[发明专利]一种基于图卷积网络的脑电图信号分析方法

说明书

本发明涉及一种脑电图信号分析方法，包括以下步骤：S1：根据脑电图信号建立大脑功能性网络；S2：根据所述大脑功能网络，为不同大脑功能网络打上标签，完成图卷积网络模型训练；S3：根据所述训练好的图卷积网络模型，对新的大脑功能网络进行类型识别，完成脑电图分类。相对于现有技术，本发明的脑电图信号分析方法可以准确描述大脑的细节特征与状态，将该方法应用在大脑神经系统相关疾病患者的大脑功能性网络上，能为这些疾病的智能判断、预警及治疗提供一种全新的方法。

技术领域

本发明属于脑电信号分析领域，尤其是涉及一种基于图卷积网络的脑电图信号分析方法。

背景技术

脑电图(EEG)是通过精密的电子仪器，从头皮上将脑部的自发性生物电位加以放大记录而 获得的图形，是通过电极记录下来的脑细胞群的自发性、节律性电活动。脑电信号具有较高 的时间精度，可以动态观察大脑的状态变化，因此脑电图信号是诊断不同神经障碍和疾病的 重要工具。大脑神经元之间相互作用、相互关联，使大脑成为一个复杂的动力学系统。将大 脑看成一个功能网络，研究大脑不同区域的神经集群之间的时间相关性，以此来探索大脑不 同区域之间的联系是大脑动力学系统的一种方法。目前大脑功能网络的建立方法，一般是根 据不同电极间采集到的EEG信号皮尔逊相关系数来建立功能性网络，或者由不同电极间的EEG 信号的锁相值，来建立功能网络，这些忽略了脑电信号在不同时刻的放电特性，建立的脑功 能网络不能较好的反映大脑的真实状态。另外，传统脑电信号分析方法，也一般是从信号本 身的特征(幅值、频谱、相位)去分析大脑神经系统相关疾病患者与正常人的EEG信号差异， 无法大脑的整体连通关系去分析EEG信号，因此也忽略了大脑网络的一些高阶的隐藏的有价 值的信息。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于图卷积网络的脑电图信号分析方法，通过全脑域功率峰 值附近时刻的锁相值建立大脑功能网络，再通过图卷积网络完成脑电图分类。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种基于图卷积网络的脑电图信号分析方法，脑电图信号由多路导联电极采集，包括以 下步骤：

S1：根据脑电图信号建立大脑功能性网络，具体步骤包括：

S11：计算全脑域功率GFP，其中K为总的导联 通电极数，代表K个节点，i为第i路导联，V_i(t)为第i路导联的EEG信号，V_mean(t)为t时刻K路导联信号的平均值。

S12：获取GFP的峰值时刻，记为时间序列t＝[t₁,t₂,t₃...t_n]；

S13：在时间序列[t₁,t₂,t₃...t_n]中每个时刻t_i(i∈[1,n])为中心时间的一段时间范围内，计算 每两路导联脑电信号之间的锁相值；

S14：根据所述每两路导联脑电信号之间的锁相值指标反映节点之间的联系，以此建立大 脑功能网络。

相对于现有技术，本发明的脑电图信号分析方法可以准确描述大脑的细节特征与状态

进一步地，所述步骤S2的图卷积网络的计算公式为：其中 为给大脑功能网络图中的每个节点增加自连接后的度矩阵，为大脑功能网络图的邻接矩 阵再加上单位矩阵I，H^(l+1)为l+1层GCN输出结果，H^(l)为l层的GCN输出，H⁽⁰⁾为节点的初 始化特征矩阵，W^(l)为l层的待训练参数矩，l为大于等于0的整数，代表GCN的层次，σ(·) 为激活函数，可以选择ReLU函数或者Sigmoid函数。