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> N</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi> 年代</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:mo> - - - - - -</米米l:mo> <mml:mn> 1</米米l:mn> </mml:math> </inline-formula>癫痫的记录,然后在剩下的探测器测试发作纪录。重复这个过程<我nline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M72"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> N</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi> 年代</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> </mml:math> </inline-formula>倍,以便每个癫痫测试记录。绩效指标的平均值(如敏感性和特异性)<我nline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M73"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> N</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi> 年代</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> </mml:math> </inline-formula>褶皱是作为最终的估计分类器的性能。在这项研究中,敏感性和特异性都定义为发作的脑电图和发作脑电图的比例正确识别,分别。</p></年代ec> </sec> <sec id="sec3"> <title>3所示。结果</t我tle> <sec id="sec3.1"> <title>3.1。癫痫脑电图的特点</t我tle> <p>探讨脑电图在癫痫的特点,我们首先比较癫痫脑电图和控制发作脑电图的复杂性。不同的病人在这个数据集可能有不同的发作类型,只有节律性活动的渠道发展最显著的是对每个病人在这部分。体育和SE的分布控制发作和癫痫脑电图如图23个病人<xrefref- - - - - -- - - - - -- - - - - -- - - - - - - -type="fig" rid="fig6"> 6</xref>。它可以发现癫痫脑电图的体育价值<我nline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M74"> <mml:mo stretchy="false"> (</米米l:mo> <mml:mn> 0.57</米米l:mn> <mml:mo> ±</米米l:mo> <mml:mn> 0.036</米米l:mn> <mml:mo stretchy="false"> )</米米l:mo> </mml:math> </inline-formula>远低于控制发作的脑电图吗<我nline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M75"> <mml:mo stretchy="false"> (</米米l:mo> <mml:mn> 0.62</米米l:mn> <mml:mo> ±</米米l:mo> <mml:mn> 0.03</米米l:mn> <mml:mo stretchy="false"> )</米米l:mo> </mml:math> </inline-formula>和癫痫脑电图的本身价值<我nline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M76"> <mml:mo stretchy="false"> (</米米l:mo> <mml:mn> 0.35</米米l:mn> <mml:mo> ±</米米l:mo> <mml:mn> 0.1</米米l:mn> <mml:mo stretchy="false"> )</米米l:mo> </mml:math> </inline-formula>也远低于控制发作的脑电图(<我nline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M77"> <mml:mn> 0.46</米米l:mn> <mml:mo> ±</米米l:mo> <mml:mn> 0.11</米米l:mn> </mml:math> </inline-formula>)。调查他们的分布明显不同,是否配对<我nline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M78"> <mml:mrow> <mml:mi> t</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:math> </inline-formula> <italic> - - - - - -</我t一个lic>然后进行测试。结果表明,PE的差异<我nline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M79"> <mml:mfenced separators="|"> <mml:mrow> <mml:mi> t</米米l:mi> <mml:mi></mml:mi> <mml:mfenced separators="|"> <mml:mrow> <mml:mn> 22</米米l:mn> </mml:mrow> </mml:mfenced> <mml:mo> =</米米l:mo> <mml:mn> 9.66</米米l:mn> <mml:mo> ,</米米l:mo> <mml:mi></mml:mi> <mml:mi> p</米米l:mi> <mml:mo> <</米米l:mo> <mml:mn> 0.001</米米l:mn> </mml:mrow> </mml:mfenced> </mml:math> </inline-formula>和SE<我nline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M80"> <mml:mfenced separators="|"> <mml:mrow> <mml:mi> t</米米l:mi> <mml:mfenced separators="|"> <mml:mrow> <mml:mn> 22</米米l:mn> </mml:mrow> </mml:mfenced> <mml:mo> =</米米l:mo> <mml:mn> 7.73</米米l:mn> <mml:mo> ,</米米l:mo> <mml:mi></mml:mi> <mml:mi> p</米米l:mi> <mml:mo> <</米米l:mo> <mml:mn> 0.001</米米l:mn> </mml:mrow> </mml:mfenced> </mml:math> </inline-formula>很重要,这意味着癫痫脑电图的复杂性显著低于控制发作脑电图。由癫痫引起的过程是假设的结果从一个异常hypersynchronization大脑中不同区域的电活动。在底层复杂的网络,一个“关键”节点与一个“临界区”(即相关联。,the epileptogenic zone) starts a recruitment procedure of other areas until the brain triggers the seizure in order to reset this unbearable condition [<xrefref- - - - - -type="bibr" rid="B24"> 24</xref>]。神经元hypersynchronization预计将影响脑电图信号本身的复杂性:实际上,过多的节点底层的复杂网络的同步也可以预测EEG信号的复杂性的大幅下降。加上我们的发现,头皮脑电图的复杂性可以作为监测大脑状态的动态指标。</p><f我g-group id="fig6"> <label>图6</label> <p>箱线图的排列熵(a)和样本熵(b)发作,发作的脑电图在所有23个患者。在每个盒子,中央马克是中值,盒子的边缘是第25和第75百分位数,和加号表示异常值超过四分位范围的1.5倍。</p><f我g id="fig6a"> <label>(一)</label> <graphic xlink:href="//www.newsama.com/downloads/journals/complexity/2017/5674392.fig.006a"></graphic> </fig> <fig id="fig6b"> <label>(b)</label> <graphic xlink:href="//www.newsama.com/downloads/journals/complexity/2017/5674392.fig.006b"></graphic> </fig> </fig-group> </sec> <sec id="sec3.2"> <title>3.2。