基于一維卷積神經網絡的兒童睡眠分期

許 力，吳云肖，肖 冰，許志飛，張 遠?

1) 西南大學電子信息工程學院，重慶 400715 2) 國家兒童醫學中心，首都醫科大學附屬北京兒童醫院，兒童耳鼻咽喉頭頸外科疾病北京市重點實驗室，北京 100045 3) 民航總醫院呼吸內科，北京 100123 4) 國家兒童醫學中心，首都醫科大學附屬北京兒童醫院呼吸科，北京100045

對于兒童來說，高質量睡眠有助于兒童的智力發育，與兒童的認知功能、學習和注意力密切相關[1]. 兒童若不能夠獲得足夠而良好的睡眠，會影響智力發育，造成情緒、行為、注意力等方面的問題[2]. 兒童睡眠障礙一般發生在2～12歲的兒童身上，兒童睡眠障礙表現為在睡眠過程中出現的各種影響睡眠的異常表現[3]. 它可以由身體某系統的功能失調引起，也可由疾病引起，能直接影響兒童的睡眠結構、睡眠質量及睡眠后復原程度[4].

為標準化睡眠分期結果，1968年，Rechtschaffen[7]等提出了睡眠分期準則（Rechtschaffen and Kales rule），又稱 R&K 準則. R&K 準則根據2路腦電、2路眼電和1路肌電信號將睡眠分為7個階段，分別為覺醒期（Wake）、睡眠I期（Stage 1，S1）、II期（Stage 2，S2）、III期（Stage 3, S3）、IV 期（Stage 4, S4）、快速眼動期（REM）和體動期（Movement time, MT）[8]. 2007年，美國睡眠醫學學會（American Academy of Sleep Medicine, AASM）在R&K準則的基礎上對睡眠分期標準進行了調整，提出了AASM準則[9]. 目前AASM準則已更新至2020版. AASM準則將R&K準則中的S3和S4期合并為慢波睡眠期（NREM III期），將睡眠階段重新定義為覺醒期（Wake, W期）、非快速眼動期（NREM, N 期）和快速眼動期（REM, R 期）. 其中NREM被劃分為 NREM I期（N1）、NREM II期（N2）和 NREM III期（N3）.

對于睡眠的研究離不開腦電信號（Electroencephalograph, EEG）分析. 腦電信號頻率分為四個主要頻帶[10]：δ（1～3 Hz）、θ（4～7 Hz）、α（8～13 Hz）、β（14～30 Hz）. 除這四種主要頻帶以外，人們在覺醒并專注于某一事時，會……