癫痫脑电信号特征的定位方法及其系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及信号处理技术领域，特别是涉及一种癫痫脑电信号特征的定位方法及 其系统。
【背景技术】
[0002] 癫痫作为发病率极高的神经系统疾病之一，对致痫灶的精确定位成为当前的研究 热点。准确地定位致痫灶对癫痫手术的成功具有举足轻重的意义。
[0003] 切除致痫灶作为控制癫痫病发作以及根治癫痫的有效措施，该手术成功的关键是 术前癫痫病灶精确定位。常规脑电图中的脑电异常活动，也就是低频频率成分很容易受到 其他信号的干扰，使得癫痫病灶定位出错，进而使得切除手术出错或者失败;从发现疑似波 形到进行开颅手术，确认病灶位置，再到病灶切除，这个过程非常耗时，而病人开颅时间不 宜过长，手术风险过大。在没有确定致痫灶位置或者致痫灶位置确认出错的情况下，可能需 要进行多次开颅手术，极大地提高了手术的风险。因此，癫痫特征波形提取和癫痫病灶的精 确定位就成为临床的关键技术性问题。
[0004]高频振荡（high-frequency oscillations，HFOs): 100Hz以上的癫痫脑电频率成 分，与作为癫痫病灶主要特征之一的发作始发区关系密切，能够有效确定该病灶的位置，具 有很高的特异性。高频振荡节律是由脑内神经元异常发电产生的，能够体现神经元的同步 化活动。根据频率范围可以将高频振荡节律分为三种：1) "ripples"。频率范围为80-200HZ， 出现在人类的海马旁回结构中，表征抑制性突触电位同步化放电，是一种正常性的HF0s;2) "fast ripples(FRs)"。频率范围为200-500Hz，出现在人类的内侧型颞叶结构中，表征神经 元高度同步化放电，是一种病理性的HFOs，研究表明该节律成分能够定位癫痫发病的核心 区；3) "VHF0"。频率范围为1000-2500HZ，能够由10kHz电极采集得到，表征神经元非同步化 放电，与癫痫的关系不大，有可能表征其他的神经性病理波。
[0005] 在实现过程中，发明人发现传统技术中至少存在如下问题：
[0006] 传统脑电图方法，作为癫痫发作始发区定位的核心技术，重点关注40Hz以下的脑 电频率成分的突发异常情况。该方法实现定位的过程如下：首先，利用32导常规脑电图机， 实时监测癫痫患者的脑电波信号;其次，观测并分析癫痫患者的脑电波形，一旦发现癫痫疑 似波形，进行开颅手术;最后，开颅后植入深部电极采集癫痫信号，确认癫痫病灶位置，再进 行切除手术。但是，该方法存在很大的弊病，一方面，常规脑电图中的脑电异常活动，也就是 低频频率成分很容易受到其他信号的干扰，使得癫痫病灶定位出错，进而使得切除手术出 错或者失败;另一方面，从发现疑似波形到进行开颅手术，确认病灶位置，再到病灶切除，这 个过程非常耗时，而病人开颅时间不宜过长，手术风险过大。
【发明内容】
[0007] 基于此，有必要针对传统技术中对癫痫脑电信号特征的定位方法易出错且过程耗 时的问题，提供一种癫痫脑电信号特征的定位方法及其系统。
[0008] 为了实现上述目的，本发明技术方案的实施例为：
[0009] -方面，提供了一种癫痫脑电信号特征的定位方法，包括以下步骤：
[0010] 对癫痫患者的脑电波动信号进行采样，得到脑电波动信号的样本总数；
[0011] 根据样本总数，获取脑电波动信号的幅值的均方根；
[0012] 根据脑电波动信号的波动周期和预设的截止频率，获取脑电波动信号的持续时间 阈；
[0013] 获取均方根的第一阈值和持续时间阈的第二阈值，根据第一阈值和第二阈值对脑 电波动信号进行幅度滤波，得到脑电波动信号的特征信号。
[0014] 另一方面，提供了一种癫痫脑电信号特征的定位系统，包括：
[0015] 采样单元，用于对癫痫患者的脑电波动信号进行采样，得到脑电波动信号的样本 总数；
[0016] 第一处理单元，用于根据样本总数，获取脑电波动信号的幅值的均方根；
[0017] 第二处理单元，用于根据脑电波动信号的波动周期和预设的截止频率，获取脑电 波动信号的持续时间阈；
[0018] 特征提取单元，用于获取均方根的第一阈值和持续时间阈的第二阈值，根据第一 阈值和第二阈值对脑电波动信号进行幅度滤波，得到脑电波动信号的特征信号。
[0019] 上述技术方案具有如下有益效果：
[0020] 本发明癫痫脑电信号特征的定位方法及其系统，根据均方根的阈值和持续时间阈 的阈值对脑电波动信号进行幅度滤波，能够提取癫痫脑电信号中的高频振荡节律，从而快 速确定癫痫脑电特征信号所在区域，实现癫痫脑电特征信号的快速定位，降低癫痫手术风 险。同时可以基于高频振荡与癫痫发作始发区的时空一致性分析，确定癫痫病灶位置和癫 痫发作时间，提高癫痫病灶的检出率。
