癫痫脑电信号分析研究教学课件

ApEn显著降低（p<0.01）
复杂的混沌状态 简单的同步活动
验证了临床癫痫患者脑电信号 的ApEn分析结果
ApEn无显著性差异（p>0.05）
1、该两种状态间神经元群的活动可能无差异； 2、ApEn可能不能反映该状态间神经元群活动的
差异。
19
（3）随时间演化的近似熵分析
三种脑功能状态下约45s脑电信号的近似熵随时间的演化
8
r
Ⅱ.临床癫痫患者脑电信号近似熵分析
数据来源：四川大学华西医学中心神经内科提供的临床
癫痫患者的Video-EEG数据及相关临床信息
数据点及相似容限的选取
无无痫痫样样放放电电的的EEEEGG信信号号 不不同同r时r时AAppEEnn与与NN的的对对应应关关系系
参数为：
( 表示标准差) ，
点的滑动窗，重叠240点
20
分频段分析
不同脑功能状态间转换时
无痫样放电 连续性痫样放电
连续性痫样放电 周期性痫样放电
左右ECoG的 ApEnδ显著增加
（p<0.01）
左右ECoG和EHG的高节律 左右ECoG和EHG的
（ασβ）的ApEn显著降低 （p<0.05）
ApEnδ显著降低 （p<0.01）
其余节律的ApEn无 显著变化（p>0.05）
似然同步（Stam，2002) ：是一种一个时间序列和另
一个或多个时间序列间动态相互作用的测量方法
算法
（1） （3）
（5）
（2） （4）
优点
既能测量线性又能测量非线性的相互作用 能够反映这种相互作用随时间的变化 ,适用于不稳定 的时间序列
用似然同步分析各脑区、各节律间同步性差异 及状态转化时的变化未见报道
14
数据采集及预处理
RM6240C型生理信号采集处理系统采集完成 （ 800Hz采样率， 30Hz低通滤波， 1s （0.16Hz） 时间常数，50Hz陷波开 ）； 数据分段：无痫样放电、连续性痫样放电、周期性 痫样放电（如图）； 0.5Hz~30Hz的带通滤波； 200Hz的离线采样 。
15
无痫样放电时的脑电信号 连续性痫样放电时的脑电信号 周期性痫样放电时的脑电信号
3. 近似熵分析可用于脑电信号复杂度的实时监测。
Paper
（1）LIU Yan-su(刘衍素); XIA Yang; XU Hong-ru; ZHOU Dong; Yao dezhong. Nonlinear Analysis of Clinical Epileptic EEG by Approximate Entropy. Journal of Electronic Science and Technology of China.2005;3(1):72-74
13
Ⅲ.癫痫大鼠脑电信号分析
匹罗卡品痫样放电大鼠模型制备
麻醉大鼠； 皮层和海马电极包埋：
皮层：前囟后2.5mm，旁开2.5mm，硬膜下0.5mm 海马：前囟后3.8mm，旁开2.0mm，硬膜下2.6mm
记录脑电信号（以对侧耳根为参考、右下肢为接地电 极）约30分钟； 匹罗卡品腹腔注射制备痫样放电实验大鼠模型； 连续记录脑电信号约5~6小时； 电极位置验证
（2）不同脑功能状态间转换时
没有痫样放电与连续性痫样放电
连续性痫样放电与周期性痫样放电
LC LH RC RH 注：*P<0.01
*ApEnnon>ApEncontinuous *ApEnnon>ApEncontinuous *ApEnnon>ApEncontinuous *ApEnnon>ApEncontinuous
11
动态近似熵计算: 当患者的脑电信号中有痫样放电时，其
对应的近似熵有较大幅度的降低
约40s有痫样放电EEG信号的动态近似熵
12
结论
1. 癫痫患者脑电信号中有痫样放电时近似熵显著降低，可 以通过计算近似熵将痫样放电从癫痫患者的背景脑电信 号中区分出来；
2. 脑电信号随时间演化的近似熵分析可以反映癫痫患者脑 电信号中癫痫波的动态发放情况；
ApEn的变化主要取决于wenku.baidu.com节律ApEn的变化； ③ 痫样放电的终止，可能与低节律脑电活动的同步性增
强有关； ④ 由①、③，我们推测δ节律在痫样放电过程中可能起
着更重要的作用。
22
似然同步分析 参数取值： 窗口宽度（数据长度）根据数据处理的实际 需要选取；并将计算结果在时间及空间上进 行平均 ； 0.5~30Hz脑电信号分析结果 分频段脑电信号分析结果
9
分析所用数据的选取
无痫样放电的EEG片断
相邻且有痫样放电的EEG片断
10
分析结果
采用上述参数对10例临床癫痫患者计算有无痫样放电 脑电信号的相邻600个点（3秒）的近似熵平均值结果 如图 。
有无痫样放电EEG的ApEn比较
结果显示:无痫样放电
时脑电信号的近似熵显 著大于有痫样放电时脑 电信号的近似熵 （p=0.002<0.01）
δ节律的快波（2～ 4.5Hz）成分增多？
脑功能状态转换时的 ApEn主要取决于较高
节律ApEn的变化
癫痫波发放终止可能与 低节律脑电活动同步 增加有关
脑功能状态转换时的 ApEn主要取决于较高
节律ApEn的变化
能量 分析
δ节律快波（2～4.5Hz）成分的 相对含量显著增多（p<0.05）
21
近似熵分析总结： 1. 0.5~30Hz的分析：
近似熵分析
方法及参数选择同临床癫痫患者脑电信号分析 0.5~30Hz脑电信号分析结果 分频段（δ：0.5~4.5Hz、θ：4.5~8Hz、α：
8~12Hz、σ：12~16Hz、β：16~30Hz ）脑电信 号分析结果
17
0.5~30Hz脑电信号分析结果
（1）相同脑功能状态下各脑区脑电信号的近似熵之间不存在 显著性差异（p>0.05） ;
① 证实了痫样放电时相关脑区神经元群活动从复杂的混 沌状态趋向于简单的同步活动；
② 随时间演化的ApEn分析进一步证明了近似熵可以鉴 别背景脑电信号和痫样放电；
2. 分频段的分析（不同脑功能状态间转换时） ：
① 连续性痫样放电时ECoG中δ节律的快波成分显著增多； ② 可以推测在脑功能状态发生转换时各脑区脑电信号
ApEncontinuous=ApEnperiod ApEncontinuous=ApEnperiod ApEncontinuous=ApEnperiod ApEncontinuous=ApEnperiod
18
由表可见：
不同脑功能状态间转换时
无痫样放电 连续性痫样放电
连续性痫样放电 周期性痫样放电