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2021年 40卷 4期 刊出日期：2021-08-20 论著 综述 目录        目录 384 目录 2021 Vol. 40 (4): 384-384 [摘要] ( 179 ) HTML (1 KB)  PDF (246 KB)  ( 149 )        论著 385 基于多字典学习框架的肾透明细胞癌预后分析模型 涂超, 宁振源, 张煜 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2021.04.01 肾透明细胞癌是一种高度异质的肿瘤,具有复杂多变的临床表现。基于病理全切片图像的肾透明细胞癌自动预后分析,可辅助医生做出临床决策,从而达到更好的治疗目的。肾透明细胞癌的组织异构性使得针对预后分析任务的特征提取存在很大的挑战性。提出针对肾透明细胞癌病理全切片图像的多字典学习框架,自适应获取病理全切片图像的有效信息,进行肾透明细胞癌预后分析。该框架主要包括基于图像块水平的多字典学习和基于患者水平的生存模型构建两个阶段。利用癌症基因组图谱数据库的肾透明细胞癌数据集(TCGA-KIRC)中378例苏木素-伊红染色的全切片图像上进行评估,实验结果(C-index=0.681,AUC=0.751,P<0.05)优于现流行的各种生存模型,其中较传统的Boosted模型和随机生存森林模型,C-index指标分别提高0.138和0.155,AUC指标分别提高0.149和0.191;较DeepSurv和WSISA两个深度学习模型,C-index指标分别提高0.046和0.035,AUC指标分别提高0.096和0.090。所提出的方法可以更准确地对肾透明细胞癌进行预后分析。 2021 Vol. 40 (4): 385-393 [摘要] ( 453 ) HTML (1 KB)  PDF (6900 KB)  ( 270 ) 394 融合脑功能和运动评估的脑卒中康复训练处方推荐模型构建 张腾宇, 张静莎, 徐功铖, 王峥, 张学敏, 李增勇 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2021.04.02 基于脑卒中患者的运动及脑功能评估指标,构建康复训练处方智能推荐模型。选取120例脑卒中患者,进行Brunnstrom、Holden步行能力分级、Berg平衡量表和改良的Ashworth量表评估;同时采用近红外脑功能成像系统,采集患者静息态的脑血氧数据。提取量表评估结果和脑区激活度、侧偏性、脑区间功能连接等脑功能评估指标特征,利用支持向量机(SVM)、卷积神经网络(CNN)以及结合两者优势改进的CNN-SVM算法,分别建立训练处方推荐模型,对8种训练内容的训练模式进行推荐。结果表明,采用量表评估结果和脑区间功能连接指标作为特征建立的模型识别准确率最高,3种算法的平均识别率均达到93%以上。其中,改进的CNN-SVM算法的识别准确率最高,达到96.43%。利用该方法,能够基于脑卒中患者运动和脑功能评估数据,实现康复训练处方的智能推荐,有利于实现个性化精准康复。 2021 Vol. 40 (4): 394-400 [摘要] ( 472 ) HTML (1 KB)  PDF (1226 KB)  ( 762 ) 401 基于DCE-MRI影像组学非负矩阵分解的乳腺癌病理信息缺失填充研究 付振宇, 范明, 厉力华 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2021.04.03 乳腺癌病理报告是乳腺癌诊断和治疗的主要依据,在实际诊疗过程中可能存在临床病理信息缺失的问题。利用动态增强磁共振影像(DCE-MRI)病灶区域的影像特征,结合对应乳腺癌患者的临床病理信息,建立影像组学非负矩阵分解填充模型,以实现对缺失的乳腺癌分子分型和细胞角蛋白5/6(CK5/6)基因表达信息的填充。共采集139例乳腺癌患者的术前或化疗前DCE-MRI影像及临床信息,随机划分89例为训练集、50例为测试集。对DCE-MRI影像进行肿瘤的分割,从病灶区域提取统计、形态和纹理特征。