基于脑电的癫痫脑网络机制研究

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1、电子科技大学UNIVERSITYOFELECTRONICSCIENCEANDTECHNOLOGYOFCHINA硕士学位论文MASTERTHESIS论文题目基于脑电的癫痫脑网络机制研究学科专业生物医学工程学号201521090520作者姓名张露艳指导教师徐鹏教授分类号密级注1UDC学位论文基于脑电的癫痫脑网络机制研究（题名和副题名）张露艳（作者姓名）指导教师徐鹏教授电子科技大学成都（姓名、职称、单位名称）申请学位级别硕士学科专业生物医学工程提交论文日期2018.5.25论文答辩日期2018.5.29学位授予单位和日期电

2、子科技大学2018年6月答辩委员会主席评阅人注1：注明《国际十进分类法UDC》的类号。TheEpilepsyMechanismBasedonEEGBrainNetworkAMasterThesisSubmittedtoUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaDiscipline:BiomedicalEngineeringAuthor:LuyanZhangSupervisor:Prof.PengXuSchool:SchoolofLifeScienceandTec

3、hnology摘要摘要癫痫是神经系统出现病变导致的一种疾病，具有发作反复、发作时间不确定等特征。由于癫痫发作的不定时性，该病的发作可能会对患者本身或者他人的人身安全构成威胁，而且长期反复的发作会对患者的神经系统造成严重的损伤，进而会影响患者的行为和认知功能，因此，对癫痫机制的研究显得尤其重要。本文中，我们主要针对癫痫病灶的定位和临床发作之前的动态网络特征进行了研究，希望我们的研究成果能够在一个新的角度上为癫痫机制的理解以及癫痫疾病的治疗提供帮助。本文的具体研究内容如下：1.基于间期脑电的癫痫病灶定位方法的研究。在本部

4、分工作中，我们基于癫痫发作间期异常放电期间的脑电图（Electroencephalogram,EEG）数据，通过自适应定向传递函数（AdaptiveDirectedTransferFunction,ADTF）的方法构建出异常放电前后的时变脑网络，揭示了异常放电前后大脑网络的变化特征。而且，在动态网络的基础上，我们根据图论分析理论提出了一种癫痫病灶定位算法由此确定癫痫病灶所在的位置。在本研究中，我们对不同病灶的癫痫数据的分析结果显示，在异常放电之前一段时间，病灶附近的脑区首先被激活，然后该区域作为源将激活状态逐渐向其他

5、脑区扩散，也就是说，在癫痫异常放电之前首先被激活的区域很可能是病灶所在的脑区。通过该方法所确定的病灶和基于影像等临床手段确定的病灶间显示了很好的一致性。2.癫痫发作之前动态网络特征的研究。本研究采用了癫痫临床发作之前一小时的EEG数据，首先通过相干网络分析方法构建出不同时间上不同频段的相干网络，然后通过使用四种不同的聚类方法对相干网络进行聚类分析。为了使结果更加准确可靠，每种聚类方法都重复了1000次，最后通过自适应中值滤波对聚类结果进行了处理，并得出每种方法在所有频带上的状态区分率，其中区分的网络状态只有在时间上体

6、现出连续性才认为是正确的聚类结果。结果表明，k中心点聚类在β频段上的聚类效果最好，最后，我们基于k中心点聚类算法在β频段上的聚类结果计算了两种状态（前期和间期）的网络属性，结果发现相比于间期，前期网络的特征路径长度减小，聚类系数、局部效率和全局效率增大，网络的平均功能连接强度增强，说明相比于发作间期，在前期即使没有明显的异常放电出现，大脑中脑区间的同步活动也体现出了增强趋势，这种同步活动的逐步增强有可能预示着癫痫大发作的即将发生。综上，本文应用了癫痫病人发作间歇期的EEG数据，从脑网络的角度对癫痫I摘要病灶和癫痫发作

7、之前的网络特征进行了研究。本文的研究成果可望为癫痫病灶的定位提供新的思路和技术手段，同时对癫痫发作前大脑网络特征的研究结果也能够为癫痫机制的理解提供一种新的思路。关键词：癫痫，EEG，间期异常放电，病灶，动态脑网络IIABSTRACTABSTRACTEpilepsyisaneuralsystemdisease,whichischaracterizedbyrepeatabilityandunpredictability.Becauseofitsunpredictability,epilepticseizuremayth

8、reatenthepersonalsafetyofthepatientsorothers.Moreover,therepeatedseizureofepilepsywillleadtotheseveredamagetotheneuralsystemofpatients,aswellastheirdailybehaviorsandbraincog