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2016年 35卷 1期 刊出日期：2016-02-20 论文        论文 1 基于自回归模型和相位斜率指数的动态脑连接分析 黄亮  吴超华  高小榕#* DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2016.01.001 随着脑网络理论的发展，人们越来越关注不同脑区域之间的功能性和效应性连接。在常见的脑活动无创检测方法中，脑电图（EEG）具有较高的时间分辨率，适于进行效应性连接分析。提出一种估计不同通道的EEG信号间的效应性连接的方法，即自回归相位斜率指数（AR-PSI）。该方法结合多元自回归（MVAR）模型对短时数据进行谱估计频率分辨率高的特点和相位斜率指数(PSI)对源信号混叠不敏感的特点。与传统的格兰杰因果模型相比，它可以有效地摒除由于容积导体效应造成的信号混叠所带来的干扰；与传统的PSI相比，它在短时数据上能够更准确地估计不同通道间EEG信号的效应性连接。首先，分别生成具有强效应性连接和相互独立的混叠噪声这两组信号进行模拟实验，结果表明AR-PSI方法确实能够更有效地检测出信号中存在的效应连接，排除信号线性混叠可能引起的误检。然后，应用此方法并结合滑动窗技术，对Stroop实验记录到的EEG数据进行网络连接的动态分析，发现250～500 ms和550～800 ms时间段内脑网络连接密度在两种条件下存在显著性差异。分析结果，显示语义和颜色不一致条件的刺激能够引起脑网络连接密度更迅速地增加，且连接跨度更大。 2016 Vol. 35 (1): 1-9 [摘要] ( 547 ) HTML (1 KB)  PDF (5089 KB)  ( 1070 ) 10 基于滤波反投影算法的血管内光声图像重建 韩朵朵  孙正*  苑园 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2016.01.002 将目前在光声断层（PAT）成像中得到广泛应用的滤波反投影（FBP）重建算法应用到血管内光声（IVPA）成像中，提出一种简单快速的二维图像重建方法。首先，对组织产生的光声信号进行滤波、逆卷积和时域一阶求导的预处理；然后，针对IVPA在血管腔内封闭成像的特殊性，采用权重法将预处理后的光声信号数据对导管以外的成像区域沿弧线进行反投影，得到成像平面内每个网格点处的初始光声压。最后，得到反映血管壁组织结构形态的横截面灰阶图像。对仿真血管模型的实验表明，采用所提出的方法重建IVPA图像的结构，相似性指标（SSIM）可达到 0.571 7。合理选择滤波函数、滤波截止频率以及测量位置数，可以提高IVPA重建图像的质量；对光声信号进行时域一阶求导处理，能有效地突出重建图像中的组织结构信息。该方法为后续图像重建算法的优化奠定基础。 2016 Vol. 35 (1): 10-19 [摘要] ( 649 ) HTML (1 KB)  PDF (12123 KB)  ( 324 ) 20 基于脑肌电融合的混合脑机接口研究 谢平  陈迎亚  郝艳彪  陈晓玲  杜义浩  吴晓光* DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2016.01.003 动作模式识别是脑机接口技术的核心内容之一。针对目前脑机接口动作识别模式单一、识别率低等问题，基于混合脑机接口思想，提出一种脑电和肌电特征融合策略，可实现单侧肢体不同动作模式的有效分类，进而可用于脑机接口技术。同步采集9名健康受试者单侧手腕屈/伸两种动作模式下的脑电信号和表面肌电信号，分别提取脑电信号事件相关去同步化特征和表面肌电信号的积分肌电值特征，构建基于支持向量机和粒子群优化算法的脑肌电融合及运动模式识别模型，通过调整“特征融合系数”来实现动作模式最优分类，从而提高模式识别的准确率；进一步通过递降健康人的肌电信号幅值来模拟患者和运动疲劳状态下的肌电信号，验证所提出方法对动作模式识别的有效性。实验结果表明，基于脑肌电融合特征的动作模式识别率(98%)比单纯依靠脑电特征的识别率(73%)提高25%；在运动疲劳状态下，基于脑肌电融合特征的识别率稳定在80%以上，比单纯依靠肌电特征的识别率提高14%。可见，脑肌电融合策略能提高动作模式识别的准确性和鲁棒性，为混合脑机接口技术提供条件。 