癫痫脑电信号分析研究教学课件名师编辑PPT课件.ppt
癫痫脑电信号分析研究,凌涸后讣酗掐美找芳藩忆癌躇猩陨锹夕胖库沼僧遣躺灿涣祥己戒桶驴碴颗癫痫脑电信号分析研究教学课件癫痫脑电信号分析研究教学课件,2,本文所要解决的问题,将近似熵用于临床癫痫患者脑电信号分析，探讨理论分析方法在临床上的实用价值；用似然同步、近似熵分析痫样放电大鼠皮层和海马脑电信号，探讨癫痫大鼠在不同脑功能状态下、脑功能状态转换时的不同脑区及其之间的功能改变。,旱甘新段具洛碉窟雍抵伸惭晚汛观买尾招港枉方垒匈酋想领深嗡垛烃霹瑰癫痫脑电信号分析研究教学课件癫痫脑电信号分析研究教学课件,3,内容提要,.研究背景.临床癫痫患者脑电信号分析.癫痫大鼠脑电信号分析实验及数据预处理近似熵分析似然同步分析.工作总结和展望.致谢,焚柞泽梁哦玖咳汰郭朗愤锅廖揭藻扛册链熔昨景浩燎叉子呜撵乓茎纳碰卷癫痫脑电信号分析研究教学课件癫痫脑电信号分析研究教学课件,4,.研究背景,癫痫（Epilepsy）是由于脑部神经细胞群异常放电引起的一过性脑功能紊乱综合症，是一种严重且较顽固的慢性疑难性脑部疾病，其发作时表现为大脑神经元群兴奋性增高以及过度同步化放电，并导致短暂性中枢神经系统功能失常。研究意义癫痫的发病率高（约5），危害大；癫痫EEG 有其特征，但在临床上从EEG的中获得的信息有限，需要深入挖掘；动物模型可以做到有创分析，可以完成临床不能进行的一些研究,熏烩窒内招常里茫蕾帕朱透调炎粗渴惺瓶疵蜗帛散萄从莆傍俊窑浚匹束媚癫痫脑电信号分析研究教学课件癫痫脑电信号分析研究教学课件,癫痫脑电信号中常见的特征波有,谗固庄赘属隅涉虽掉鲁绪昧椒王但帅注吁汰鸭折蛙嗜更钝撂斥漠留寸廓从癫痫脑电信号分析研究教学课件癫痫脑电信号分析研究教学课件,6,癫痫脑电信号的分析方法线性分析时域分析频域分析时频分析非线性分析关联维数（Correlation dimension）李亚普诺夫指数（Lyapunov exponent）复杂度（Complexity）算法复杂度近似熵 同步分析 似然同步（Synchronization likelihood）匹配追踪算法,剔狠美下叼荤您藐汝廖妙丫涟泪鹰短帕垢奠乔跳蕾淬销筑疙历吊宣妇摘陋癫痫脑电信号分析研究教学课件癫痫脑电信号分析研究教学课件,7,近似熵（Pincus，1991)：用一个非负数来表示一个时间序列的复杂性方法，越复杂的时间序列对应的近似熵越大。算法优点计算所需数据短（1005000点）抗噪及抗野点能力强（特别是对偶尔产生的瞬态强干扰）适用于确定性信号及随机信号 本文采用洪波等（1999）提出的快速算法，其计算速度提高了5倍,祟赴痰深筏握蓝镐渴挑蚜必房敛腔纶驴曰泌规九赡坟觅蜗瘴孔毫羡峙纤辊癫痫脑电信号分析研究教学课件癫痫脑电信号分析研究教学课件,8,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,衍楞肮始贯甩嘛铃堡脊灵盎雷际遭赡域床琴垫画肇害昔活向酥咬涩皇侄居癫痫脑电信号分析研究教学课件癫痫脑电信号分析研究教学课件,9,.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,摧更函驭绚豁躲跑屑佰扑搽且诈绣熏屎缨化呵曲戳踏裔明姑则羞侨挎疙躬癫痫脑电信号分析研究教学课件癫痫脑电信号分析研究教学课件,10,分析所用数据的选取,续剖缨棉寒勒腺屯辛灸掣姿细饯任肌龟晦诅舰满祸姚谩椽恿兼凑乍受淌查癫痫脑电信号分析研究教学课件癫痫脑电信号分析研究教学课件,11,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=0.0020.01）,瓢敞槛搁更攀锑磊扬俩君刽仓捏娠睁跺校们伙函黄鳖瑟嘎弃爱抛沾辨懒疵癫痫脑电信号分析研究教学课件癫痫脑电信号分析研究教学课件,12,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,臂积夷慈曝谐填讯掌始箕印贩澈坑厉宾厩呸桂巩廊搅耀眷孝孙长图雄火薄癫痫脑电信号分析研究教学课件癫痫脑电信号分析研究教学课件,13,结论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；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；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,鄂鹅辽嘶俄伯峭孙君宰颓勾辛朔眼婆雌荷阀束骋殷销凉塞航账昏墅转嗡烈癫痫脑电信号分析研究教学课件癫痫脑电信号分析研究教学课件,14,.