基于EEG预测tDCS治疗强迫症疗效的预测系统、方法、装置、处理器及其存储介质与流程

基于eeg预测tdcs治疗强迫症疗效的预测系统、方法、装置、处理器及其存储介质
技术领域
1.本发明涉及医疗护理技术领域，尤其涉及神经信号处理技术领域，具体是指一种基于eeg预测tdcs治疗强迫症疗效的预测系统、方法、装置、处理器及其计算机可读存储介质。


背景技术：

2.强迫症是一种以反复持久出现强迫思维或强迫行为为基本特征的致残性疾病，在我国的终生患病率为2.4％。强迫症发病年龄早，多在成年早期发病，可导致广泛的社会功能受损。目前，强迫症的一线治疗方法主要包括药物治疗和心理治疗，药物治疗主要为选择性5
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羟色胺再摄取抑制剂类,心理治疗主要为认知行为治疗。但仍有将近40％患者对于这些治疗无反应，并且强迫症的治疗很少带来症状的完全缓解，残留症状和周期性恶化也是治疗中的难点。因此，寻找和优化强迫症的诊疗方法是具有重要价值的。
3.经颅直流电刺激(tdcs)是近年来在精神疾病领域备受关注的神经调控技术之一，由一个直流微电刺激器、一个阴极电极和一个阳极电极组成。将电极置于大脑表面后，刺激器输出1
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2ma的微弱直流电，电流从阳极流动到阴极，形成一个环路。部分电流会被皮肤、颅骨、脑脊液分流，部分电流可到达脑实质，最高2ma持续30分钟的刺激是安全的，通过改变大脑皮层兴奋性的方式改善患者的症状和认知功能。本课题组研究显示tdcs治疗强迫症的有效率约为30％，tdcs的治疗周期为2周，考虑到tdcs治疗的耗时性，如果能够寻找到可靠的在治疗前预测其疗效的指标，将可以提高治疗效率，避免因治疗无效给患者带来额外的痛苦和负担。目前，有一些研究探索了tdcs治疗其他精神疾病的预测指标，比如，基线左侧背外侧前额叶兴奋性可以预测tdcs治疗抑郁症的疗效；左侧颞顶交界处谷氨酸与肌酸的比值可以预测tdcs治疗精神分裂症幻听症状的疗效。但目前尚没有针对tdcs治疗强迫症患者的疗效预测指标的研究。
4.脑电图(eeg)作为常用的神经功能检测技术，可以记录神经元的电活动，能够无创伤地记录整个大脑表层的瞬时大脑活动，具有高时间分辨率的优势，相比于磁共振等技术，可以提供一种简便的临界值检测方法。公开号为cn109924973a的专利申请公开了“一种基于gbdt模型的癫痫前期eeg信号识别方法与云端系统”,通过eeg信号以及机器学习方法预测病人是否处于癫痫前状态。但目前尚未有eeg预测tdcs治疗强迫症疗效的方法。


技术实现要素：

5.本发明的目的是克服了上述现有技术的缺点，提供了一种能够方便快速识别出应用tdcs治疗疗效的基于eeg预测tdcs治疗强迫症疗效的预测系统、方法、装置、处理器及其计算机可读存储介质。
6.为了实现上述目的，本发明的基于eeg预测tdcs治疗强迫症疗效的预测系统、方法、装置、处理器及其计算机可读存储介质如下：
7.该基于eeg预测tdcs治疗强迫症疗效的预测系统，其主要特点是，所述的系统包括：
8.数据采集处理模块，用于采集特定环境下受试者的静息态eeg数据；
9.数据预处理模块，与所述的数据采集处理模块相连接，用于对采集到的所述的eeg数据进行滤波处理，并去除包含伪迹的eeg信号；
10.数据频谱分析处理模块，与所述的数据预处理模块相连接，用于使用快速傅里叶变换将eeg时域信号转化为频域信号，将所述的频域信号按照不同频段进行划分，并将感兴趣区的功率按照国际导联系统命名的电极通过计算平均值的方式得到；以及
11.疗效预测处理模块，与所述的数据频谱分析处理模块相连接，用于提取所述的感兴趣区在不同频段中的平均功率，并根据受试者特性曲线与最佳临界点的比较关系，判断tdcs治疗的疗效预测情况。
12.较佳地，所述的数据频谱分析处理模块中的频域信号按照以下频段进行划分：
13.包括delta(1～4hz)，theta(5～7hz)，alpha(8～13hz)，beta(14～30hz)以及gamma(30～60hz)5个频段。
14.较佳地，所述的国际导联系统命名的电极具体包括：
15.fp1，fpz，fp2，af3，af4，af7以及af8电极。
16.该利用上述系统实现基于eeg预测tdcs治疗强迫症疗效的预测方法，其主要特点是，所述的方法包括以下步骤：
17.(1)采集特定采样条件下受试者在特定环境下的静息态eeg数据；
