Метод фрактальной размерности

Это подтверждает, что сегмент является стационарным.

Рисунок 13. Преобразование Фурье стационарного сегмента для 4 стадии сна

На рисунке 14 изображен спектр сегмента, соответствующего стадии бодрствования. Для этой стадии характерно преобладание альфа-волн частотой 8 - 13 Гц. На рисунке 15 ясно видно преобладание этих частот.

Рисунок 14. Преобразование Фурье стационарного сегмента для стадии бодр.

Влияние длины изначальных сегментов на сегментацию

Исследуем как влияет уменьшение длины изначальных участков на результаты сегментации.

Произведем разбиение по 10 сек. участкам 24 ч записи. Количество сегментов возросло до 1642. По-прежнему хорошо выделенными остались участки бодрствования и 4 стадии.

Рисунок 15. Верхний рисунок - сегментация при разбиении по 10 сек. Нижний рисунок - гипнограмма эксперта

Разбиение по 5 сек. участкам 24 ч записи приводит к увеличению количества сегментов до 3732.

Рисунок 16. Верхний рисунок - сегментация при разбиении по 5 сек. Нижний рисунок - гипнограмма эксперта

Результат имеет сходство с предыдущими, отличаясь только количеством сегментов, что влияет на значимость изменений в ЭЭГ, которые нужно заметить. Если важны только сильные изменения, например, для определения, в какие моменты человек спал, а в какие нет, то не нужно изначально разбивать запись на слишком короткие участки. А если же интерес представляет микроструктура ЭЭГ, то нужно разделить изначально на более мелкие участки, тогда будут заметны и более слабые изменения в электроэнцефалограмме.

Построение гипнограммы

С помощью метода фрактальной размерности можно не только сегментировать ЭЭГ на стационарные участки, но и построить саму гипнограмму, используя найденные средние значения фрактальной размерности, соответствующие стадиям сна. Для этого каждому полученному сегменту определим стадию в соответствие с фрактальной размерностью данного сегмента.

В нашем распоряжении имеются гипнограммы, построенные экспертом для сегментов равной длины в 30 секунд. Посчитаем фрактальную размерность для сегментов в 30 секунд, определим для каждого соответствующую стадию и сравним полученную гипнограмму с экспертной.

Пример 1. Результаты классификации отображены на рисунке 17. Процент совпадений по стадиям составил 83%. На рисунке хорошо видно, что гипнограммы имеют сходную структуру. Рассмотрим гипнограммы без учета стадии бодрствования (рис. 18) и пересчитаем процент совпадений. Точность снизилась до 60%. Это обусловлено тем, что большой вклад вносила стадия бодрствования, которая занимала 2/3 времени и имела большой процент совпадений.

Рисунок 17. Верхняя гипнограмма построена по средним значениям фрактальной размерности. Нижняя построена экспертом. Точность 83%

Рисунок 18. Верхняя гипнограмма построена по средним значениям фрактальной размерности. Нижняя построена экспертом. Точность 60%

Рассмотрим процент совпадений по стадиям. Для этого составим таблицу, в которой строчки будут представлять собой процентное соотношение определения компьютером конкретной стадии. Например, ячейка, являющаяся пересечением 1-й строки и 3-го столбца, означает, что стадию бодрствования эксперта компьютер в 1.4% случаев признал второй стадией. Таким образом по диагонали таблицы будут значения совпадений конкретных стадий. Таблицу следует читать только по строкам.