利用廣義復(fù)雜度對(duì)癲癇病發(fā)作進(jìn)行預(yù)測(cè)方法的研究.pdf

1、目的：
　　 近年來，復(fù)雜度作為非線性研究領(lǐng)域中的熱點(diǎn)問題，被越來越多地應(yīng)用在腦電信號(hào)處理領(lǐng)域，如近似熵、Kolmogorov熵和Lempel& Ziv復(fù)雜度等。而廣義復(fù)雜度憑借著其對(duì)連續(xù)信號(hào)分析的優(yōu)勢(shì)，越來越多的應(yīng)用在腦電信號(hào)和心電信號(hào)等領(lǐng)域。廣義復(fù)雜度是通過計(jì)算出一個(gè)字符串中各種字符的關(guān)聯(lián)程度而確定這一字符串的字符間的復(fù)雜程度的。這一字符串中的字符種類可以是兩種，也可以是更多種。因此本研究選擇用廣義復(fù)雜度的運(yùn)算方法對(duì)癲癇病的

2、發(fā)作進(jìn)行預(yù)測(cè)。本研究是通過對(duì)癲癇病患者的腦電圖信號(hào)的分析，將具有癲癇病發(fā)病的腦電圖的圖像信號(hào)還原成數(shù)字信號(hào)，對(duì)這些數(shù)字信號(hào)進(jìn)行分析，按照廣義復(fù)雜度的計(jì)算方法，利用matlab軟件計(jì)算，選擇最佳的廣義復(fù)雜度的計(jì)算量（不同的階數(shù)或者不同字符關(guān)聯(lián)情況），計(jì)算出該腦電信號(hào)的廣義復(fù)雜度，分析在整個(gè)取樣區(qū)間的腦電復(fù)雜度的變化情況，得出癲癇病發(fā)病前腦電信號(hào)復(fù)雜度發(fā)生變化的結(jié)論，選擇預(yù)測(cè)指標(biāo)。通過觀察癲癇病患者的腦電信號(hào)的復(fù)雜度的變化情況，對(duì)癲癇病的發(fā)

3、病進(jìn)行預(yù)測(cè)，使患者在發(fā)病前有所準(zhǔn)備，提高癲癇病患者的生活質(zhì)量，降低癲癇病患者的生命危險(xiǎn)。
　　 方法：
　　 本文選用網(wǎng)上公開的FDM(Freiburg Center for Data Analysis and Modeling)數(shù)據(jù)庫（http://www.fdm.uni.frciburg.de/groups/timeseries/epi/EEGData/）作為研究樣本。該樣本中一共收集了21名患有癲癇病的病人，在其癲

4、癇病發(fā)作前、發(fā)作期間、發(fā)作后的腦電信號(hào)，并且每名患者腦電信號(hào)的記錄時(shí)間都是24個(gè)小時(shí)。由于癲癇病具有發(fā)作性的特點(diǎn)，所以采集癲癇病人的腦電信號(hào)是一個(gè)比較困難的工作，特別是要檢測(cè)到患者發(fā)病前的腦電信號(hào)的難度更加大。這樣的樣本對(duì)本研究提供了非常好的依據(jù)。應(yīng)用matlab軟件，對(duì)癲癇病患者的在發(fā)病期間的腦電圖數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，將具有癲癇病發(fā)病的腦電圖的圖像信號(hào)還原成數(shù)字信號(hào)，將這些數(shù)字信號(hào)按照廣義復(fù)雜度的方法，計(jì)算出各個(gè)區(qū)間的廣義復(fù)雜度值。在計(jì)算過