18.(2)对采集到的静息态eeg数据进行去除伪迹的数据预处理，获取不含伪迹的eeg个体信号；
19.(3)使用快速傅里叶变换将eeg时域信号转化为按照不同频段分布的频域信号，并获取感兴趣区的功率值；
20.(4)提取所述的计算感兴趣区的功率值并将其输入至所述的疗效预测处理模块中进行tdcs治疗疗效的预测处理。
21.较佳地，所述的步骤(1)具体包括以下步骤：
22.(1.1)设置数据采样率为1000hz，在线参考电极为cpz，降阻标准为10kω以下，采集时长为5分钟；
23.(1.2)在受试者安静的状态下，采集对应10
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20国际脑电系统的64导脑电帽的电极数据。
24.尤佳地，所述的步骤(2)具体包括以下步骤：
25.(2.1)去除64导脑电帽中包含的眼电电极信号；
26.(2.2)使用1hz的高通滤波和100hz的低通滤波，以及48～52hz的陷波去除系统工频干扰；
27.(2.3)将所述的静息态eeg数据以2秒分段，人工检查其中含有明显伪迹的分段并将其去除，并对噪声较大的导联进行插值计算；
28.(2.4)使用独立成分分析得到独立的静息态eeg数据统计分量，并去除其中包括眨眼、水平眼动、心电、肌肉伪迹的非神经源信号，以获取不含伪迹的eeg个体信号。
29.更佳地，所述的步骤(3)具体包括以下步骤：
30.(3.1)利用快速傅里叶变换将eeg时域信号转化为按照delta(1～4hz)，theta(5～7hz)，alpha(8～13hz)，beta(14～30hz)以及gamma(30～60hz)5个频段划分的频域信号；
31.(3.2)将前额叶电极作为感兴趣区，并通过计算fp1，fpz，fp2，af3，af4，af7以及af8电极的平均值，以获取前额叶电极的平均功率。
32.较佳地，所述的步骤(4)具体包括以下步骤：
33.(4.1)将所述的前额叶电极的平均功率输入至所述的疗效预测处理模块中进行数据处理；
34.(4.2)将所述的疗效预测处理模块的输出值与系统临界点进行比较；
35.(4.3)根据比较结果，以此判断采用tdcs治疗的疗效情况。
36.该用于实现基于eeg预测tdcs治疗强迫症疗效的预测装置，其主要特点是，所述的装置包括：
37.处理器，被配置成执行计算机可执行指令；
38.存储器，存储一个或多个计算机可执行指令，所述计算机可执行指令被所述处理器执行时，实现上述所述的基于eeg预测tdcs治疗强迫症疗效的预测方法的各个步骤。
39.该基于eeg预测tdcs治疗强迫症疗效的预测处理器，其主要特点是，所述的处理器被配置成执行计算机可执行指令，所述的计算机可执行指令被所述的处理器执行时，实现上述所述的基于eeg预测tdcs治疗强迫症疗效的预测方法的各个步骤。
40.该计算机可读存储介质，其主要特点是，其上存储有计算机程序，所述的计算机程序可被处理器执行以实现上述所述的基于eeg预测tdcs治疗强迫症疗效的预测方法的各个步骤。
41.采用了本发明的该基于eeg预测tdcs治疗强迫症疗效的预测系统、方法、装置、处理器及其计算机可读存储介质，首创使用基于eeg的tdcs治疗强迫症的疗效预测方法，其灵敏度为71.43％，特异性可达100.00％，算法准确性高，为强迫症治疗方法的选择提供更加实用的临床工具，有助于解决临床诊疗过程中治疗方法选择困难这一关键问题。并且，由于脑电是一种客观且稳定的生物标志物，与临床他人评量表相比，不受评估者主观态度的影响；与自评量表相比，无需患者对既往症状进行回顾，避免了回忆偏倚，更有利于应用和推广。
42.同时，模型构建中采用频谱分析的方法对脑电数据进行分析，与神经心理过程相对应，将算法与临床意义相结合，相比于磁共振等检测方法，使用脑电进行临界值检测更加直接和便捷，增加了临床的可用性具有临床应用价值。
附图说明
43.图1为本发明的脑电预测tdcs治疗强迫症疗效的分析路径示意图。
44.图2为本发明的脑电采集的电极名称与分布图。
具体实施方式
45.为了能够更清楚地描述本发明的技术内容，下面结合具体实施例来进行进一步的描述。
46.在详细说明根据本发明的实施例前，应该注意到的是，在下文中，术语“包括”、“包
含”或任何其他变体旨在涵盖非排他性的包含，由此使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包含这些要素，而且还包含没有明确列出的其他要素，或者为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