2016 Vol. 35 (1): 20-30 [摘要] ( 588 ) HTML (1 KB)  PDF (6415 KB)  ( 1191 ) 31 失匹配负波半自动加工性质的研究 刘蓉1*林少非1  王永轩2  孙玉彤1 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2016.01.004 失匹配负波（MMN）是否受注意力的调控，一直是MMN研究领域的争论问题。目前鲜有实验范式能够很好地控制受试者注意力在注意通路与非注意通路之间的分配，并缺乏一个量化尺度来反映受试者注意力资源分配的变化。扩散模型是一种认知过程模型，主要通过研究完成任务过程中的反应时间和准确率等行为数据来揭示其潜在的神经加工机理。因此，建立一种新的跨通路延迟反应实验范式，以更好地描述受试者注意力的分配；然后结合扩散模型参数拟合方法，量化受试者注意力资源分配情况，并明确MMN的潜伏期和峰值与注意力之间的关系。采集18名受试者在3组不同图像对比度实验条件下的脑电信号，研究对比9个导联的标准刺激与偏差刺激ERP波形。实验结果表明，扩散模型拟合参数可以解释实验中不同设定条件对受试者注意力分配的影响，从而定量地确定受试者的注意力。同时表明，MMN的峰潜伏期随实验条件变化显著，与对应的扩散模型参数有显著的相关性：MMN峰潜伏期与扩散模型拟合参数边界间隔、漂移率和非决策时间之间的相关系数分别为0.63、0.58和0.63。结果证实，扩散模型参数可以作为MMN测试中受试者的注意力资源分配的指标，且MMN的峰潜伏期与受试者注意力呈正相关，因此可以认为MMN具有半自动加工的性质。 2016 Vol. 35 (1): 31-37 [摘要] ( 497 ) HTML (1 KB)  PDF (2391 KB)  ( 578 ) 38 基于随机投影的快速稀疏表示人体动作识别方法 吴建宁*  徐海东  王佳境  凌雲 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2016.01.005 为有效解决体域网人体行为动作远程识别系统低功耗和快速准确识别的问题，提出一种基于随机投影的快速稀疏表示人体行为动作识别的方法。该方法基于压缩感知随机投影方式压缩数据，获取待测试样本邻近类中较少最近邻训练样本，构建测试样本稀疏表示时的训练样本集，以期达到最优线性重构测试样本；在降低传感器装置功耗和稀疏表示识别算法计算复杂度基础上，捕捉人体行为动作本质特征信息，提高多类别动作识别率。采用国际公开可穿戴传感器动作识别数据库WARD多类别动作数据，验证所提算法的有效性。实验结果表明，当数据压缩率为50%，所提算法能够获得最高平均识别率（92.78%），比传统稀疏表示分类算法获得的动作识别率提高近5%，并显著降低其相应的运行时间，能准确稀疏表示多类别人体行为动作信号，有效降低稀疏表示分类算法的计算法复杂度和运行时间，明显提高多类别动作识别率，为构建快速稀疏表示动作识别提供一个新的思路和方法。 2016 Vol. 35 (1): 38-46 [摘要] ( 3276 ) HTML (1 KB)  PDF (1483 KB)  ( 620 ) 47 基于临床数据与循环系统模型融合技术的 李逸1  殷兆芳2   梁夫友1#* DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2016.01.006 识别影响患者个体化心血管功能评估（基于临床数据与循环系统模型的融合技术）精度的关键因子，并量化分析各因子的影响程度，为评估方法的临床应用提供理论支持。通过参数敏感度分析并结合子集选择方法，识别与血流动力学计算和主要模型参数（与心血管功能的评估目标对应）评估相关的次主要模型参数。利用虚拟临床数据开展数值实验，分析临床数据测量误差（误差区间5%）和次主要参数变动（变动率30%）对主要模型参数评估结果的影响。临床数据的测量误差引起评估结果的显著变化（最大变化率达到16.6%），相对地，次主要参数变动造成的评估误差较小（在10%以内）。临床数据的精确采集是确保评估结果可靠的关键环节；次主要参数虽然在患者间存在实际的个体差异性，但对其进行固定处理对评估结果的影响较小。 2016 Vol. 35 (1): 47-54 [摘要] ( 522 ) HTML (1 KB)  PDF (5719 KB)  ( 627 ) 55 四层复杂球颅脑模型的构建 柯丽1  高彦照1  杜强1  韩凌2 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2016.01.007 颅脑模型构建的研究是颅内成像的基础，也是磁感应断层成像(MIT)系统设计中正问题计算的必要条件。