SQNN: a spike-wave index quantification neural network with a pre-labeling algorithm for epileptiform activity identification and quantification in children

计算机科学 脑电图 模式识别(心理学) 人工智能 Spike(软件开发) 信号(编程语言) 鉴定(生物学) 语音识别 神经科学 植物 生物 软件工程 程序设计语言
作者
Yang Yu,Yehong Chen,Yuanxiang Li,Zaifen Gao,Zhongtao Gai,Ye Zhou
出处
期刊:Journal of Neural Engineering [IOP Publishing]
卷期号:19 (1): 016040-016040 被引量:1
标识
DOI:10.1088/1741-2552/ac542e
摘要

Objective.Electrical status epilepticus during slow sleep (ESES) is a phenomenon identified by strong activation of epileptiform activity in the electroencephalogram (EEG) during sleep. For children disturbed by ESES, spike-wave index (SWI) is defined to quantify the epileptiform activity in the EEG during sleep. Accurate SWI quantification is important for clinical diagnosis and prognosis. To quantify SWI automatically, a deep learning method is proposed in this paper.Approach.Firstly, a pre-labeling algorithm (PreLA) composed of the adaptive wavelet enhanced decomposition and a slow-wave discrimination rule is designed to efficiently label the EEG signal. It enables the collection of large-scale EEG dataset with fine-grained labels. Then, an SWI quantification neural network (SQNN) is constructed to accurately classify each sample point as normal or abnormal and to identify the abnormal events. SWI can be calculated automatically based on the total duration of abnormalities and the length of the signal.Main results.Experiments on two datasets demonstrate that the PreLA is effective and robust for labeling the EEG data and the SQNN accurately and reliably quantifies SWI without using any thresholds. The average estimation error of SWI is 3.12%, indicating that our method is more accurate and robust than experts and previous related works. The processing speed of SQNN is 100 times faster than that of experts.Significance.Deep learning provides a novel approach to automatic SWI quantification and PreLA provides an easy way to label the EEG data with ESES syndromes. The results of the experiments indicate that the proposed method has a high potential for clinical diagnosis and prognosis of epilepsy in children.
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