Convolutional neural network-based lightweight hardware IP core design for EEG epilepsy prediction

计算机科学 卷积神经网络 发作性 计算机硬件 癫痫 脑电图 特征(语言学) 延迟(音频) 实时计算 模式识别(心理学) 人工智能 嵌入式系统 医学 电信 语言学 哲学 精神科
作者
Guangpeng Ai,Yuejun Zhang,Yongzhong Wen,Minghong Gu,Huihong Zhang,Pengjun Wang
标识
DOI:10.1016/j.mejo.2023.105810
摘要

Epilepsy is one of the most common neurological disorders. In order to realize a portable and wearable epilepsy prediction device, a lightweight hardware IP core is proposed for EEG epilepsy prediction. The scheme first analyzes the epileptic EEG signal and extracts the time-frequency feature maps of interictal and preictal EEG signals. Then it reduces the network parameters using the single-channel approach to reduce the number of neurons and network complexity, and trains the lightweight epilepsy prediction convolutional neural network by combining the time-frequency feature maps. Finally, a hardware convolutional layer is designed with pipeline function, and it connect 8 layers with feature map buffer to realizes the lightweight EEG epilepsy prediction hardware IP core. Using TSMC 65 nm process, the hardware IP core is functionally verified with 87.9% prediction accuracy. The area is 2.55 mm2 and the power is 4.45 mW. Under 1V & 20 MHz operating conditions, single prediction latency is 3.29 ms and energy efficiency is 0.146 μJ/class.
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