根据人体颅脑真实结构，通过Comsol Multiphysics有限元数值仿真软件的几何建模工具，构建近似真实颅脑结构的四层复杂球颅脑模型。首先，根据大脑体积和颅骨内径，构建脑实质模型；其次，根据人体解剖结构，构建颅骨模型，并进行枕骨修正、轮廓修正、额骨修正和眼眶修正；第三，通过对颅骨模型的缩放，构成头皮层、颅骨层、脊液层，并与脑实质模型共同构成具有4层结构的颅脑模型；最后，将模型置入10 MHz的交流磁场中，通过仿真计算获得头皮层、颅骨层、脊液层和脑实质层感应电流的分布，感应电流在脊液层最强，在皮肤层和脑实质层较弱，在颅骨层最弱，且各层感应电流密度值之比为32:1:190:21，与电导率之比相近。结果表明，该模型可以很好地显示出人体头部各组织的电磁特性差异，为MIT系统研究提供可靠的依据。 2016 Vol. 35 (1): 55-62 [摘要] ( 721 ) HTML (1 KB)  PDF (5719 KB)  ( 695 ) 63 面部碰撞对行人创伤性脑损伤影响的生物力学研究 羊玢1,2,3 曹立波1* 李鹏2  胡敏2  肖峰2  袁云康2 梅永存2  Lee Heow Pueh3 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2016.01.008 为预测和评判行人面部碰撞对创伤性脑损伤机理及生物力学响应，结合计算机断层扫描（CT）和磁共振（MRI）医学成像技术，建立符合中国人体特征的50百分位头颈部几何模型和有限元模型。有限元模型中颅骨与脑之间的相对运动采用切向滑动边界条件，摩擦系数定义为0.2，模拟鼻骨斜碰撞、鼻外侧软骨正面碰撞、牙齿正面碰撞、下颌骨碰撞和颧骨外侧斜碰撞等5种典型面部碰撞交通事故场景，探讨应力波在颅骨和脑内传播路径，得到颅内压力、von Mises等效应力和剪切应力等生物力学响应参数分布规律。结果显示，鼻骨斜碰撞颅内压力峰值为236.7 kPa，von Mises应力为25.97 kPa，超过了大脑耐受阈值；颧骨外侧斜碰撞最大横向剪切应力分别为14.56 kPa和-18.07 kPa，促使脑组织产生了较大的剪切变形，存在严重脑损伤风险。结论表明：面部碰撞的位置和方向是导致面部骨折严重程度的关键因素，面骨骨折的位置决定创伤性脑损伤的部位，面骨骨折都带有一定程度的创伤性脑损伤；头部受到冲击时,面部结构能够吸收大量的冲击能量来保护大脑，降低颅脑损伤的风险。 2016 Vol. 35 (1): 63-70 [摘要] ( 525 ) HTML (1 KB)  PDF (9404 KB)  ( 290 ) 71 髋臼骨折内固定的置钉安全研究 姜雨辰1  王冬梅1*  毕春2  纪晓希2  汪方2  王秋根2 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2016.01.009 探讨髋臼骨折内固定危险区域安全置钉的方法，降低螺钉穿入髋关节的风险。取得173例正常成人完整骨盆CT断层扫描数据, 由此建立清晰完整的三维数字化骨盆模型，对其进行由耻骨联合到骶髂关节方向的曲线拟合，并在髋臼区域等分此曲线，获得垂直曲线的5个截面。以过进钉点并垂直于骨表面的截面曲线法向面作为参考平面，测量不同截面的进钉角度范围（α～γ）及对应的进钉深度d1、d2、d0；比较男性、女性之间存在的差异，综合手术入路的可行性，对髋臼区螺钉植入进行安全规划。结果表明，截面2的d0，截面3的β、γ以及截面4的β，在男性和女性之间的差异具有统计学意义（P<0.05）；安全进钉角度范围与手术入路可行范围存在部分交集。临床髋臼区域下缘置钉时要考虑到男、女性别不同所产生的差异；截面1和截面5置钉方向比较自由；截面4安全置钉角度接近可操作临界角度，临床上置钉应避开截面2和截面3。 2016 Vol. 35 (1): 71-78 [摘要] ( 350 ) HTML (1 KB)  PDF (3169 KB)  ( 602 ) 79 闭环式电刺激抑制痫样棘波发放的机制研究 曹嘉悦  封洲燕*  郭哲杉  胡振华  胡娜 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2016.01.010 脑深部刺激（DBS）在临床癫痫病的治疗中备受关注，可能替代癫痫病灶的切除手术。但是，癫痫的发作机制多种多样，需要针对性地设计DBS的刺激模式和参数，才能获得较好的疗效。