Since epileptic seizure is unpredictable and paroxysmal, an automatic system for seizure detecting could be of great significance and assistance to patients and medical staff. In this paper, a novel method is proposed for multichannel patient-specific seizure detection applying the earth mover's distance (EMD) in scalp EEG. Firstly, the wavelet decomposition is executed to the original EEGs with five scales, the scale 3, 4 and 5 are selected and transformed into histograms and afterwards the distances between histograms in pairs are computed applying the earth mover's distance as effective features. Then, the EMD features are sent to the classifier based on the Bayesian linear discriminant analysis (BLDA) for classification, and an efficient postprocessing procedure is applied to improve the detection system precision, finally. To evaluate the performance of the proposed method, the CHB-MIT scalp EEG database with 958 h EEG recordings from 23 epileptic patients is used and a relatively satisfactory detection rate is achieved with the average sensitivity of 95.65% and false detection rate of 0.68/h. The good performance of this algorithm indicates the potential application for seizure monitoring in clinical practice.
Kim, Sunhee;Choi, Yun Seo;Choi, Kanghyun;Lee, Jiseon;Lee, Byung-Uk;Lee, Hyang Woon;Lee, Seungjun
대한의용생체공학회:의공학회지
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제36권5호
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pp.169-176
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2015
Implantable closed-loop epilepsy controllers require ideally both accurate epileptic seizure detection and low power consumption. On-chip oscillators can be used in implantable devices because they consume less power than other oscillators such as crystal oscillators. In this study, we investigated the tolerable error range of a lower power on-chip oscillator without losing the accuracy of seizure detection. We used 24 ictal and 14 interictal intracranial electroencephalographic segments recorded from epilepsy surgery patients. The performance variations with respect to oscillator frequency errors were estimated in terms of specificity, modified sensitivity, and detection timing difference of seizure onset using Generic Osorio Frei Algorithm. The frequency errors of on-chip oscillators were set at ${\pm}10%$ as the worst case. Our results showed that an oscillator error of ${\pm}10%$ affected both specificity and modified sensitivity by less than 3%. In addition, seizure onsets were detected with errors earlier or later than without errors and the average detection timing difference varied within less than 0.5 s range. The results suggest that on-chip oscillators could be useful for low-power implantable devices without error compensation circuitry requiring significant additional power. These findings could help the design of closed-loop systems with a seizure detector and automated stimulators for intractable epilepsy patients.
Epilepsy is one of the most prevalent neurological diseases. Electroencephalogram (EEG) signals are widely used for monitoring and diagnosis tool for epileptic seizure. Typically, a huge amount of EEG signals is needed, where they are visually examined by experienced clinicians. In this study, we propose a simple automatic seizure detection framework using intracranial EEG signals. We suggest a sparse approximation based classification (SAC) scheme by solving overdetermined system. L1-norm minimization algorithms are utilized for efficient sparse signal recovery. For evaluation of the proposed scheme, the public EEG dataset obtained by five healthy subjects and five epileptic patients is utilized. The results show that the proposed fast L1-norm minimization based SAC methods achieve the 99.5% classification accuracy which is 1% improved result than the conventional L2 norm based method with negligibly increased execution time (42msec).
Long-term electroencephalography (EEG) monitoring is time-consuming, and requires experts to interpret EEG signals to detect seizures in patients. In this paper, we propose a novel automated method called adaptive slope of wavelet coefficient counts over various thresholds (ASCOT) to classify patient episodes as seizure waveforms. ASCOT involves extracting the feature matrix by calculating the mean slope of wavelet coefficient counts over various thresholds in each frequency subband. We validated our method using our own database and a public database to avoid overtuning. The experimental results show that the proposed method achieved a reliable and promising accuracy in both our own database (98.93%) and the public database (99.78%). Finally, we evaluated the performance of the method considering various window sizes. In conclusion, the proposed method achieved a reliable seizure detection performance with a short-term window size. Therefore, our method can be utilized to interpret long-term EEG results and detect momentary seizure waveforms in diagnostic systems.
Manually reviewing electroencephalograms (EEGs) is labor-intensive and demands automated seizure detection systems. To construct an efficient and robust event detector for experimental seizures from continuous EEG monitoring, we combined spectral analysis and deep neural networks. A deep neural network was trained to discriminate periodograms of 5-sec EEG segments from annotated convulsive seizures and the pre- and post-EEG segments. To use the entire EEG for training, a second network was trained with non-seizure EEGs that were misclassified as seizures by the first network. By sequentially applying the dual deep neural networks and simple pre- and post-processing, our autodetector identified all seizure events in 4,272 h of test EEG traces, with only 6 false positive events, corresponding to 100% sensitivity and 98% positive predictive value. Moreover, with pre-processing to reduce the computational burden, scanning and classifying 8,977 h of training and test EEG datasets took only 2.28 h with a personal computer. These results demonstrate that combining a basic feature extractor with dual deep neural networks and rule-based pre- and post-processing can detect convulsive seizures with great accuracy and low computational burden, highlighting the feasibility of our automated seizure detection algorithm.