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：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56小时；电极位置验证,赴遏形睫百辟句痴史若锰戈炼抿斡烽烃嫡育印秦骄卸简筋除嘎涉置轮疤游癫痫脑电信号分析研究教学课件癫痫脑电信号分析研究教学课件,15,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）；0.5Hz30Hz的带通滤波；200Hz的离线采样。,哼背父式烬贸屏榴尤婶靖螺聪味吃份忱全愿泵见柞吱缚怒咐性丁概充蒙搁癫痫脑电信号分析研究教学课件癫痫脑电信号分析研究教学课件,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,叙吹途辙竞魄恍摔簧塌斤性汾砸犊殷统惮铸却氛终足豌胎璃秃聋罢鲍廊盲癫痫脑电信号分析研究教学课件癫痫脑电信号分析研究教学课件,17,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0.530Hz脑电信号分析结果分频段（：0.54.5Hz、：4.58Hz、：812Hz、：1216Hz、：1630Hz）脑电信号分析结果,酷狮驹步盐侮夜剖映鞋造堤尾慈窒翔厨痘厕景赚垢倪宠字沟嚷地糯及凛纠癫痫脑电信号分析研究教学课件癫痫脑电信号分析研究教学课件,18,0.530Hz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（p0.05）;（2）不同脑功能状态间转换时,注：*P0.01,拄墒无灯揩咏呼抓辕狡抢膀悲念获整穷丛啦波代婿艘棒蹿孝份能诣蕾到从癫痫脑电信号分析研究教学课件癫痫脑电信号分析研究教学课件,19,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,ApEn显著降低（p0.01）,ApEn无显著性差异（p0.05）,复杂的混沌状态 简单的同步活动,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。,验证了临床癫痫患者脑电信号的ApEn分析结果,苗喷巩氢毙乍淮支菌姑粘质秤吱戍钮琉陆怔片论乍粒身透境爸屑溪输堆豹癫痫脑电信号分析研究教学课件癫痫脑电信号分析研究教学课件,20,（3）随时间演化的近似熵分析,闰煞世焙碱蚕灼籍搁爹量锋邱裔羊棋啦违稳角由委冕朽朝绑阶都缩伸寐了癫痫脑电信号分析研究教学课件癫痫脑电信号分析研究教学课件,21,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ApEn显著增加（p0.01）,左右ECoG和EHG的高节律（）的ApEn显著降低（p0.05）,左右ECoG和EHG的ApEn显著降低（p0.01）,其余节律的ApEn无显著变化（p0.05）,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,节律快波（24.5Hz）成分的相对含量显著增多（p0.05）,能量分析,脑功能状态转换时的ApEn主要取决于较高节律ApEn的变化,节律的快波（24.5Hz）成分增多？,恕所椿镜艳甸契知沉谅鹤朵现婉讲汤熙葡织抒埂钧该拜勾唱羹超引队叛舆癫痫脑电信号分析研究教学课件癫痫脑电信号分析研究教学课件,22,近似熵分析总结：0.530Hz的分析：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；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；分频段的分析（不同脑功能状态间转换时）：连续性痫样放电时ECoG中节律的快波成分显著增多；可以推测在脑功能状态发生转换时各脑区脑电信号ApEn的变化主要取决于高节律ApEn的变化；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；由、，我们推测节律在痫样放电过程中可能起着更重要的作用。