采用交叉验证的支持向量机递归特征消除(SVM-RFECV)法进行特征选择,并通过基于并集的方法进一步筛选影像特征,结合乳腺癌临床病理信息,建立非负矩阵分解(NMF)填充模型和协同过滤(CF)填充模型,并计算AUC评价模型的填充性能。当临床病理信息缺失率不同时,NMF模型的AUC值均高于CF模型的值,最高AUC为0.772,在缺失率20%~40%之间,NMF的填充效果要显著优于CF方法的效果(P<0.05);当使用不同数量的影像特征时,NMF模型的AUC值均高于CF模型的值,最高AUC为0.780,且在使用140个影像特征时二者的差异具有统计学意义(P<0.05)。实验表明,DCE-MRI影像组学结合非负矩阵分解方法,可对缺失的分子分型和CK5/6临床指标进行有效填充。 2021 Vol. 40 (4): 401-409 [摘要] ( 324 ) HTML (1 KB)  PDF (2153 KB)  ( 622 ) 410 基于数据扩增和迁移学习的Mask R-CNN脑CT图像自动分割研究 王琮智, 许梓璧, 马祥园, 洪子澜, 方强, 郭燕春 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2021.04.04 在临床上,分割脑CT图像上的各个脑区并建模,可以更好地观察病变与各器官的位置关系。目前医生主要通过人工勾画的方式进行分割,不仅费时、费力,而且还容易受主观因素影响。提出一种基于数据扩增和迁移学习的Mask R-CNN卷积神经网络算法,可以更快速地在脑CT图像上自动分割出易受脑出血危及的脑区,如小脑、脑干、基底节区和背侧丘脑等部位。针对2020年7月—2020年12月的100名健康人的1 549张脑CT图像,选取其中的80例,共1 239张图像作为训练集,其余的20例,共310张图像作为测试集,然后采用Mask R-CNN框架进行训练和预测,最终输出各脑区的坐标、名称与mask掩模。为研究数据扩增和迁移学习对模型训练效果的提升,分别设计了数据扩增和迁移学习的实验,以及U-Net模型的对照组。数据扩增组通过旋转的方式进行数据扩增,将训练集扩增至13 629张图像;迁移学习组在MS-COCO上训练好的权重基础上,进行迁移学习。其中,迁移学习组的效果最好。在迁移学习的实验中,测试集mAP为0.909 7,平均IOU为0.736 2,脑干、小脑、基底节区和背侧丘脑的测试集平均DICE值分别为0.902 5、0.879 5、0.781 8、0.828 4。而未进行数据扩增和迁移学习的mAP和平均IOU分别为0.870 8、0.715 9;数据扩增组则为0.894 1、0.729 7;U-Net组则为0.839 0、0.671 1。研究显示,Mask R-CNN卷积神经网络模型可以较好地应用于脑出血常见部位的自动分割,且迁移学习对模型训练效果的提升较大。 2021 Vol. 40 (4): 410-418 [摘要] ( 703 ) HTML (1 KB)  PDF (3896 KB)  ( 832 ) 419 融合白质fMRI的dMRI纤维追踪重建研究 董小凤, 杨智鹏, 吴锡 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2021.04.05 基于弥散磁共振成像(dMRI)的纤维束重建,是分析大脑白质结构的主要工具。现有的纤维追踪成像算法受dMRI分辨率及成像机理约束,在构建大脑白质灰质边界区域的纤维时成像性能和准确性大大下降。为克服该缺陷,提出一种结合功能磁共振成像(fMRI)的新型dMRI纤维追踪成像算法。该算法引入表征白质中fMRI信号各向异性的空间相关张量间接描述纤维束的几何结构信息,结合粒子滤波理论估算追踪下一体素的方向概率分布,重建可靠连接白质灰质边界区域的三维结构。将所提出算法在8位成年人视觉刺激的功能图像上进行追踪成像实验,每例重建800根纤维,重建纤维的平均长度可达(18.47±1.82)mm,沿白质灰质界面流线端点的覆盖率为25.15%±1.86%。通过在视放射区域与DWI重建结果对比可看出,所提出的方法可有效重建大脑白质纤维路径,特别对由于部分容积效应导致对灰白质交界面纤维束重建存在较大误差的区域,较现有方法可获得更准确效果。 