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基于机器学习的脑电病理学诊断

机器学习(Machine learning, ML)方法有可能实现临床脑电(Electroencephalography, EEG)分析的自动化。它们可以分为基于特征的方法(使用手工制作的特征)和端到端的方法(使用学习的特征)。以往对EEG病理解码的研究通常分析了有限数量的特征、解码器或两者兼而有之。对于I)更详细的基于特征的EEG分析,以及II)两种方法的深入比较,我们首先开发了一个全面的基于特征的框架,然后将该框架与最先进的端到端方法进行比较。为此,我们将提出的基于特征的框架和深度神经网络(包括EEG优化的时间卷积网络(temporal convolutional network, TCN))应用于病理性和非病理性EEG分类。为了进行强有力的比较,我们选择了天普大学医院(Temple University Hospital, TUH)的异常EEG语料库(2.0.0版),其中包含大约3000个EEG记录。结果表明,所提出的基于特征的解码框架可以达到与现有深度神经网络相同的精度。我们发现这两种方法的准确率都在81%到86%的范围内。此外,可视化和分析表明,这两种方法使用了相似的数据方面,例如,在颞叶电极位置处的delta和theta波段功率。我们认为,由于临床标签之间的不完全一致性,目前的二值EEG病理解码器的准确率可能达到90%左右,并且这种解码器已经在临床上有用,例如在临床EEG专家很少的领域。我们提出的基于特征的框架是开源的,从而为EEG机器学习研究提供了一个新的工具。本文发表在Neuroimage杂志。

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