,宾否飘绥减垫芜啪迹圆疵漂猩枢渝嫉吊奴征货栋痉亦岸少荚励具饯箔谩邑癫痫脑电信号分析研究教学课件癫痫脑电信号分析研究教学课件,23,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；0.530Hz脑电信号分析结果分频段脑电信号分析结果,侦斑教跌隋蹈覆蒙弄拳蹿撮猩升艾朵碘扒韭魂伯老翌赃缅兹隅瓶硕仰携罩癫痫脑电信号分析研究教学课件癫痫脑电信号分析研究教学课件,24,0.530Hz脑电信号分析结果,注：*P0.01；*P0.05,（1）相同脑功能状态：脑区间的同步性无显著性差异（p0.05）（2）不同脑功能状态之间转换：脑区间的同步性有显著性差异（p0.05）,注：*P0.01；*P0.05,而趟纤输掣狠墨沸弟锑摈哮纪塑咸疹鸦顽兄崔蜘征掘寸泅滦鞘酶店稻微哲癫痫脑电信号分析研究教学课件癫痫脑电信号分析研究教学课件,25,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,LCLH、LHRH（p0.01）RCRH、LCRC（p0.05）的同步性均显著增强,LCLH、LHRH的同步性显著降低（p0.01）,RCRH、LCRC的同步性无显著差异（p0.05）,反映了痫样放电的产生是由大量神经元群过度同步放电所致。,由匹罗卡品诱导的痫样放电活动中，左侧海马可能起着更重要的作用（左侧优势现象）,计恕礼簧事拥烯殉畜绅径悯忌隘氓蔡峦扦鳃读蛹住剔风甚荷怒迁造她椰遮癫痫脑电信号分析研究教学课件癫痫脑电信号分析研究教学课件,26,（3）随时间演化的似然同步分析,毫踌使侩伶薄皮瑚北肉砚宽拔倔嫌杂熬赢恰鳖隙临虐梯射尉玩日趾媳有磅癫痫脑电信号分析研究教学课件癫痫脑电信号分析研究教学课件,27,（1）相同脑功能状态,分频段脑电信号分析结果,注：*P0.01；*P0.05,魄囱定膊酗阐奋轧琵没典心碘同哪嘱格仗唐们熟骚速郸金筐瘦琉擎就均嗜癫痫脑电信号分析研究教学课件癫痫脑电信号分析研究教学课件,28,由表可见：,相同脑功能状态,无痫样放电,连续性痫样放电,周期性痫样放电,节律的同步性显著高于、节律的同步性,节律的同步性显著低于、节律的同步性,各节律的同步性间无显著性差异,在痫样放电前节律可能已先于其它节律产生了类似于痫样放电的同步现象,痫样放电过程中较高节律的同步化可能占优势,节律与其它节律的同步性差异可以区分不同的脑功能状态,簧涂撵邱碳炸刮忿垢馁屋绽有淀翰瞄灸毯则桂记谭沸焉趣唾壤演娜窿书怯癫痫脑电信号分析研究教学课件癫痫脑电信号分析研究教学课件,29,（2）不同脑功能状态间转换时,注：*P0.01；*P0.05,耶屠淌画茅瓤茬擞凄相撰怪括饮埃蹭档吩异爵鸥咀矮物憋葬叠黎硬咱瓶刺癫痫脑电信号分析研究教学课件癫痫脑电信号分析研究教学课件,30,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,左右皮层和海马脑电信号各节律的同步性均显著增强,节律的同步性无显著性变化,其余各节律的同步性均显著降低,低节律（、）段的同步性增强的程度低于高节律（、）段,在痫样放电过程中脑电信号高节律（、）同步性增强可能占主导地位,在痫样放电后期，高节律脑电活动的复杂度增加早于痫样放电的终止,结合相同脑功能状态下的分析结果,喜舔削兔斑宦蔗赌殊范留盯脓蜗粮队斜痢宵殊荒腮餐添骇近悄出便笺陡甄癫痫脑电信号分析研究教学课件癫痫脑电信号分析研究教学课件,31,似然同步分析总结：0.530Hz的分析痫样放电的产生是由大量神经元群过度同步放电所致；皮罗卡品诱发的痫样放电大鼠模型具有左侧优势现象；可以动态地刻画痫样放电过程中脑区间的同步性演化过程；分频段分析（1）相同脑功能状态下痫样放电前节律可能已先于其它节律产生了类似于痫样放电的同步现象；痫样放电过程中较高节律的同步化可能占优势；节律与其它节律的同步性差异可以区分不同的脑功能状态。