47.请参阅图1所示，该基于eeg预测tdcs治疗强迫症疗效的预测系统，其中，所述的系统包括：
48.数据采集处理模块，用于采集特定环境下受试者的静息态eeg数据；
49.数据预处理模块，与所述的数据采集处理模块相连接，用于对采集到的所述的eeg数据进行滤波处理，并去除包含伪迹的eeg信号；
50.数据频谱分析处理模块，与所述的数据预处理模块相连接，用于使用快速傅里叶变换将eeg时域信号转化为频域信号，将所述的频域信号按照不同频段进行划分，并将感兴趣区的功率按照国际导联系统命名的电极通过计算平均值的方式得到；以及
51.疗效预测处理模块，与所述的数据频谱分析处理模块相连接，用于提取所述的感兴趣区在不同频段中的平均功率，并根据受试者特性曲线与最佳临界点的比较关系，判断tdcs治疗的疗效预测情况。
52.作为本发明的优选实施方式，所述的数据频谱分析处理模块中的频域信号按照以下频段进行划分：
53.包括delta(1～4hz)，theta(5～7hz)，alpha(8～13hz)，beta(14～30hz)以及gamma(30～60hz)5个频段。
54.作为本发明的优选实施方式，所述的国际导联系统命名的电极具体包括：
55.fp1，fpz，fp2，af3，af4，af7以及af8电极。
56.该利用上述系统实现基于eeg预测tdcs治疗强迫症疗效的预测方法，其中，所述的方法包括以下步骤：
57.(1)采集特定采样条件下受试者在特定环境下的静息态eeg数据；
58.(2)对采集到的静息态eeg数据进行去除伪迹的数据预处理，获取不含伪迹的eeg个体信号；
59.(3)使用快速傅里叶变换将eeg时域信号转化为按照不同频段分布的频域信号，并获取感兴趣区的功率值；
60.(4)提取所述的计算感兴趣区的功率值并将其输入至所述的疗效预测处理模块中进行tdcs治疗疗效的预测处理。
61.作为本发明的优选实施方式，所述的步骤(1)具体包括以下步骤：
62.(1.1)设置数据采样率为1000hz，在线参考电极为cpz，降阻标准为10kω以下，采集时长为5分钟；
63.(1.2)在受试者安静的状态下，采集对应10
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20国际脑电系统的64导脑电帽的电极数据。
64.作为本发明的优选实施方式，所述的步骤(2)具体包括以下步骤：
65.(2.1)去除64导脑电帽中包含的眼电电极信号；
66.(2.2)使用1hz的高通滤波和100hz的低通滤波，以及48～52hz的陷波去除系统工频干扰；
67.(2.3)将所述的静息态eeg数据以2秒分段，人工检查其中含有明显伪迹的分段并
将其去除，并对噪声较大的导联进行插值计算；
68.(2.4)使用独立成分分析得到独立的静息态eeg数据统计分量，并去除其中包括眨眼、水平眼动、心电、肌肉伪迹的非神经源信号，以获取不含伪迹的eeg个体信号。
69.作为本发明的优选实施方式，所述的步骤(3)具体包括以下步骤：
70.(3.1)利用快速傅里叶变换将eeg时域信号转化为按照delta(1～4hz)，theta(5～7hz)，alpha(8～13hz)，beta(14～30hz)以及gamma(30～60hz)5个频段划分的频域信号；
71.(3.2)将前额叶电极作为感兴趣区，并通过计算fp1，fpz，fp2，af3，af4，af7以及af8电极的平均值，以获取前额叶电极的平均功率。
72.作为本发明的优选实施方式，所述的步骤(4)具体包括以下步骤：
73.(4.1)将所述的前额叶电极的平均功率输入至所述的疗效预测处理模块中进行数据处理；
74.(4.2)将所述的疗效预测处理模块的输出值与系统临界点进行比较；
75.(4.3)根据比较结果，以此判断采用tdcs治疗的疗效情况。
76.该用于实现基于eeg预测tdcs治疗强迫症疗效的预测装置，其中，所述的装置包括：
77.处理器，被配置成执行计算机可执行指令；
78.存储器，存储一个或多个计算机可执行指令，所述计算机可执行指令被所述处理器执行时，实现上述所述的基于eeg预测tdcs治疗强迫症疗效的预测方法的各个步骤。
79.该基于eeg预测tdcs治疗强迫症疗效的预测处理器，其中，所述的处理器被配置成执行计算机可执行指令，所述的计算机可执行指令被所述的处理器执行时，实现上述所述的基于eeg预测tdcs治疗强迫症疗效的预测方法的各个步骤。