对于γ\|氨基丁酸受体的拮抗剂印防己毒素在麻醉大鼠海马CA1区诱导的痫样发放，采用短促的高频刺激（HFS）脉冲串；并利用闭环式的刺激模式，在各个爆发式发放期间，将脉冲串施加于CA1区的传入轴突束Schaffer侧支。9只大鼠的实验结果表明，100 Hz以上的0.3 s时长HFS可以抑制Burst中60%~70%的棘波发放。而且，在HFS抑制棘波发放期间，CA1区神经元不能响应其传出轴突束上施加的逆向刺激脉冲的激励作用，表明在此期间神经元失去了产生动作电位的能力。由此可以推测，HFS抑制棘波发放的机制可能是神经元细胞膜发生了去极化阻滞。该研究的发现对于开发DBS治疗癫痫的闭环刺激新模式具有重要的指导意义。 2016 Vol. 35 (1): 79-87 [摘要] ( 481 ) HTML (1 KB)  PDF (2369 KB)  ( 576 ) 88 蛛丝蛋白复合材料小直径血管支架的 赵亮1,2 陈红丽1 王勉1  解丽芹1 徐艳丽1 何孟1  冯志伟1  李敏1* DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2016.01.011 探讨蛛丝蛋白复合材料小直径血管支架的体内降解性能和生物相容性，为其临床应用奠定基础。通过静电纺丝仪，将RGD重组蛛丝蛋白(pNSR16)、聚己内酯(PCL)、明胶(Gt)、壳聚糖(CS)共混形成的纺丝液进行电纺，制得(pNSR16/PCL/CS)/(pNSR16/PCL/Gt)支架，并将其植入SD大鼠腿部肌肉中，通过肉眼外观观察、组织切片HE染色评价等方法，评价蛛丝蛋白复合材料小直径血管支架的体内降解情况。分析支架浸提液对间充质干细胞集落形成、细胞分裂指数、台盼蓝拒染率、细胞毒性和细胞周期的影响，评价血管支架的生物相容性。血管支架在整个植入期内不断降解，(pNSR16/PCL/CS)/(pNSR16/PCL/Gt)支架降解程度更深，纤维断裂严重，12周时失重率为20.3%，其降解速度明显快于(PCL/CS)/(PCL/Gt)支架，后者在12周时仅降解了13.2%。在(pNSR16/PCL/CS)/(pNSR16/PCL/Gt)支架浸提液培养条件下的大鼠骨髓MSC集落生成率、平均集落面积和分裂指数都显著高于(PCL/CS)/(PCL/Gt)支架组。血管支架毒性等级均低于1 级，无细胞毒性。与血管支架浸提液复合培养的MSC生长状态良好，台盼蓝拒染率高于95%，复合培养48 h后，细胞G0/1期比例降低，S、G2/M期比例均升高。蛛丝蛋白复合材料小直径血管支架的体内降解和生物相容性良好，应用于临床具有一定的可行性。 2016 Vol. 35 (1): 88-95 [摘要] ( 511 ) HTML (1 KB)  PDF (3270 KB)  ( 713 ) 96 视觉ERP脑机接口中实验范式的研究进展 马征  邱天爽* DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2016.01.012 脑机接口是一种通过建立人脑与周围环境之间的连接通路来实现人脑对外部设备直接控制的技术。实验范式是获取脑机接口所用特征的技术手段，是脑机接口研究的一个重要方面。视觉事件相关电位（ERP）脑机接口技术利用了基于视觉刺激的实验范式中所诱发的ERP信号的特征，是当前脑机接口研究的一个主要分支。近年来，与视觉ERP脑机接口的实验范式有关的研究成果大量涌现，使脑机接口性能得到显著提高。目前，除在范式参数、刺激呈现样式、刺激类型等传统要素方面开展的深入研究外，对于语言模型以及混合脑机接口的研究也日渐增多。总结和回顾近年来视觉ERP脑机接口中实验范式的研究状况，并进一步探讨其中存在的问题与面临的挑战，以及未来可能的研究方向。 2016 Vol. 35 (1): 96-102 [摘要] ( 773 ) HTML (1 KB)  PDF (3031 KB)  ( 1430 ) 105 纳米酶在葡萄糖分析检测中的应用研究进展 罗成1  李艳1  龙启文2  龙建纲3* DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2016.01.013 即时、准确的监控血糖和尿糖的变化对于糖尿病的早期诊断及血糖控制具有重要意义。自从2004年报道金纳米簇具有磷酸转移酶样催化活性以来，多种具备酶样催化活性的纳米材料被发现，包括过氧化物酶、过氧化氢酶、超氧化物歧化酶、氧化酶等。与天然酶相比，纳米酶具有成本低廉、制备简单、易于保存运输、环境耐受性高等优点。利用纳米酶进行葡萄糖分析检测有望降低检测成本，提高检测系统稳定性。