敏感的探测器</t我tle> <p>总体而言,我们的时空复杂性探测器可以获得非常有前途的性能:PE和SE / 23个患者的平均敏感性分别为99%和96.6%,分别。更具体地说,PE的敏感性和SE为每个病人见图<xrefref- - - - - -- - - - - -- - - - - -- - - - - - - -type="fig" rid="fig7"> 7</xref>。它可以发现我们的检测器的灵敏度最低是88.9%,甚至体育探测器可以精确识别猝发的脑电图的病人除了病人12和23个。</p><f我g id="fig7"> <label>图7</label> <p>敏感性的不同的探测器。</p><graphic xlink:href="//www.newsama.com/downloads/journals/complexity/2017/5674392.fig.007"></graphic> </fig> </sec> <sec id="sec3.3"> <title>3.3。特异性的探测器</t我tle> <p>拟议的时空复杂性检测器可以准确地识别几乎所有的发作脑电图,PE的特异性和SE方法100%。深入的展示我们的优势提出了探测器,人物<xrefref- - - - - -- - - - - -- - - - - -- - - - - - - -type="fig" rid="fig8"> 8</xref>给了错误的累积数量为每个病人发作脑电图检测。它可以发现,大多数患者没有虚假检测PE和SE探测器。最多数量的错误检测数量只有4 SE检测器的病人<我nline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M81"> <mml:mrow> <mml:mn> 17</米米l:mn> </mml:mrow> </mml:math> </inline-formula>,这是非常小的有900发作脑电图(<我nline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M82"> <mml:mn> 300年</米米l:mn> <mml:mi> ∗</米米l:mi> <mml:mn> 3</米米l:mn> </mml:math> </inline-formula>3在病人发作记录<我nline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M83"> <mml:mrow> <mml:mn> 17</米米l:mn> </mml:mrow> </mml:math> </inline-formula>)。</p><f我g id="fig8"> <label>图8</label> <p>特异性的不同的探测器。</p><graphic xlink:href="//www.newsama.com/downloads/journals/complexity/2017/5674392.fig.008"></graphic> </fig> </sec> </sec> <sec id="sec4"> <title>4所示。讨论和结论</t我tle> <p>癫痫发作涉及的大部分大脑皮层,的动态机制从控制发作阶段过渡到发作阶段是极其复杂的。此外,对于不同的病人和不同的癫痫发作,皮质和癫痫过渡的时间进程是不同的。因此,一个高效和健壮的癫痫检测方法能够区分控制发作脑电图和癫痫脑电图在一个快速和准确的方法是非常可取的(<xrefref- - - - - -- - - - - -- - - - - -- - - - - - - -type="bibr" rid="B9"> 9</xref>]。在这篇文章中,癫痫发作的一种新颖的自动检测方法,提出了基于时空头皮脑电图的复杂性。该功能可以充分利用空间信息来表示不同的癫痫发作,它可以直接用来构造patients-specific探测器。结果表明,我们建议的探测器可以准确地识别88.9%癫痫脑电图至少对一个病人和几乎所有的控制发作脑电图。</p><p>虽然体育和SE-based时空复杂性方法有激动人心的性能在癫痫检测中,PE的检测能力仍然优于SE。体育与向量在相空间的秩序结构本身是基于相空间向量的相似度,这意味着体育不太敏感噪声嵌入在脑电图记录(<xrefref- - - - - -- - - - - -- - - - - -- - - - - - - -type="bibr" rid="B25"> 25</xref>]。此外,体育的优势是,它可以应用于临床实时在线监测癫痫发作,因为它简单的实现和快速计算。因此,高识别性能和较低的计算成本,开发人员可以构建一个实时检测系统的癫痫发作的基础上时空体育方法。</p></年代ec> <back> <sec> <title>的利益冲突</t我tle> <p>作者宣称没有利益冲突有关的出版。</p></年代ec> <ack> <title>确认</t我tle> <p>这项工作是支持的开放基金的浙江省重点学科的浙江师范大学计算机科学与技术。</p></一个ck> <ref-list> <ref id="B1" content-type="misc"> <label>1</label> <element-citation publication-type="other"> <person-group person-group-type="author"> <name> <surname> 世界卫生组织</年代urname> </name> </person-group> <article-title> 癫痫</一个rt我cle-title> <comment> <ext-link ext-link-type="url" xlink:href="http://www.who.int/mediacentre/factsheets/fs999/en/"> http://www.who.int/mediacentre/factsheets/fs999/en/</ext- - - - - -- - - - - -- - - - - -- - - - - -- - - - - -- - - - - -link> </comment> </element-citation> </ref> <ref id="B2" content-type="article"> <label>2</label> <element-citation publication-type="journal"> <person-group person-group-type="author"> <name> <surname> 费雪</年代urname> <given-names> r S。</given-names> </name> <name> <surname> 阿塞维多</年代urname> <given-names> C。</given-names> </name> <name> <surname> Arzimanoglou</年代urname> <given-names> 一个。</given-names> </name> <name> <surname> Bogacz</年代urname> <given-names> 一个。</given-names> </name> <name> <surname> 交叉</年代urname> <given-names> j . H。</given-names> </name> <name> <surname> Elger</年代urname> <given-names> c, E。</given-names> </name> <name> <surname> 恩格尔</年代urname> <given-names> J。</given-names> <suffix> Jr。</年代uffix> </name> <name> <surname> Forsgren</年代urname> <given-names> l</given-names> </name> <name> <surname> 法国</年代urname> <given-names> j . A。</given-names> </name> <name> <surname> 格林</年代urname> <given-names> M。</given-names> </name> <name> <surname> Hesdorffer</年代urname> <given-names> d . C。</given-names> </name> <name> <surname> 李</年代urname> <given-names> 我。</given-names> </name> <name> <surname> Mathern</年代urname> <given-names> g·W。</given-names> </name> <name> <surname> 摩西</年代urname> <given-names> s . 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