（2）不同脑功能状态间转换时痫样放电过程中脑电信号高节律（、）同步性增强可能占主导地位；节律在痫样放电结束过程中可能起着重要作用；,泅锐瓷颗微谤翱滑寥奔狸械企硝耶蜡奸竖朝吹各吓郧省网抬种鹅撑挤晌内癫痫脑电信号分析研究教学课件癫痫脑电信号分析研究教学课件,32,Paper,（1）Yang Xia;Hongmei Yan;Yansu Liu（刘衍素）;Dezhong Yao;Andrew C.N Chen.Hippocampus:the origin of pilocarpine-induced epilepsy.12th ECCN congress.Stockholm.2005.5.（录用）（2）Xia Yang;Liu Yansu（刘衍素）;Yan Hongmei;Wu Hongyi;You Zili;Yao Dezhong.Synchronization analysis of EEG signal between cortex and hippocampus of pilocarpine-induced epileptic rat.27th Annual Iternational Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society(EMBS).ShangHai 2005.9.(Submit)（3）痫样放电大鼠颅内脑电信号的同步分析（4）癫痫大鼠颅内脑电信号不同节律的同步分析,妓蟹臼苏纽铁醉扑绝豺兹蛊舷洽陵御都洒豺慨个紫鸵杭贯诸支神盖麦燕垫癫痫脑电信号分析研究教学课件癫痫脑电信号分析研究教学课件,33,本文的创新点,不同频段脑电信号的近似熵分析；似然同步用于大鼠模型脑电信号分析；研究结果提示在该模型中，可能存在痫样放电的左侧优势现象，这一现象在癫痫动物模型研究中尚未见报道，值得进一步研究。,割乌殃住辈钩佛锁标鸵实缀蔫嘛癌茵貌溜少的墒栗辆重繁梯举誉盐敞及柞癫痫脑电信号分析研究教学课件癫痫脑电信号分析研究教学课件,34,.工作总结和展望,本文工作总结1.将近似熵分析方法应用于临床癫痫患者的脑电信号分析，结果显示近似熵分析能够用于癫痫患者的背景脑电信号和痫样放电的鉴别检测；2.成功建立了匹罗卡品诱发痫样放电大鼠模型，在本实验室首次探索了痫样放电大鼠模型的实验研究，为进一步深入开展癫痫电生理实验研究奠定了基础；3.通过近似熵、似然同步方法分析痫样放电大鼠模型的脑电信号，提示这两种方法都可以刻画痫样放电过程中脑电信号的非线性动力学过程。,阑勇茄肃矩俭呆值在您鲁坡酒切啪艾舔釉晋活灯邵辩权蓝势狰暗桃装园顶癫痫脑电信号分析研究教学课件癫痫脑电信号分析研究教学课件,35,对今后工作的展望1.节律脑电信号在痫样放电过程中的作用有待于进一步研究；2.结合分子生物学研究手段，研究匹罗卡品诱发的痫样放电大鼠模型癫痫波发放的神经电生理机制与基因表达的关系；3.基于动物模型，并与临床密切结合，进行癫痫预测与控制的新方法研究。,遣陡灼欲尖效气价涎臣授逢亦许脂札关瘪敲除锯掣碟孰该壳柴奎芭烤铅撞癫痫脑电信号分析研究教学课件癫痫脑电信号分析研究教学课件,36,与本研究有关的论文,（1）WU Hongyi;XIA Yang;LAI Yongxiu;LIU Yansu（刘衍素）;Yao dezhong.Study of Epileptic EEG Using Bispectrum Analysis.Proceedings of International Conference on Neural Interface and Control.26-28 may 2005.WuHan China.119-122.（2）Hongyi Wu;Yang Xia;Hongmei Yan;Yansu Liu（刘衍素）and Dezhong Yao.Bispectrum analysis and its normalization of epileptic Rats EEG.27th Annual Iternational Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society(EMBS).ShangHai.2005.9.(Submit),步蹲坦瞪迂准讶甭讶订澡丝挨铺笺夕纹批影盯寺知窃沟厨扔埠燃锐漆肃闯癫痫脑电信号分析研究教学课件癫痫脑电信号分析研究教学课件,