本文总结了金属纳米颗粒、金属氧化物、金属硫化物、碳基材料以及复合材料等多种纳米酶检测系统在葡萄糖分析检测中的特点、检测限和检测范围，并对纳米酶研究面临的挑战及前景进行展望。 2016 Vol. 35 (1): 105-113 [摘要] ( 549 ) HTML (1 KB)  PDF (1222 KB)  ( 1247 ) 114 基于多层过滤的光度法微生物鉴定算法的研究 张绍康  林勇* DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2016.01.014 针对一种全自动光度法微生物鉴定仪设计了相应的微生物鉴定算法。算法根据酶标板板孔阴阳性的综合信息，采用多层过滤机制逐步调整样本微生物与模板微生物的相似度：首先通过夹角余弦法计算原始相似度，然后将匹配异常的板孔分为绝对、显著和大概率异常等3个等级对相似度进行不同程度的调整，最后根据调整后的相似度给出鉴定结果。通过微生物重复实验以及与梅里埃鉴定方法的比对实验验证了算法的有效性，对5种常见微生物进行鉴定实验，本算法检准率均超过85%；与梅里埃鉴定方法比较，本算法有4种高于或等于梅里埃法，1种略低。梅里埃法得到的相似度相对标准差是本算法的1.5～11倍。验证实验结果表明本算法具有高检准率和高鲁棒性的特点。 2016 Vol. 35 (1): 114-118 [摘要] ( 328 ) HTML (1 KB)  PDF (1077 KB)  ( 373 ) 119 骑行时不同屈曲角度膝关节软骨受力分析 马雪梅1  张春秋1*高丽兰1  叶金铎1  张西正2 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2016.01.015 在对骑行人车系统动力学研究的基础上，分析在骑行周期内膝关节软骨的受力状态，以期获得关节软骨受力的规律，增加对骑行时膝关节生物力学特性的理解。基于有限元分析法，建立包括股骨、胫骨、腓骨、髌骨、关节软骨、半月板及韧带组织的人体全膝关节有限元模型。将骨组织刚体化，并对其施加屈曲位移边界条件，包括胫骨相对股骨的内旋、内收、前移和外移以及髌骨相对股骨的屈曲、内旋、内倾以及外移。通过显式动力学分析计算，获得膝关节屈曲60°、80°和100°相位，同时得到骑行状态上述屈曲位处膝关节软骨的应力分布。结果 通过有限元分析，获得骑行姿态下膝关节相关相位的力学分布规律。结果表明，相同载荷下，最大von-Mises应力出现在屈曲100°位置，股骨软骨应力增幅达71.25%，髌骨软骨增大29.36%；随着骑行屈曲角度的增加，胫股关节高应力区逐渐向膝关节后部转移，髌股关节软骨受力逐渐上移。骑行时高应力发生在膝关节屈曲角度较大位置，胫骨平台软骨后侧、髌骨软骨上侧承受更大应力。 2016 Vol. 35 (1): 119-123 [摘要] ( 490 ) HTML (1 KB)  PDF (8217 KB)  ( 513 ) 124 采用低频旋转磁场治疗高原红细胞增多症的可行性研究 郭大龙1  杨军1  罗永昌1  俞洁2  罗陈宇3  曹征涛1#* DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2016.01.016 高原红细胞增多症(HAPC)是最典型、最具有代表性的慢性高原病，发病率高、危害严重，且常成为其它慢性高原病的初始肇因。HAPC的治疗属于世界性难题，目前有物理治疗和药物治疗。前者以放血疗法或血液稀释疗法为代表，虽有一定效果但不是病因治疗，复发率高；后者近年来取得一定进展，但有效性和安全性均有待进一步验证。大量文献表明：旋转磁场可改善红细胞血液流变学特性，可促进微循环。基于此，通过研究观察低频旋转磁场对红细胞增生的作用，以探索治疗高原红细胞增多症的新方法。使用低频旋转磁场系统对6名志愿者进行治疗，从红细胞计数、红细胞压积、血红蛋白浓度、血尿酸等4个方面对治疗效果进行评估。经过低频旋转磁场治疗14 d后(60 min/d)，患者的红细胞计数、红细胞压积、血尿酸平均值分别降低7.87%、9.67%、31.59%，而血红蛋白浓度则较为稳定（仅降低3.61%）。初步的试验显示，低频旋转磁场对治疗红细胞增生有一定的效果，有望被用于辅助治疗高原红细胞增多症，但其作用机理和临床效果还需要进一步的研究。 2016 Vol. 35 (1): 124-127 [摘要] ( 341 ) HTML (1 KB)  PDF (2064 KB)  ( 615 )

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