Epilepsy Seizure Prediction on EEG Using Common Spatial Pattern and Convolutional Neural Network

发作性 计算机科学 卷积神经网络 人工智能 癫痫 脑电图 模式识别(心理学) 特征(语言学) 癫痫发作 灵敏度(控制系统) 深度学习 语音识别 心理学 神经科学 工程类 哲学 语言学 电子工程
作者
Yuwei Zhang,Yao Guo,Po Yang,Wei Chen,Benny Lo
出处
期刊:IEEE Journal of Biomedical and Health Informatics [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:24 (2): 465-474 被引量:159
标识
DOI:10.1109/jbhi.2019.2933046
摘要

Epilepsy seizure prediction paves the way of timely warning for patients to take more active and effective intervention measures. Compared to seizure detection that only identifies the inter-ictal state and the ictal state, far fewer researches have been conducted on seizure prediction because the high similarity makes it challenging to distinguish between the pre-ictal state and the inter-ictal state. In this paper, a novel solution on seizure prediction is proposed using common spatial pattern (CSP) and convolutional neural network (CNN). Firstly, artificial preictal EEG signals based on the original ones are generated by combining the segmented pre-ictal signals to solve the trial imbalance problem between the two states. Secondly, a feature extractor employing wavelet packet decomposition and CSP is designed to extract the distinguishing features in both the time domain and the frequency domain. It can improve overall accuracy while reducing the training time. Finally, a shallow CNN is applied to discriminate between the pre-ictal state and the inter-ictal state. Our proposed solution is evaluated on 23 patients' data from Boston Children's Hospital-MIT scalp EEG dataset by employing a leave-one-out cross-validation, and it achieves a sensitivity of 92.2% and false prediction rate of 0.12/h. Experimental result demonstrates that the proposed approach outperforms most state-of-the-art methods.
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