5、程中，主要運(yùn)用matlab軟件進(jìn)行算法的編程和計(jì)算。選擇好相應(yīng)的復(fù)雜度計(jì)算量，求出各組癲癇病發(fā)病時(shí)候腦電圖數(shù)據(jù)的復(fù)雜度。對(duì)腦電圖數(shù)據(jù)的復(fù)雜度進(jìn)行觀察和計(jì)算，得出癲癇病發(fā)病前腦電圖數(shù)據(jù)復(fù)雜度的變化狀態(tài)，選擇一個(gè)適當(dāng)?shù)念A(yù)測(cè)指標(biāo)，當(dāng)指標(biāo)符合預(yù)測(cè)數(shù)值時(shí)就可以得出預(yù)測(cè)結(jié)論。實(shí)現(xiàn)了對(duì)癲癇病患者發(fā)病的預(yù)測(cè)。
　　 結(jié)果：
　　 通過對(duì)21名癲癇病患者在癲癇病發(fā)病期間及其前后的腦電圖的數(shù)字信號(hào)的廣義復(fù)雜度的計(jì)算，觀察這些信號(hào)在該患者發(fā)病

6、的前期、中期、后期的廣義復(fù)雜度的變化情況，實(shí)現(xiàn)了對(duì)癲癇病發(fā)病的預(yù)測(cè)。用matlab軟件計(jì)算出每一名癲癇病患者在各自發(fā)病期間及前后的腦電圖的數(shù)字信號(hào)的復(fù)雜度，得出復(fù)雜度的數(shù)據(jù)，通過觀察這些數(shù)據(jù)，能夠明顯的看出，每一名患者在發(fā)病期間的腦電圖的復(fù)雜度有了明顯的變化，而且這種改變并不是僅僅局限在該患者的發(fā)病區(qū)間，而是在發(fā)病前的一到兩分鐘內(nèi)就有所改變，利用癲癇病發(fā)病前腦電圖復(fù)雜度有明顯變化的這一特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)癲癇病發(fā)病的預(yù)測(cè)。在癲癇病發(fā)病腦電圖

7、復(fù)雜度的數(shù)據(jù)中，可以選擇一個(gè)預(yù)測(cè)指標(biāo)，當(dāng)復(fù)雜度變化滿足預(yù)測(cè)指標(biāo)要求是，得出預(yù)測(cè)結(jié)果。因此實(shí)現(xiàn)了對(duì)癲癇病發(fā)病的一個(gè)短期的預(yù)測(cè)，時(shí)間多數(shù)在2分鐘之內(nèi)，盡管時(shí)間很短，但是對(duì)于癲癇病患者的生命安全起到了非常重要的作用。
　　 結(jié)論：
　　 腦電圖是腦神經(jīng)細(xì)胞群電生理活動(dòng)在大腦皮層的總體反應(yīng)。實(shí)驗(yàn)表明，腦電所現(xiàn)實(shí)的性質(zhì)是復(fù)雜系統(tǒng)共性表達(dá)的性質(zhì)，因此可以用復(fù)雜系統(tǒng)的非線性理論來研究腦電波的行為。癲癇病發(fā)病時(shí)，腦神經(jīng)細(xì)胞群電生理活動(dòng)發(fā)

8、生了不規(guī)則的變化，進(jìn)而體現(xiàn)在腦電圖的數(shù)據(jù)復(fù)雜度上也發(fā)生了較明顯的改變。通過對(duì)21名癲癇病患者腦電圖的復(fù)雜度分析，發(fā)現(xiàn)癲癇病在發(fā)病前，腦電圖信號(hào)的復(fù)雜度發(fā)生了較明顯的改變。本文提出了一種基于廣義復(fù)雜度的癲癇發(fā)作預(yù)測(cè)方法，并將該方法運(yùn)用到FDM數(shù)據(jù)庫，對(duì)21名病人癲癇病發(fā)作的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)研究，平均準(zhǔn)確率可達(dá)94.3％。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本文所提出的方法可以有效地預(yù)測(cè)到癲癇發(fā)作。盡管預(yù)測(cè)時(shí)間平均為幾十秒的數(shù)量級(jí)，但對(duì)于癲癇患者及時(shí)地采取預(yù)防措施仍