基于双通道脑电信号的在线实时睡眠分期系统

当代社会睡眠问题日益突出,及时检测评估睡眠质量有助于诊断睡眠疾病.针对目前市面上睡眠监测类产品发展参差不齐的现状,本文搭建了一个基于双通道脑电信号的在线实时睡眠分期系统,利用第三方接口脑环获取脑电数据,结合CNN-BiLSTM神经网络模型,在PC电脑端实现了在线的实时睡眠分期与音乐调控功能.系统使用基于卷积神经网络CNN和双向长短时记忆神经网络BiLSTM相结合的算法模型对脑电信号进行自动特征提取,CNN能够提取高阶特征,BiLSTM可以捕捉睡眠数据前后的依赖性和关联性,睡眠分期准确率更高.实验结果表明,本文算法模型在Sleep-EDF公共数据集上的四分类任务中取得了92.33%的分期准确率,其Kappa系数为0.84,本系统的实时睡眠分期功能在自采集睡眠数据分期实验中取得79.17%的分期准确率,其Kappa系数为0.70.相比其他睡眠监测类产品,本系统睡眠分期准确率更高,应用场景更多样,实时性和可靠性强,并且可以根据分期结果对用户进行相应的音乐调控,改善用户睡眠质量.

基于CNN-BiLSTM的自动睡眠分期算法

睡眠分期是睡眠数据分析的基础,针对目前睡眠分期存在的依赖人工提取、人工判别效率低、自动睡眠分期准确率不高等问题,本文研究模型是基于卷积神经网络和双向长短时记忆神经网络2个深度学习神经网络相结合的,利用脑电信号来进行自动睡眠分期的模型方法.算法能提取得到原始脑电信号的梅尔频谱,利用卷积神经网络和双向长短时记忆神经网络进行时频域的特征提取,卷积神经网络能够提取睡眠信号高级特征,双向长短时记忆神经网络结合睡眠数据不同时期的关联性,提高自动睡眠分期的准确率.实验结果表明,本文方法在Sleep-EDF数据集的3种状态睡眠分期任务中取得89.0%的平均准确率.与传统的基于统计规则的分期模型相比,本文模型的准确率更高,且简单高效,泛化性能更好.本文算法适用于非线性、不稳定、有幅度起伏变动的脑电信号,有效提高了自动睡眠分期模型结果的准确率,对现代睡眠医学、睡眠障碍等分析研究具有一定的实用价值.