[发明专利]一种基于相幅耦合网络的致痫区定位及潜在致痫区预测方法

说明书

一种基于相幅耦合网络的致痫区定位及潜在致痫区预测方法，其步骤如下：一、对癫痫患者ECoG数据进行预处理；二、通过CFC分析，计算LFOs和HFOs之间的MI；三、对MI进行显著性检验，建立ECoG网络；四、根据网络特征，发现高风险位点，找到局域性致痫区以及潜在致痫区；通过以上步骤，本发明从系统的角度寻找局域致痫区和潜在致痫区，并且考虑到患者的个体差异以及基础脑功能网络的影响，针对神经元异常振荡建立癫痫故障网络，提出一种基于相幅耦合网络的局域致痫区定位及潜在致痫区预测方法；本发明具有系统性、鲁棒性和预警性，其研究结果将对致痫区定位及潜在致痫区预测提供强有力的方法支承。

技术领域

本发明提供一种基于相幅耦合网络的致痫区定位及潜在致痫区预测方法，它涉及一种基于皮层神经元异常振荡(被视为脑功能中的故障)下相幅耦合网络的致痫区定位及潜在致痫区预测方法，是复杂网络理论与生物医学的交叉技术领域。

背景技术

癫痫是一种多样化的慢性神经系统疾病，以癫痫发作为特征，全世界约有1％的人患有癫痫，是全球神经系统疾病负担的第三大主要因素，影响全球6500万人。癫痫疾病患者通常通过适当的药物控制，但大约30％的癫痫患者即使使用最好的药物癫痫发作也没有得到很好的控制。对癫痫进行治疗的另外一种有效的手段是确定致痫区，并进行手术切术，此技术的关键是准确确定致痫区，并进行手术切除。若病灶区切除不全，患者术后会继发癫痫，但若切除过多，则会引起患者其他脑区功能缺失，甚至导致严重的神经功能障碍。因此，如何精确定位癫痫病灶区是手术治疗癫痫发作的关键。但是目前还没有一种成熟的技术及方法能够准确定位致痫区。

除此之外，在癫痫外科病例中，切除致痫区与癫痫术后效果的关系并不那么简单：最近一项大宗研究显示，22％的癫痫患者切除了发作起始区本以为手术效果会非常好，事实上仍然有单纯部分性发作；31％的患者有复杂的复发情况。术后复发的患者，其致痫区发生了改变；更有一部分患者的临床表现与脑电图和影像学检查结果不一致。这表明，癫痫患者大脑中并不是单个局域病灶区域引起发作，而是存在复杂的网络，这个网络的动力学特点在许多癫痫外科中是改变的。因此，当前亟需一种科学可靠的技术方法准确确定致痫区，以及进行潜在致痫区的预测。

人类大脑皮层是由大约10¹¹个神经元通过10¹⁵个连接所组成，从而形成一个复杂的网络。大脑皮层具有大量相互连接并且相互作用的神经元，各个神经元的活动都是相互关联的。癫痫患者脑中神经元的异常放电会引起大脑皮层神经振荡的特异性。一些频带中的低频和高频振荡被公认为是导致癫痫发作和癫痫开始发作区域的重要生物标志。Imamura等人和Kanazawa等人分别在2011年和2015年发现并证实发作性低频率振荡(LFOs)和发作性高频率振荡(HFOs)是引发癫痫发作的核心原因，LFOs和HFOs被认为是癫痫发作潜在的生物标志。

不同频带之间的神经振荡被称为交叉频率耦合(Cross-frequency coupling，CFC)，CFC在研究神经网络的通信和连通机制等方面具有重要的作用。相幅耦合(Phase-amplitude coupling，PAC)是CFC的其中一种表现形式，这种形式的具体机理是LFOs的相位调制HFOs的振幅，因其自身的特点，PAC已经成为当前致痫区定位研究的热点。2014年Ibrahim等人发现与具有局部性癫痫患者的非癫痫区相比，病理性高频振荡的幅度与和节律的相位之间的CFC在癫痫开始发作区明显升高；此外，Guirgis等人在2015年运用调制指数(MI)和特征分解的方法证明调制的高频振荡能够为颞叶外癫痫患者提供更准确的致痫区定位。