[发明专利]用于自动痉挛监测的方法、设备和计算机程序产品

说明书

技术领域

本公开大体上涉及脑波信号的监测。更具体地，本发明涉及用于监测脑波信号的演变的机制和脑波信号中痉挛(seizure)活动的自动检测。

背景技术

世界上大约5%的人在他们的生命中经历痉挛活动。当在没有外部刺激的情况下重复地出现痉挛时，人将患有癫痫症(epilepsy)。整个人口的大约0.5%属于该核心群，这使癫痫症成为最常见的神经系统紊乱。根据当前的标准化，存在两个主要类别的痉挛：整体痉挛和部分痉挛。整体痉挛牵涉整个大脑，而部分痉挛牵涉大脑的受限区域。这些主要类别被进一步分成若干子类别，其描述了在痉挛期间人所展示的运动类型以及意识和知觉如何受到影响。一般地，剧烈的、阵发性的、且不自主的肌肉惊厥(convulsion)称作惊厥，并常常涉及痉挛。

脑电描记法(EEG)是用于评估大脑活动的完善的方法。测量电极典型地附连在头皮上来记录并且分析皮层的椎体细胞中生成的弱的生物电势信号。备选地，电极可侵入式地附连在大脑和头骨之间，或附连在大脑组织内部。几十年来EEG已经在大脑的神经系统的基础研究以及多种中枢神经系统疾病和紊乱的临床诊断中广泛地使用。

癫痫症患者的行为和EEG的文献提供用于癫痫症的手术规划、诊断和后续治疗的重要信息。当间歇且不可预知地发生痉挛时，典型地使用持续若干天的长期监测以便捕捉涉及痉挛的EEG和行为表现的足够信息。在专用设备和人员可用于该目的的医院里，典型地采用癫痫症监测单元(EMU)做这些记录。然而，远程医疗和变化(ambulatory)记录领域中的新发展使得在不久的将来家庭监测对于癫痫症患者可能是切实可行的。

长期EEG记录产生大量的EEG数据，其随后由经认证的医师查看。采用视觉分析，基于经验搜索已知的具体EEG波形形态和动态模式来对应于痉挛。详细地检验找到的形态和模式来获得关于痉挛的类型和起因的信息。因为视觉分析是基于由人类观察者实行的模式识别，所以分析过程具有某些局限性，例如痉挛识别的主观性和分析的缓慢性。查看长期EEG记录可需要若干小时的工作。在查看期间，人的大脑可容易变得疲劳并且可错过痉挛，特别是短的那些。

为了有助于视觉EEG查看，从二十世纪七十年代以来已经开发了自动痉挛检测算法。然而，因为在EEG中患者痉挛活动的表现互不相同，因此开发普遍功能的自动检测器具有挑战性。自动痉挛检测领域的新进展涉及患者特定的痉挛检测器。它们终结了人类观察者与基于计算机的检测器之间的性能差距。这些检测器是半自动的；在检测器可以搜索相似的实例之前人类观察者必须从数据标记一个痉挛实例。尽管有局限性和计算中的新进展，视觉EEG查看保留了痉挛检测的技术发展水平。

除对于诊断目的重要外，痉挛检测在旨在防止脑损伤的护理决策方面具有至关重要的作用。如果痉挛活动在几分钟内没有缓解，不可逆脑损伤的风险急剧增加。延长的痉挛活动称作癫痫持续状态(SE)并且其是主要的医疗紧急事件。遭受SE的患者在重症监护病房(ICU)重度治疗。整体SE导致具有持续智力病态(intellectualmorbidity)的不可逆脑损伤。取决于病因，整体SE的死亡率可从20至30％。

在过去的十年内，在ICU患者中已经广泛地实现痉挛的盛行。已经观察到甚至没有癫痫症史或没有任何神经紊乱的患者可在ICU中表现出痉挛。这些痉挛的原因可涉及危重病，例如缺氧、缺血、中毒、和代谢异常。而且，像中风、脑出血、脑肿瘤、中枢神经系统感染、和脑外伤的神经病变增加了痉挛的风险。使该患者群中痉挛检测尤其具有挑战性的是绝大多数痉挛是非惊厥性的。即，患者在痉挛期间没有展现出剧烈的运动。根据当前的知识，EEG是非惊厥性痉挛的唯一特定指示器。实际上，18-34%遭受无法解释的意识水平降低的神经重症监护患者已经显示出具有非惊厥性痉挛并且这些患者的10%处于非惊厥性癫痫持续状态(NCSE)。根据当前的理解，非惊厥性痉挛与惊厥性痉挛相似地产生不可逆脑损伤，并且从而对于该患者群也强烈推荐药物治疗。

为重症监护患者实行的痉挛检测对自动痉挛检测算法设置了新的要求。同时，借助于持续EEG监测和耗时的视觉EEG分析来检测这些痉挛。痉挛需要利用抗惊厥药物的急性治疗，并且从而涉及视觉查看的延迟对于患者通常是不利的。因此，迫切需要自动的在线痉挛检测器。