【附图说明】
[0021] 图1为本发明癫痫脑电信号特征的定位方法及其系统的一应用场景中癫痫脑电特 征波示意图；
[0022] 图2为本发明癫痫脑电信号特征的定位方法及其系统的一应用场景中"ripples" 特征波示意图；
[0023] 图3为本发明癫痫脑电信号特征的定位方法及其系统的一应用场景中"FRs"特征 波示意图；
[0024] 图4为本发明癫痫脑电信号特征的定位方法实施例1的流程示意图；
[0025] 图5为本发明癫痫脑电信号特征的定位方法一具体实施例中实际采集的脑电图形 示意图；
[0026]图6为本发明癫痫脑电信号特征的定位方法一具体实施例中经过倍频陷波处理后 的脑电波动形状示意图；
[0027] 图7为本发明癫痫脑电信号特征的定位方法一具体实施例中经过带通提取后的高 频振荡信号示意图；
[0028] 图8为本发明癫痫脑电信号特征的定位方法一具体实施例中用频谱图作为性能分 析指标提取后的频谱图；
[0029] 图9为本发明癫痫脑电信号特征的定位方法一具体实施例中确定癫痫病灶所在区 域的不意图；
[0030] 图10为本发明癫痫脑电信号特征的定位系统实施例1的结构示意图。
【具体实施方式】
[0031] 为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中 给出了本发明的首选实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所 描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。 [0032]除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的 技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具 体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语"及/或"包括一个或多个相 关的所列项目的任意的和所有的组合。
[0033]本发明癫痫脑电信号特征的定位方法及其系统的一应用场景介绍：
[0034]癫痫脑电特征波可以划分为图1所示的几种情况，图1为本发明癫痫脑电信号特征 的定位方法及其系统的一应用场景中癫痫脑电特征波示意图；如图1所示：
[0035]图1中描述的棘波，其最主要特点为相对于常规脑电图，有明显的突发变化，波形 上升部分和下降部分均陡而直，一旦棘波成规律出现，则提示病人即将发作癫痫。图1中描 述的尖波，波形上升部分陡而直，跟棘波波形是一致的，下降部分相对于棘波较为平缓，周 期在70ms-200ms之间，尖波幅值通常在100μν-200μν之间。图1中描述的棘波-慢波的复合 波，慢波为主要成份，棘波不定时出现在慢波上。图1中描述的尖波-慢波的复合波，表征患 者脑内有大范围的癫痫病灶，波形由尖波和慢波共同组成，慢波为主要成份，尖波不定时出 现在慢波上。图1中描述的节律波，表征癫痫患者正在发作期，波形由正常脑电波组成，不过 在正常脑电波的波峰上出现高频波动，出现时间短，消失快。
[0036]高频振荡节律分为"ripples"和"fast ripples(FRs)"，其中，"ripples"的特点为 频率范围为80-200HZ，出现在人类的海马旁回结构中，表征抑制性突触电位同步化放电，病 理意义是感官信息处理及记忆，如图2所示。图2为本发明癫痫脑电信号特征的定位方法及 其系统的一应用场景中"ripples"特征波示意图；"fast ripples(FRs)"的频率范围为200-500Hz，出现在人类的内侧型颞叶结构中，表征神经元高度同步化放电，是一种病理性的 HFOs，研究表明该节律成分能够定位癫痫发病的核心区，如图3所示。图3为本发明癫痫脑电 信号特征的定位方法及其系统的一应用场景中"FRs"特征波示意图；
[0037] 可以明确的是，"ripples"的频率范围为80-200Hz，"FRs"的频率范围为200-500Hz。本发明重点关注80-500Hz频带的ripples和FRs，研究这两种节律的自动检测方法， 通过本发明改进的带通滤波器提取80-500HZ频率段的高频信号，并分析其与癫痫发作始发 区之间的关系，实现癫痫病灶的快速定位。
[0038] 本发明癫痫脑电信号特