基于大众外包方法的纺锤波检测可行性分析

摘要

睡眠纺锤波（Spindle）是非快速眼动睡眠（NREM）N2阶段的标志，它的频率范围为11~16Hz，产生时间大于0.5秒，振幅先增大后减小，形状类似于梭子。纺锤波在人的记忆和智力的机制研究中，以及在一些精神类疾病的临床诊断上都有重要作用。到目前为止，纺锤波自动检测算法层出不穷，而基于肉眼观测的手动划分一直以来都是准确率最高的方法，同时专家的肉眼手动划分被称为纺锤波检测的金标准，但是专家一般需要经过专业培训而且很难找到，所以本文通过大众外包的方法获得了大量非专家标记的纺锤波数据集，然后得到非专家组的标准，并将其与专家组的金标准进行对比，来看看是否可以通过非专家组的标准来代替专家组的金标准。
　　在进行本文的实验之前，我们需要采集并选取一些实验所用的睡眠脑电数据。在采集脑电数据之前，需要被试填写一些量表来对被试近期的情绪、睡眠以及其他情况进行简要评估，所以开发了在线睡眠研究问卷调查系统。该系统代替了传统的纸质问卷调查，一方面使得作用范围更广、速度更快，另一方面可以节省很大的人力、财力、物力和时间，而且可以将调查的数据全部存储于计算机中，以便随时使用。
　　由于一个人一晚上的睡眠脑电数据量很大，而且本研究是通过大众外包的方法来标记纺锤波的，所以参与标记纺锤波的被试会很多，因此最终需要处理的数据量会很大。如果采用MATLAB离线方式来标记纺锤波的话，后期数据统计和数据处理都会比较繁琐，所以开发了基于WEB的在线检测纺锤波系统。那么只需要被试身边有一台电脑就可以在线标记纺锤波，然后将标记的结果存储到远程数据库。
　　对专家组和非专家组通过在线检测纺锤波系统标记的数据集进行分析，可以得到以下结论：对于专家组来说，组阈值T-group为0.3和重叠阈值T-overlap为0.45时，此时专家组金标准是最优的。所有的专家与专家组金标准比较，其平均表现为0.84007±0.023（均值±方差），这表明每位专家与专家组金标准具有较好的一致性。对于非专家组来说，组阈值T-group为0.35和重叠阈值T-overlap为0.3时，非专家组标准是最优的。所有的非专家与非专家组标准进行比较，其平均表现为0.7246±0.1008（均值±方差），显然与专家组的平均表现相比，非专家组平均表现的均值变小，方差变大。这说明非专家之间的一致性不如专家的高。非专家组标准与专家组金标准比较的F1值为0.7557，也就是说虽然非专家之间的一致性没有专家之间的高，但是非专家组标准与专家组金标准的差别程度还是可以接受的，即由非专家组标准代替专家组标准可行的。同时还将非专家组标准和RMS自动检测算法进行对比，发现非专家组标准是优于RMS自动算法的。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

插图索引

表格索引

符号对照表

缩略语对照表

目录

第一章 绪论

1.1引言

1.2睡眠纺锤波介绍

1.3研究现状

1.4本研究内容和框架

第二章 睡眠脑电信号的处理方法

2.1睡眠简介

2.2睡眠脑电信号

2.3手动识别纺锤波

第三章 在线睡眠研究问卷调查系统的开发

3.1引言

3.2研究背景

3.3问卷系统的设计

3.4问卷系统的实现

3.5本章小结

第四章 在线检测纺锤波系统的开发

4.1研究背景

4.2系统开发相关知识

4.3系统的设计与实现

4.4本章小结

第五章 纺锤波检测方法可行性分析

5.1实验过程

5.2数据分析

5.3实验结果

5.4本章小结

第六章 研究总结和未来展望

6.1工作总结

6.2研究的不足及展望

参考文献

致谢

作者简介