2021 Vol. 40 (4): 419-428 [摘要] ( 317 ) HTML (1 KB)  PDF (6042 KB)  ( 378 ) 429 SSSEP提升下肢MI-BCI系统性能及其多维脑电特征分析 张力新, 常美榕, 王仲朋, 陈龙, 明东 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2021.04.06 运动想象脑-机接口(MI-BCI)可解码用户运动意图,为无法自主运动患者提供一种额外交互控制通道,辅助或改善其生活方式。针对现有下肢MI-BCI分类性能较低等关键问题,引入了体感电刺激(ES)用于下肢MI-BCI构建混合范式(MI+ES),并与传统单一范式(MI)对比。共20名年轻健康右利手受试参与实验,5名参与最优诱发频率验证试验,15名参与正式实验。随后采集了参与正式实验的15名受试不同条件下脑电(EEG)数据,应用傅里叶变换(FFT)和事件相关谱扰动(ERSP)算法提取EEG频域响应、时频特征等,并计算alpha(8～14 Hz)、低 beta(15～24 Hz)和高 beta(25～35 Hz)等多频段能量变化。此外,分别探索了MI/(MI+ES)条件、共空间模式(CSP)/基于多频率成分的共空间模式(FBCSP)特征提取方法对下肢MI-BCI系统分类性能的影响。结果表明, 引入体感电刺激策略可诱发明显的SSSEP特征,MI+ES条件分类准确率较单一MI条件有显著性提升(P<0.001),且应用FBCSP方法的系统分类准确率显著优于经典CSP方法(P<0.01):CSP特征提取方法下MI+ES条件的平均分类准确率为70.2%,其中受试S15的分类准确率达84.2%;FBCSP方法下的平均分类准确率为71.7%,受试S15的分类结果达到90%。初步证实了受试在体感电刺激条件下可诱发出明显的SSSEP特征,而且其融合MI可有效提升下肢MI-BCI分类性能,可支撑下肢MI-BCI系统的实用化进程,也为外周神经相关体感刺激调控方法的优化设计提供了新的技术思路。 2021 Vol. 40 (4): 429-437 [摘要] ( 422 ) HTML (1 KB)  PDF (9775 KB)  ( 160 ) 438 握力及捏力控制的前臂及手部多肌肉协调性递归网络分析 张娜, 李可 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2021.04.07 探究握力和捏力控制的前臂及手部多肌肉协调性作用,有24名健康的右利手者参与这项实验。在实验中要求受试者在30%、50%和70%最大自主收缩力(MVC)下进行握力和捏力的准确力量控制,同时采集肱桡肌(BR)、尺侧腕屈肌(FCU)、桡侧腕屈肌(FCR)、指总伸肌(EDC)、指浅屈肌(FDS)、拇短展肌(APB)、第一骨间背侧肌(FDI)和小指展肌(ADM)共8块肌肉的表面肌电信号,构建递归网络(RN)和多层递归网络(MRN),并分别使用平均最短路径长度(L)、聚类系数(C)以及层间互信息(I)、平均边缘覆盖率(ω),对不同抓握类型和不同力量水平下的RNs和MRNs进行量化评估。结果显示:3个水平下握力的BR、FCU、FCR网络的C值等指标显著大于相应的捏力指标。以FCR为例,握力 vs 捏力的指标分别为:0.393 ± 0.040 vs 0.366 ± 0.035, 0.404 ± 0.039 vs 0.372 ± 0.035, 0.412 ± 0.051 vs 0.383 ± 0.040, P<0.05;FDI网络则表现出相反的趋势,握力 vs 捏力的指标分别为: 0.443 ± 0.035 vs 0.462 ± 0.046, 0.446 ± 0.032 vs 0.461 ± 0.035, 0.445 ± 0.040 vs 0.465 ± 0.038, P<0.05。而BR、FCU和FCR网络在捏力期间的L显著大于握力,以FCU为例,握力 vs 捏力的指标分别为:2.870 ± 0.063 vs 2.941 ± 0.124, 2.841 ± 0.065 vs 2.941 ± 0.079, 2.830 ± 0.083 vs 2.901 ± 0.051, P<0.05。