基于頻域Granger因果分析研究顳葉癲癇多通道腦電的功能連接和因果網(wǎng)絡(luò)特性.pdf

1、研究目的:
　　癲癇是常見腦部疾病，對其發(fā)病機(jī)制的研究具有重要的臨床價(jià)值。本論文從多通道腦電的功能性連接和因果網(wǎng)絡(luò)的角度，以顳葉癲癇間歇期、發(fā)作前期、發(fā)作期和正常對照組的多通道腦電為研究對象，研究癲癇發(fā)作期過度放電的腦網(wǎng)絡(luò)機(jī)制，為癲癇機(jī)制研究提供思路和技術(shù)上的支持。
　　研究方法:
　　1實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù):實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來自天津醫(yī)科大學(xué)總醫(yī)院神經(jīng)外科功能室，臨床確診的顳葉癲癇組（年齡在19歲至47歲），正常對照組（年齡在24歲至30

2、歲）各8例。癲癇致癇灶均位于前顳區(qū)（頭皮電極F7、F8）。分別采集顳葉癲癇組間歇期、發(fā)作前期、發(fā)作期和正常對照組共4個(gè)組各10段，每段10秒的16通道腦電(EEGs)數(shù)據(jù)。
　　2數(shù)據(jù)預(yù)處理:對EEGs進(jìn)行去基線漂移和去工頻干擾，并應(yīng)用MatlabFastICA算法去除明顯偽跡。
　　3時(shí)頻分析:應(yīng)用短時(shí)傅里葉變換對EEGs逐一通道進(jìn)行時(shí)頻分析，研究能量最大通道的顳葉癲癇組間歇期、發(fā)作前期、發(fā)作期和正常對照組EEGs的時(shí)頻分

3、析，從中獲取癲癇發(fā)作期的主要頻率范圍:δ和θ。
　　4應(yīng)用帶通濾波獲取EEGs的δ和θ頻段分量。
　　5分別對4個(gè)組每1段EEGs的δ和θ頻段分量進(jìn)行Granger頻域因果關(guān)系分析:
　　(1)對16通道EEGs時(shí)間序列進(jìn)行頻域因果分析，計(jì)算兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間因果值γij，平均后得到定向傳遞函數(shù)(Directed Transfer Function，DTF)值。
　　(2)應(yīng)用γij構(gòu)建因果網(wǎng)絡(luò)，計(jì)算網(wǎng)絡(luò)的BC度量值(

4、Betweenness Centrality，BC)。
　　(3) BC值的K均值聚類分析:
　　對顳葉癲癇組間歇期、發(fā)作前期、發(fā)作期整個(gè)過程的BC度量值進(jìn)行K均值聚類分析，將網(wǎng)絡(luò)各個(gè)節(jié)點(diǎn)分成兩類:活躍節(jié)點(diǎn)和不活躍節(jié)點(diǎn)，并且分別分析BC度量值的變化趨勢;以及對發(fā)作期的BC度量值進(jìn)行K均值聚類分析。
　　(4)計(jì)算發(fā)作期網(wǎng)絡(luò)的因果密度（Causal Density，CD）:
　　計(jì)算顳葉癲癇組發(fā)作期各個(gè)節(jié)點(diǎn)的因果密

5、度值，并對因果密度值進(jìn)行K均值聚類分析，和發(fā)作期BC度量值的活躍節(jié)點(diǎn)比較。
　　(5)計(jì)算網(wǎng)絡(luò)的因果流(Causal Flow，CF):
　　計(jì)算發(fā)作期活躍節(jié)點(diǎn)和非活躍節(jié)點(diǎn)的因果流值，以及間歇期、發(fā)作前期與活躍節(jié)點(diǎn)相對應(yīng)節(jié)點(diǎn)的因果流值并比較分析。
　　研究結(jié)果:
　　1時(shí)頻分布:為顳葉癲癇發(fā)作期能量集中在低頻段:δ和θ頻段。
　　24個(gè)組多通道腦電的頻域功能性連接
　　(1)δ頻段:
　　顳葉癲

6、癇組:間歇期DTF均值（7.3404±1.9629）;發(fā)作前期DTF均值(4.8755±1.0541);發(fā)作期DTF均值（8.1770±1.6978）。
　　正常對照組DTF均值（2.1591±0.5561）。
　　(2)θ頻段:
　　顳葉癲癇組:間歇期DTF值（8.1263±0.4356）;發(fā)作前期DTF值（3.5955±0.8756）;發(fā)作期DTF值（8.2826±0.4899）。
　　正常對照組DTF值（2

7、.7373±0.6542）。
　　3顳葉癲癇組間歇期、發(fā)作前期和發(fā)作期BC度量值K均值聚類分析
　　(1)δ頻段活躍節(jié)點(diǎn)，間歇期BC度量值（0.0499±0.0149）;發(fā)作前期BC度量值(0.0469±0.0095);發(fā)作期BC度量值(0.0800±0.0200)。
　　(2)θ頻段活躍節(jié)點(diǎn)，間歇期BC度量值（0.0467±0.0108）;發(fā)作前期BC度量值（0.0437±0.0076）;發(fā)作期BC度量值（0.065

8、1±0.0126）。
　　4顳葉癲癇組發(fā)作期BC度量值與CD值的K均值聚類分析比較
　　在δ和θ各個(gè)頻段，BC度量值的活躍節(jié)點(diǎn)和CD值的活躍節(jié)點(diǎn)重合率很高，兩者相同，或者前者包括了后者，或者后者包括了前者;兩者的位置與致癇灶位置并不相符。
　　5顳葉癲癇組發(fā)作期活躍節(jié)點(diǎn)的因果流分析
　　(1)δ頻段發(fā)作期活躍節(jié)點(diǎn)CF值（0.6864±0.3037），間歇期、發(fā)作前期與活躍節(jié)點(diǎn)相對應(yīng)的區(qū)域CF值（0.1495±0.

9、1358）、（0.1174±0.0648）經(jīng)過驗(yàn)證皆符合正態(tài)分布，發(fā)作期活躍節(jié)點(diǎn)CF值分別與間歇期、發(fā)作前期相對應(yīng)的區(qū)域CF值進(jìn)行t檢驗(yàn)，p＜0.05，均有顯著性差異。
　　(2)θ頻段發(fā)作期活躍節(jié)點(diǎn)CF值（0.6661±0.1645），間歇期、發(fā)作前期與活躍節(jié)點(diǎn)相對應(yīng)的區(qū)域CF值（0.0774±0.1973）、CF值（0.1489±0.0570），經(jīng)過驗(yàn)證皆符合正態(tài)分布，發(fā)作期活躍節(jié)點(diǎn)CF值分別與間歇期、發(fā)作前期相對應(yīng)的區(qū)域CF

10、值進(jìn)行t檢驗(yàn)，p＜0.05，均有顯著性差異。
　　結(jié)論:
　　1顳葉癲癇發(fā)作期能量集中頻帶為δ和θ頻段。
　　2顳葉癲癇組發(fā)作期比間歇期、發(fā)作前期功能連接特性增強(qiáng);發(fā)作期比正常對照組功能連接特性增強(qiáng);間歇期和發(fā)作前期功能連接性無明顯差異;間歇期、發(fā)作間期比正常對照組功能連接特性增強(qiáng)。
　　3顳葉癲癇發(fā)作期活躍節(jié)點(diǎn)因果網(wǎng)絡(luò)的BC度量值比間歇期、發(fā)作前期增大，間歇期和發(fā)作前期BC度量值無明顯差異。
　　4顳葉癲