Accurate localization of the seizure onset zone is important for better seizure outcomes and preventing deficits following epilepsy surgery. Recent advances in neuroimaging techniques have increased our understanding of the underlying etiology and improved our ability to noninvasively identify the seizure onset zone. Using epilepsy-specific magnetic resonance imaging (MRI) protocols, structural MRI allows better detection of the seizure onset zone, particularly when it is interpreted by experienced neuroradiologists. Ultra-high-field imaging and postprocessing analysis with automated machine learning algorithms can detect subtle structural abnormalities in MRI-negative patients. Tractography derived from diffusion tensor imaging can delineate white matter connections associated with epilepsy or eloquent function, thus, preventing deficits after epilepsy surgery. Arterial spin-labeling perfusion MRI, simultaneous electroencephalography (EEG)-functional MRI (fMRI), and magnetoencephalography (MEG) are noinvasive imaging modalities that can be used to localize the epileptogenic foci and assist in planning epilepsy surgery with positron emission tomography, ictal single-photon emission computed tomography, and intracranial EEG monitoring. MEG and fMRI can localize and lateralize the area of the cortex that is essential for language, motor, and memory function and identify its relationship with planned surgical resection sites to reduce the risk of neurological impairments. These advanced structural and functional imaging modalities can be combined with postprocessing methods to better understand the epileptic network and obtain valuable clinical information for predicting long-term outcomes in pediatric epilepsy.
This paper describes a multichannel epileptic seizure detection algorithm based on wavelet transform(WT), artificial neural network(ANN) and expert system. First, through the WT, a small number of wavelet coefficients is used to represent the single channel epileptic spike. Next, 3-layer feed-forward network employing the error back propagation algorithm is trained and tested using parameters obtained above. Finally, 16 channel expert system which is based on clinical experience is introduced as a artifact rejection and reliable detection. The suggested algorithm was implemented on personal computer(PC). Two main events i.e., epileptiform and normal activities, were selected from 32 person's EEGs(normal: 20, seizure disorder: 12) in consensus among experts. The result was that WT reduced data input size and ANN detected 97 of the 100 EEGs containing definite spike - sensitivity of 97%. Expert rule system was capable of rejecting a wide variety of artifacts commonly found in EEG recordings. It also reduced false positive detections of ANN.
Epilepsy is a chronic neurological disease which produces repeated seizures. Over 30% of epileptic patients cannot be treated with anti-epileptic drugs, and surgical resection may cause loss of brain functions. Seizure suppression by electrical stimulation is currently being investigated as a new treatment method as clinical evidence has shown that electrical stimulation to brain could suppress seizure activity. In this paper, design of a real-time closed-loop neurostimulation system for epileptic seizure suppression is presented. The system records neural signals, detects seizures and delivers electrical stimulation. The system consists of a 6-channel electrode, front-end amplifiers, a data acquisition board by National Instruments, and a neurostimulator and Generic Osorio-Frei algorithm was applied for seizure detection. The algorithm was verified through simulation using electroencephalogram data, and the operation of whole system was verified through simulation and in- vivo test.
뇌파(electroencephalogram, EEG)를 이용한 진단이 확대되면서 EEG 신호를 자동으로 분류하기 위한 다양한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 본 논문은 일반인과 뇌전증 환자에게서 추출한 EEG 신호를 효과적으로 식별할 수 있는 CNN 모델을 제안한다. CNN의 학습에 필요한 데이터를 확장하기 위하여 EEG 신호를 낮은 차원의 신호로 분할하고, 이것을 다시 여러 개의 세그먼트로 중첩 분할하여 CNN 학습에 이용한다. 이와 더불어 CNN의 성능을 개선하기 위하여 CNN 앙상블 전략을 제안한다. 공개된 Bonn 데이터세트로 실험을 수행한 결과 뇌전증 발작을 99.0% 이상의 정확도로 검출하였고, 앙상블 방식에 의해 3-클래스와 5-클래스의 EEG 분류에서 정확도가 향상되었다.
항공범죄의 개념에는 민간 항공의 안전을 위해하는 행위, 항공기 불법납치 그리고 불법 파괴행위 등이 포함된다. 이러한 항공범죄는 주로 ICAO에서 국제 조약 및 협약으로 규정하고 있다. 아래의 조약과 협약은 모든 국가에 적용되는 무조건적이고 절대적인 규범이다. 항공기내에서 행한 범죄 및 기타 행위에 관한 협약(Convention on Offences and Certain other Acts Committed on Board Aircraft), 항공기의 불법납치 억제를 위한 협약(Convention for the Suppression of Unlawful Seizure of Aircraft, Convention for the suppression of unlawful acts against the safety of civil aviation), 공항에서의 불법적 폭력행위의 억제를 위한 의정서(Protocol for the Suppression of Unlawful Acts of Violence at Airports Serving International Civil Aviation), 가소성 폭약의 탐지용 표지에 관한 협약(Convention on the Marking of Plastic Explosives for the Purpose of Detection) 본 논문에서는 상기 조약에서 언급하고 있는 항공범죄의 의미와 재판관할에 대한 내용을 살펴본다. 또한 항공범죄가 비행중이거나 지상에서 발생하였을 경우의 사후구제수단에 대하여 설명한다. 마지막으로 항공범죄와 관련된 사례들을 통해 피해자를 보호할 수 있는 방안을 고찰한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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