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研究目的:颞叶癫痫EEG的δ频段是与癫痫发作相关的特征频段,鉴于以往的研究尚未发现在癫痫发作间歇期EEG在δ频段存在过度放电传导的功能网络。本论文基于频域多通道Granger因果分析,研究颞叶癫痫发作间歇期的痫样放电EEG在δ频段的过度放电的功能网络,为研究颞叶癫痫发病的过度放电机制提供支持。
研究方法:
1.实验数据:数据来自天津市神经病学研究所,分别来自9名颞叶癫痫患者在发作间歇期的痫样放电、非痫样放电以及9名正常对照受试者。每名受试者分别记录10段各20s的16通道EEG信号。
2.数据预处理:分为三组:癫痫发作间歇期痫样放电组;非痫样放电组;正常对照组。从每个通道原始EEG中分别减去相应的趋势拟合项,获得零均值的EEG;同时去除伪迹和工频干扰。
3.应用短时傅里叶变换对各个通道的EEG进行时频分析,计算每段数据16通道的平均EEG能量在不同频域的分布,获取能量分布集中的频段范围。
4.应用带通滤波获取EEG的各频段的分量,其中δ分量频域在(0.5~4Hz)。
5.基于多变量频域Granger因果方法研究EEGs信号在δ频段的功能连接网络
应用多变量自回归(MultivariateAutoregressive,MVAR)模型的频域Granger因果分析,计算9名颞叶癫痫患者10次痫样放电的EEGs在δ频段分量的因果关系,重点分析在病灶区(左颞叶癫痫:T3、T5,左颞叶癫痫:T4、T6)与额区(Fp1、Fp2、F3、F4)和顶区(C3、C4)之间的因果关系,包括:
(1)定向传递函数(DirectedTransferFunction,DTF)
计算每名患者10次DTF平均值γδ。为了比较痫样放电组与非痫样放电组、正常对照组δ频段因果网络的功能连接,同时对9名正常对照组和2名非痫样放电组各10次EEGs计算了DTF平均值γδ。
(2)直接因果(DirectCausality,DC)
应用直接因果(DC)检测方法,计算每段数据的DC值来评估16个记录点之间EEG因果关系的真伪,获得其因果关系网络连接。
(3)计算16个记录点在因果关系中的BC(BetweennessCentrality)值分别计算16通道EEG各个记录点对T5/T6的BC值,检测在三种状态下,在EEGδ频段因果网络连接中的与T5/T6有重要传导作用的记录点。
研究结果:
1.颞叶癫痫发作间歇期痫样放电状态下,多通道EEGs能量主要集中在0.5~15Hz范围中,包括δ频段(0.5~4Hz),θ频段(5~8Hz),α频段(9~12Hz),β频段(13~30Hz)。
2.在EEG的δ频段
(1)DTF
颞叶癫痫发作间歇期痫样放电组,从下颞叶(左:T5,右:T6)到额区、顶区在δ频段的DTF值γδ在网络中最大:6名左颞叶癫痫(从T5到额区、顶区)γδ范围:0.1323±0.0329~0.1670±0.0289;3名右颞叶癫痫(从T6到额区、顶区)γδ范围:0.1383±0.0204~0.1633±0.0431;
与以上结果对比,9名正常对照组,下颞叶T5/T6到额区、顶区之间的γδ的范围在0.013240.0029~0.0197±0.0024。2名非痫样放电组下颞叶T5/T6到额区、顶区之间的γδ的范围在0.0217±0.0087~0.0757±0.0074。
(2)DC检测
应用DC检测评估因果关系的真伪,经DC检测剔除了伪因果关系,真因果关系的D值在0.0571~0.1774。
(3)BC
以病灶T5/T6为基准点,痫样放电组经BC检测得到受影响度最大的节点在额区(Fp1、Fp2、F3、F4),其BC值在0.5~0.67;正常对照组的BC值在0~0.02;非痫样放电组的BC值在0~0.12。
3.与EEG的θ、α、β频段相比
在颞叶癫痫发作间歇期痫样放电时,EEGsθ、α频段的下颞叶(左:T5,右:T6)到额区、顶区的DTF值γ在0.1346±0.0118~0.1741±0.0111,受影响度最大的节点在额区(Fp1、Fp2、F3、F4),其BC值在0.5~0.66,与EEGδ频段相比,因果网络连接在同一水平上。
EEGsβ频段,DTF值在0.1374±0.0133~0.1677±0.0112。
研究结论:
1.在癫痫发作痫样放电状态下,EEGs在δ频段由病灶下颞叶区(T5/T6)传递到额区和顶区,在下颞叶区与额区、顶区之间存在有功能连接的网络。连接水平与EEGs在θ、α频段一致。
2.正常对照组,EEGs在δ频段不存在功能连接网络。
3.非痫样放电组,EEGs在δ频段在下颞叶区与额区、顶区之间连接较弱,网络功能弱。
4.在癫痫发作痫样放电状态下,EEGs在θ、α频段也存在较强连接,其网络连接水平与δ频段网络一致。EEGs在β频段不存在功能连接网络。