[发明专利]一种基于多级分类的低功耗可穿戴癫痫发作检测系统

说明书

本发明公开了一种基于多级分类的低功耗可穿戴癫痫发作检测系统，根据生理信号数据特征进行一级预分类，得到的正样本数据输入到检测模型进行精细的二级分类，再结合一级预分类和二级分类结果得到最终检测结果，可以提高检测的精度；同步采集多种模态的生理信号，对多种模态的融合构造稳定的癫痫发作检测模型；在用于分类模型构造的数据集合中加入健康人日常活动的数据作为负样本，使得构造的分类模型更加适合实际生活场景，符合癫痫患者的真实需求；针对数据不平衡问题，基于人体活动的先验知识进行数据不平衡处理的方案，通过提取合加速度标准差、合加速度频域主频、合加速度峰峰值并设定经验阈值的方式进行数据不平衡处理。

技术领域

本发明属于生物医学信号处理技术领域，具体涉及一种基于多级分类的低功耗可穿戴癫痫发作检测系统。

背景技术

癫痫是一种由多种病因导致的常见的大脑功能障碍疾病，其特点是持续易发性地自主癫痫发作。70％-80％的癫痫患者可以通过恰当的药物辅助来抑制发作，而剩下的20％-30％的慢性或顽固性癫痫无法通过药物来控制，被称为难治性癫痫。难治性癫痫患者往往面临着更大的安全风险和心理压力。全面性强直阵挛癫痫发作(GTCS)是最危险的癫痫类型之一，常被称为“癫痫大发作”。癫痫发作会同时给患者及其家人带来一系列身体和心理上的影响。癫痫发作时患者常常出现失神、躯体不受控制、呼吸停止等症状表现，往往会直接或间接导致患者受到意外伤害甚至是死亡。与癫痫相关的死亡原因主要有癫痫猝死(Sudden Unexpected Death in Epilepsy,SUDEP)。

癫痫的突然发作给癫痫患者带来了极大的安全风险。特别是当患者独处时，癫痫发作极易引起患者的意外受伤甚至是死亡。倘若患者在癫痫发作时能够及时获得救治，患者的生命安全可以得到很大的保障。根据国际抗癫痫联盟(International LeagueAgainst Epilepsy,ILEA)临床指南，给患者佩戴癫痫发作监测设备，出现发作时能够及时报警通知相关人员，减少因癫痫发作导致的呼吸功能障碍和低氧血症的发生，是目前唯一确定有效的降低癫痫猝死发生的重要方法。此外，目前临床上医生对患者进行诊断大多通过患者或其看护者口述病情来对患者的病情进行评估以及后续的治疗。但是依靠患者及其家人回忆进行病情描述往往存在很多的主观因素，导致诊断结果出现偏差。基于可穿戴设备进行癫痫发作的检测不仅可以保障患者的安全，还可以详细记录患者发作时的各种信息，为医生进行诊断治疗提供更多维度的信息，全方位保障患者的健康安全。

由于癫痫患者在非发作时与健康人无异且大多数癫痫患者发作持续时长仅占患者生活的很小一部分时间，患者及其家属更希望癫痫发作检测设备能够在准确检测到发作事件的同时尽可能地不影响其正常生活。因此，可穿戴式的癫痫发作检测设备更加满足患者的需求。近年来，出现了越来越多的轻量级的可穿戴设备。基于可穿戴设备对癫痫发作进行检测可以降低患者受伤的风险，保障患者的安全。同时还可以保护患者的隐私，减轻患者的病耻感，使患者可以像健康人一样生活。

现有的癫痫发作检测方法主要分为两类。一类是基于音频信号对患者进行监护，通过对视频和声音信号进行分析来检测检测患者的发作。另一类是基于各种人体生理信号采集设备采集患者的生理参数并加以分析，进而检测癫痫患者的发作。常见的采集的生理参数包括脑电信号、心电信号、三轴加速度、三轴陀螺仪、皮肤电导信号、肌电信号、体温、光电容积脉搏波等。

现有的实施方案中，基于音频分析的方法限制了病人必须处于音频监测环境下，干扰了患者的正常生活。同时在音频监测环境下对患者进行发作检测还存在计算量大，患者隐私泄露等问题。脑电信号虽然在临床上被视为判断患者癫痫发作的金标准，但是设备不够便携隐蔽，数据采集过程影响了患者的正常生活。其余生理参数的采集相对方便，均可以通过可穿戴设备在人体的腕部进行采集。但是，仅仅基于运动信号进行，容易受日常行为的干扰而引起误报。心电信号容易受到其他剧烈活动的干扰，稳定性差。癫痫的类型有很多，不同患者之间的发作表现存在较大的差异，同一患者的不同发作时段身体的变化也有所不同。采集单一的生理模态信号不能够很全面地反映癫痫患者发作与非发作时的生理状态差异，导致检测模型准确率不高，误报较多。