1.基于EMD与WPD特征融合的癫痫发作前期预测系统,其特征在于包括如下模块:数据预处理及第一特征提取模块:
EEG信号的类别划分及样本切割,并对每个样本进行经验模态分解,再对分解得到的第一个本征模函数进行分析,从中提取基于FIMF的特征,包含能量、能量比和方差;
第二特征提取模块:
对数据预处理模块得到的第一个本征模函数进行四层小波包分解,得到最后一层16个结点的小波包系数,从中提取基于FIMF‑WPD的偏态和能量的特征;
分类模块:
融合基于FIMF与FIMF‑WPD的特征,并采用随机森林算法对融合后的特征训练分类器,构建癫痫发作前期的预测模型;
数据预处理及第一特征提取模块具体方法如下:
1‑1.对EEG信号进行类别的划分;将发作前一小时的信号分割:发作前60分钟至发作前
40分钟,记为Pre‑1类;发作前40分钟至发作前20分钟,记为Pre‑2类;发作前20分钟至发作初始时刻,记为Pre‑3类;将发作时期记为Seizure类,发作间期记为Interictal类;
1‑2.将每类信号切割成小样本;每个样本信号x为2秒一帧,其中帧重叠为50%;针对多通道EEG信号,对每一个通道i的EEG信号进行经验模态分解,得到多个本征模函数,仅取第一个本征模函数FIMF,记为c1(n);
1‑3.通过如下公式计算FIMF的信号能量其中EFIMF表示FIMF的信号能量,c1(n)为FIMF,N为输入信号的帧长;
1‑4.通过如下公式计算FIMF的信号能量与输入信号的能量比值其中Er表示FIMF的信号能量与输入信号的能量比值,c1(n)为FIMF,x(n)为输入的信号,N为输入信号的帧长;
1‑5.通过如下公式计算FIMF的信号方差其中σ表示FIMF的信号方差,为FIMF的均值,N为输入信号的帧长;
1‑6.由于每个样本包含M个通道,因此对每个样本而言,EFIMF,Er,σ均为M维向量,三者级联构成了(3*M)维的基于FIMF的特征向量;
特征提取模块具体实现如下:
2‑1.对第一个本征模函数进行四层小波包分解,得到第四层的16个结点不同频段的小波包系数yp,其中p=1,2,...,16;
2‑2.通过如下公式计算第四层的小波包系数的偏态其中Sp表示第四层的小波包系数的偏态,yp(k)为第p个子频段重构后的信号(p=1,
2,...,16), 为yp(k)的均值,σp为yp(k)的标准差,K表示每个子频段包含的点数;
2‑3.通过如下公式计算第四层的小波包系数的能量其中Ep表示第四层的小波包系数的能量,yp(k)为第p个子频段重构后的信号(p=1,
2,...,16),K表示每个子频段包含的点数;
2‑4.由于每个样本包含M个通道,且小波包分解后的第四层有16个频段,因此对每个样本而言,Sp和Ep均为(16*M)维向量,二者级联构成(32*M)维的基于FIMF‑WPD的特征向量。
2.根据权利要求1所述的基于EMD与WPD特征融合的癫痫发作前期预测系统,其特征在于分类模块所述的融合基于FIMF与FIMF‑WPD的特征,并采用随机森林算法对融合后的特征训练分类器,构建癫痫发作前期的预测模型,具体方法如下:
3‑1.将数据预处理及第一特征提取模块得到的基于FIMF的特征和第二特征提取模块得到的基于FIMF‑WPD的特征通过级联法融合起来,最终每个样本提取的特征为(3*M+32*M)维的向量;L个训练样本特征构成L行(35*M)列的特征矩阵,将其作为随机森林分类器的输入;
3‑2.通过调节随机森林决策树的参数构建最优的分类器模型;针对任意测试样本,采用前述数据预处理及第一特征提取模块,第二特征提取模块提取基于FIMF与FIMF‑WPD的特征,并基于所构建的随机森林分类器计算预测结果。