80.该计算机可读存储介质，其中，其上存储有计算机程序，所述的计算机程序可被处理器执行以实现上述所述的基于eeg预测tdcs治疗强迫症疗效的预测方法的各个步骤。
81.在本发明的一具体实施方式中，本发明的该基于eeg预测tdcs治疗强迫症的疗效方法具体流程如下：
82.1.eeg数据采集：在单独、安静的房间中记录5分钟闭眼静息态eeg数据，采用ant neuro的脑电设备，包括waveguard ca
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200 64导脑电电极帽、eego信号放大器、以及一台搭载eego软件的笔记本电脑用来记录脑电信号。采样率为1000hz，在线参考电极为cpz，降阻标准为10kω以下。
83.其中，64导脑电电极帽具体为10～20国际脑电系统的64导脑电帽，各个电极位置及名称如图2所示。
84.2.eeg数据预处理：去除眼电电极信号，重参考至全脑平均水平，使用1hz的高通滤波和100hz的低通滤波，以及48～52hz的陷波以去除工频干扰的影响。将静息态eeg数据以2秒分段，人工检查其中含有明显伪迹的分段并将其去除，对噪声较大的导联进行插值计算。使用独立成分分析得到独立的统计分量，去除其中的眨眼、水平眼动、心电、肌肉伪迹等非神经源信号，最终得到不含伪迹的eeg信号。
85.3.eeg频谱分析：使用快速傅里叶变换将eeg时域信号转化为频域信号，并分为delta(1～4hz)，theta(5～7hz)，alpha(8～13hz)，beta(14～30hz)，gamma(30～60hz)5个频段。选择前额叶电极，即fp1,fpz,fp2,af3,af4,af7和af8电极(电极名称根据10
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20国际
导联系统，见附图2)作为感兴趣区，其各频段功率由7个电极的平均值计算得到。
86.4.疗效预测：将前额叶电极不同频段功率作为输入，tdcs治疗后疗效作为输出，构建预测模型，采用受试者工作特质曲线及曲线下面积评估模型的效果，前额叶电极alpha功率作为预测因子的灵敏度为71.43％，特异性为100.00％，曲线下面积为0.865，最佳临界点为0.714。
87.该流程具体为：将提取的前额叶电极平均功率输入所述的疗效预测处理模块，将输出值与最佳临界点比较，以此来判断tdcs治疗可能的疗效情况。
88.流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
89.应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行装置执行的软件或固件来实现。
90.本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成的，程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
91.此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
92.上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
93.在本说明书的描述中，参考术语“一实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
94.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
95.采用了本发明的该基于eeg预测tdcs治疗强迫症疗效的预测系统、方法、装置、处理器及其计算机可读存储介质，首创使用基于eeg的tdcs治疗强迫症的疗效预测方法，其灵敏度为71.43％，特异性可达100.00％，算法准确性高，为强迫症治疗方法的选择提供更加实用的临床工具，有助于解决临床诊疗过程中治疗方法选择困难这一关键问题。并且，由于脑电是一种客观且稳定的生物标志物，与临床他人评量表相比，不受评估者主观态度的影响；与自评量表相比，无需患者对既往症状进行回顾，避免了回忆偏倚，更有利于应用和推广。
96.同时，模型构建中采用频谱分析的方法对脑电数据进行分析，与神经心理过程相对应，将算法与临床意义相结合，相比于磁共振等检测方法，使用脑电进行临界值检测更加直接和便捷，增加了临床的可用性具有临床应用价值。
97.在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。