本發明專利涉及振幅整合腦電圖的特征表示和提取方法，特別是一種基于圖像信息的aEEG信號特征表示和提取方法。
背景技術：
：振幅整合腦電圖(amplitude-integratedelectroencephalography,aEEG)技術是一種新生兒監測腦功能狀態的有效手段(Hellstrom–Westasetal.,2008)，已廣泛作為新生兒腦損傷的輔助檢查手段，為醫生對新生兒缺氧缺血腦病、窒息、癲癇、顱內出血和腦積水，以及腦病治療對象篩選提供了客觀的評價指標。通常aEEG信號呈條帶狀軌跡，一般幅值在10～40μV之間。它的寬度與新生兒腦功能狀態有關，通常在新生兒深度睡眠期間軌跡較寬，而在輕度睡眠狀態或清醒狀態下aEEG信號軌跡較窄。目前國際上對aEEG信號分析主要依靠人工實現，即醫生對aEEG的背景圖進行目測判讀，主要看其背景活動形式(主要關注其上下邊界)、睡眠－清醒周期是否存在、癇樣波是否存在等。目前對aEEG信號有兩種分類方法(DeVries,L.S.etal.,2005)。一類是根據新生兒aEEG的背景活動分為三種：(1)振幅正常：振幅波譜帶上邊界>10μV，下邊界>5μV；(2)振幅輕度異常：波譜帶上邊界>10μV，下邊界<5μV；(3)振幅重度異常：波譜帶上邊界<10μV，下邊界<5μV。三種形式aEEG均可伴有癇樣活動，表現為幅值突然增高伴波譜帶變窄，隨后短暫抑制。根據aEEG背景活動及有無癇樣活動，將aEEG結果分為三種：振幅正常為正常aEEG，振幅輕度異常及振幅正常伴癇樣活動為輕度異常aEEG，其余均為重度異常aEEG。另一類是將新生兒aEEG的背景活動描述為六種：(1)連續正常電壓：連續電活動，幅值為5-10/10-50uV；(2)不連續正常電壓：不連續電活動，幅值>5uV；(3)連續低電壓：連續電活動，幅值<5uV；(4)爆發抑制：不連續電活動，間歇期幅值極低，間有高幅爆發；(5)平臺：<5uV的極低電壓。(6)癇樣活動。亦根據aEEG背景活動及有無癇樣活動，將aEEG結果分為三種：連續正常電壓為正常aEEG，連續不正常電壓為輕度異常aEEG，其余為重度異常aEEG。近年來，開始了對新生兒aEEG信號的自動分析研究工作。其基本方法是，首先提取aEEG信號的特征，然后送入分類模型對aEEG信號自動分類判別，其中關鍵是特征提取這一環節。目前對于aEEG信號提取特征方法主要是針對信號的幅值，提取信號的線性特征包括幅值均值、方差、最大最小值以及上下邊界等。如Bowen通過計算aEEG信號的最大最小值、均值和標準差來量化分析aEEG(Bowen,Paradisisetal.2010)，其中幅值均值、最大最小幅值給出了aEEG數據的大致分布，方差則是描述aEEG信號幅值的離散程度。此外，也出現了一些非線性特征的使用，例如李雷、陳偉婷等將近似熵理論應用到新生兒aEEG信號分析上，該研究將非線性動力學理論引入aEEG特征提取中(Li,Chenetal.2010)；王愈等將線性特征以及幅值分布直方圖結合用于aEEG的特征分析(Chen,Wangetal.2014)。現有的aEEG人工判讀中，醫生對幅值上下邊界根據監護儀上波帶顏色濃淡而決定，把顏色較濃處所對應的高低幅值作為上下邊界。但背景圖的濃淡邊界通常不明顯，不同人對顏色濃淡的判斷不同，導致不同醫生對同一aEEG信號的判讀結果有異。而在aEEG自動分析中，目前工作基本為基于信號幅值的特征提取，未出現圖像特征的使用。技術實現要素：本發明提出了一種aEEG信號圖像特征重構表示和提取方法，包括如下步驟：信號分段步驟：獲取aEEG信號，對aEEG信號幅值半對數化處理及取整運算，并分成多段信號段；等高線圖繪制步驟：統計各所述信號段中不同幅值出現的頻率，連接頻率相同的點，繪制各信號段的等高線圖，合并得到所述aEEG信號的幅值頻率等高圖；圖像特征提取步驟：提取所述等高線圖中的圖像特征。本發明提出的所述aEEG信號圖像特征重構表示和提取方法中，所述等高線圖中，統計信號段中不同幅值出現的頻率，以直線連接頻率相同的點形成等值線，以等值線所圍成的等值區域以顏色填充。本發明提出的所述aEEG信號圖像特征重構表示和提取方法中，從所述等高線圖中提取的圖像特征包括紋理特征和顏色特征。本發明提出的所述aEEG信號圖像特征重構表示和提取方法中，所述信號分段步驟中，所述aEEG信號按時長等分。本發明提出的所述aEEG信號圖像特征重構表示和提取方法中，在所述信號分段步驟之前進一步包括：信號預處理步驟：剔除aEEG信號中的無用信號；剔除方式包括手動剔除或根據腦功能狀態監測儀阻值大小自動剔除過大阻值所對應的aEEG信號。本發明的有益效果在于：通過本發明方法繪制等高線圖后，aEEG信號的幅值頻率等高圖中，色澤區分明顯，可以直觀地顯示不同幅值的分布情況，從而幫助醫生更好地界定幅值上下邊界。且根據幅值頻率等高圖，可以進一步提取其圖像特征，包括紋理特征和顏色特征等。