50% MVC和70% MVC握力下外侧肌MRNs的I值为4.056 ± 0.248和4.099 ± 0.232,ω值为0.253 ± 0.015和0.257 ± 0.017,显著大于捏力期间的I值3.930 ± 0.229和3.939 ± 0.195,以及ω值0.245 ± 0.011和0.246 ± 0.012, P<0.05。此外,随着力量水平的增加,BR、FCU、FCR的C增加,L减小,外侧肌MRNs的I和ω增加。结果表明,多肌肉在握力和捏力下有不同的肌肉协调模式,且随着力量水平的增加,外侧肌间相似性和同步性会进一步增加。这一发现揭示肌肉与力输出之间的动态协调性,可为评估神经肌肉功能和肌电假体的制作提供新的策略。 2021 Vol. 40 (4): 438-445 [摘要] ( 282 ) HTML (1 KB)  PDF (4420 KB)  ( 342 ) 446 基于脑网络的脑疲劳对不同工作记忆负荷的影响 杨硕, 江文涛, 王磊, 徐桂芝 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2021.04.08 工作记忆是认知行为的基础,脑疲劳会导致记忆力衰退、反应迟钝等认知表现下降的现象。利用N-back实验范式设计脑疲劳实验,采集15名被试正常态和疲劳态下4种工作记忆负荷的脑电数据,使用互信息算法构建功能性脑网络,计算并分析节点度、节点中间中心度、节点聚类系数、节点特征路径长度4个网络特征参数,对行为学数据(反应时间、正确率)进行统计分析。结果表明,4种工作记忆负荷下,疲劳态下的脑网络相对于正常态下的脑网络节点度减小,节点中间中心度减小,节点聚类系数减小,节点特征路径长度增大,且具有显著差异节点主要分布于额叶、顶叶和枕叶。行为学数据结果显示,正常态下4种工作记忆负荷的平均反应时间分别为(578±46)、(664±45)、(868±44)、(959±42)ms,疲劳态下4种工作记忆负荷平均反应时间分别为(656±41)、(721±46)、(941±50)、(1 038±50)ms,平均反应时间疲劳态显著高于正常态(P<0.05),提示脑疲劳对4种负荷下的工作记忆产生消极影响。在所施加的4种工作记忆负荷下,脑疲劳对工作记忆产生一定影响,会抑制大脑活跃度的提高,且对高负荷的影响比低负荷的影响更明显。 2021 Vol. 40 (4): 446-452 [摘要] ( 458 ) HTML (1 KB)  PDF (2711 KB)  ( 648 ) 453 基于变尺度符号化补偿传递熵的EEG压力情感分析 高云园, 王翔坤, 田玉平, 佘青山, 董骅 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2021.04.09 基于脑电信号的情感识别,对于相关情感疾病的诊断与治疗有着重要的临床和科研意义。如何有效地提取特征,提高识别率,减少计算时间是研究的重点。从研究脑通道间定向信息交互的角度出发,结合对瞬时因果效应的补偿算法,提出以变尺度符号化补偿传递熵(VSSCTE)为特征的情感分析方法,并以此构建情感因效性脑网络,使用网络测度与ReliefF特征优化选择算法进行通道选择。结果显示,在使用DAEP数据集中处理后的127个压力状态和125个平静状态的数据时,较传统的二元传递熵方法,VSSCTE的特征提取方法在压力和平静情感二分类上的准确率提升约15%,达到96.74%;进行脑电通道优化后,当通道数由32个降至15个时,分类准确率仅下降约2%(分类准确率为94.36%),计算时间从51.27 s降至23.84 s。所提出的VSSCTE脑电特征提取方法可以有效分析情感变化时脑区之间的信息交互,为情感分析和计算提供新的思路。 2021 Vol. 40 (4): 453-460 [摘要] ( 308 ) HTML (1 KB)  PDF (3382 KB)  ( 531 ) 461 精神疲劳对工作记忆α振荡信息整合的影响 杨硕, 彭森, 王磊, 王增鑫, 时佰雪 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2021.04.10 精神疲劳是一定时间内人们进行持续精神注意力的认知活动所体验到的一种生理、心理上的不适。