圖像特征可以更好地提高自動分類效果，其分類結果在正確率、敏感度以及特異性上都有不同程度的提升。附圖說明圖1是本發明aEEG信號圖像特征重構表示和提取方法的流程示意圖。圖2為正常的新生兒原始aEEG信號圖。圖3為異常的新生兒原始aEEG信號圖。圖4為正常的新生兒aEEG信號的幅值頻率等高圖，段長取100秒。圖5為異常的新生兒aEEG信號的幅值頻率等高圖，段長取100秒。具體實施方式結合以下具體實施例和附圖，對本發明作進一步的詳細說明。實施本發明的過程、條件、實驗方法等，除以下專門提及的內容之外，均為本領域的普遍知識和公知常識，本發明沒有特別限制內容。如圖1所示，本發明aEEG信號圖像特征重構表示和提取方法，包括如下步驟：信號分段步驟：獲取aEEG信號，對aEEG信號幅值半對數化處理及取整運算，并分成多段信號段；等高線圖繪制步驟：統計各所述信號段中不同幅值出現的頻率，連接頻率相同的點，繪制各信號段的等高線圖，合并得到所述aEEG信號的幅值頻率等高圖；圖像特征提取步驟：提取所述等高線圖中的圖像特征。本發明提出的所述aEEG信號圖像特征重構表示和提取方法中，所述等高線圖中，統計信號段中不同幅值出現的頻率，以直線連接頻率相同的點形成等值線，以等值線所圍成的等值區域以顏色填充。本發明提出的所述aEEG信號圖像特征重構表示和提取方法中，從所述等高線圖中提取的圖像特征包括紋理特征和顏色特征。本發明提出的所述aEEG信號圖像特征重構表示和提取方法中，所述信號分段步驟中，所述aEEG信號按時長等分。本發明提出的所述aEEG信號圖像特征重構表示和提取方法中，在所述信號分段步驟之前進一步包括：信號預處理步驟：剔除aEEG信號中的無用信號；剔除方式包括手動剔除或根據腦功能狀態監測儀阻值大小自動剔除過大阻值所對應的aEEG信號。以下結合新生兒aEEG信號為例，具體闡述本發明特征表示和提取方法的具體實施步驟。對由腦功能狀態監測儀記錄的有效新生兒aEEG數據(如圖2和圖3)，經半對數化和取整處理，以固定時長進行信號分段，統計每段信號中各幅值出現的頻率，據此畫出各段幅值頻率等高線圖，加以合并后得到整段信號的幅值頻率等高圖(如圖4和圖5)。進一步可提取等高圖圖像特征，如：等高線圖灰度化后提取其圖像的LBP直方圖特征等。以matlab2012b環境下實施為例，步驟如下：1、數據清洗和篩選，剔除無效信號。腦功能狀態監測儀在監測新生兒腦電時，可能因為電極接觸狀況以及新生兒自身頭部的轉動，產生一些電阻過大的無效信號。剔除這些電阻過大的信號，從而保證實驗數據的有效性。剔除方式可采用手動剔除，或根據腦功能狀態監測儀阻值將過大阻值(如，阻值大于10千歐)所對應的aEEG信號自動剔除。2、將aEEG信號進行幅值半對數化處理并取整。對aEEG幅值進行半對數化處理，即幅值小于10μV保持不變，而對幅值大于10μV的進行對數化處理。對半對數化處理后的數據進行四舍五入取整運算。3、將信號進行無交疊等長分段。可按不同時長對信號進行等長分段。以3小時時長的aEEG信號為例。由于該實施例中所用的腦功能狀態監測儀的aEEG信號采樣率為100Hz，則3小時時長的aEEG包含1080000個數據點。若按100秒每段進行等長無重疊分段，則3小時時長的aEEG可分為108段，每段包含10000個點。通過matlab中tabulate函數統計每段中各個幅值出現的頻率。4、統計各幅值的頻率并繪制幅值頻率等高圖采用matlab中contourf函數對各分段aEEG信號畫出幅值頻率等高圖，然后將各分段幅值頻率等高圖進行合并保存。如圖4、圖5的幅值頻率等高圖所示。取不同分段長度時，幅值頻率等高圖顯示形式不同。5、等高圖灰度化采用matlab中rgb2gray函數灰度化圖像。6、提取等高圖圖像特征該實施例中通過LBP(localbinarypattern)算法對圖像提取LBP直方圖特征。采用3*3的鄰域，共產生58維特征向量，然后送入支持向量機SVM進行分類。表1所示為支持向量機SVM對幅值特征(最大幅值、最小幅值、均值、方差和下邊界)和根據等高圖所得LBP圖像特征的分類結果。表1幅值特征和等高圖LBP特征的SVM分類結果對比特征組正確率敏感度特異性幅值特征89.21％92.99％73.31％LBP特征91.12％93.09％82.87％幅值&LBP特征93.64％97.63％82.07％表1中，aEEG信號的LBP圖像特征整體的分類能力比通常的幅值特征好，在正確率、敏感度以及特異性上都有不同程度的提升。特別地，以幅值特征和LBP圖像特征組合在一起的特征，可使SVM的分類能力有更大的提升，相較于單純的幅值特征，分類正確率提高超過4個百分點。本發明的保護內容不局限于以上實施例。在不背離發明構思的精神和范圍下，本領域技術人員能夠想到的變化和優點都被包括在本發明中，并且以所附的權利要求書為保護范圍。當前第1頁1 2 3