认知活动依赖于大脑多个区域间的信息交流,相位同步作为大脑区域之间信息整合的重要机制,搭起大脑各区域间协同通信的桥梁。α振荡是神经元加工功能抑制的一种主动机制,而主动抑制在工作记忆的注意力分配中起着中心作用。利用自适应N-back实验诱发精神疲劳。采用改进型Sternberg范式作为工作记忆实验,记录精神疲劳前后工作记忆的脑电信号。采用相位同步分析和功率谱分析方法,对精神疲劳前后α振荡工作记忆编码期、保持期和提取期的脑电数据进行分析,研究精神疲劳对大脑信息整合的影响。结果发现, 精神疲劳后,整个工作记忆过程中脑区间的相位同步性显著增大,功率谱值有显著差异。其中,精神疲劳后的3个时期均出现额叶区域间和额枕区域间相位同步性的显著增加,编码期额叶区域间锁相值具有显著性增大的节点对有160个;保持期额叶区域间有222个,额叶、枕顶叶区域之间有65个;提取期额叶区域间有196个,额叶、枕顶叶区域之间有11个。编码期枕顶区出现显著的α振荡事件相关去同步(ERD)(PO8,P=0.048;Oz,P=0.036),额叶区出现α振荡事件相关同步(ERS)的趋势。保持期额叶出现显著的α振荡ERS(Fz,P=0.022),枕顶区有ERS的趋势。提取期额区(Fz,P=0.033)出现α振荡ERS,枕区(Oz,P=0.045)出现α振荡ERD。研究表明,精神疲劳会降低大脑脑区间的信息整合能力,降低大脑内的信息交流,α振荡的相位同步分析对解释精神疲劳对脑区间信息整合的机制有一定的帮助。 2021 Vol. 40 (4): 461-468 [摘要] ( 321 ) HTML (1 KB)  PDF (2991 KB)  ( 415 )        综述 469 非人灵长类动物超高场磁共振脑成像技术进展 徐斌, 高阳, 王菁, 张孝通 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2021.04.11 非人类灵长类动物是神经科学研究中的重要动物模型,可以兼容多种侵入式和非侵入式神经信号探测和神经活动调控方法。结合侵入式和非侵入式方法的非人灵长类动物的神经科学研究,有助于将大量基于动物模型的基础研究成果进行临床转化。其中磁共振脑成像技术是目前最主要的非侵入式大脑神经信号探测手段。非人灵长类动物磁共振脑成像研究,对于深入理解磁共振脑成像生理机制、基于磁共振技术的定量生理探测技术研发、神经科学基础研究、心理学以及临床病理机制研究等都具有重要作用。但是非人灵长类动物磁共振脑成像面临着诸多技术挑战,包括:缺少适配的商用磁共振成像系统以及配套的成像硬件、需要更高的成像分辨率,以及对多样化动物实验需求的兼容性等。超高场(场强>3 T)磁共振具有高信噪比、高脑血氧水平依赖(BOLD)信号检测灵敏度和亚毫米级高分辨率成像能力等优势,有潜力应用于非人灵长类动物超高分辨率脑成像研究。综述目前非人灵长类动物超高场磁共振脑成像应用、面临的技术挑战、以及当前的技术解决方案等,归纳各方法的各自优势与局限性,同时对发展趋势进行展望。 2021 Vol. 40 (4): 469-476 [摘要] ( 365 ) HTML (1 KB)  PDF (2703 KB)  ( 460 ) 477 双语脑功能机制的脑磁图研究进展 马恒芬, 吴云涛, 赵文, 贾丽萍, 周丹丹 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2021.04.12 双语者经常使用两种语言已被证明对语言和认知功能有广泛的影响,但是双语使用影响大脑的机制目前尚不清楚。脑磁图通过非侵入性方式测量微弱的脑磁场信号,可更准确反映脑部神经活动,对于脑疾病早期诊断和脑科学前沿研究具有重大意义。在阐述脑磁图技术的发展进程、分析方法和软件的基础上,从脑发育过程的双语优势、双语切换的脑机制研究、双语与数学计算等方面,综述脑磁图在双语脑功能机制研究中的应用。最后,介绍新型可穿戴脑磁技术的发展及其在双语脑功能机制研究中的潜在应用。 2021 Vol. 40 (4): 477-484 [摘要] ( 337 ) HTML (1 KB)  PDF (788 KB)  ( 430 ) 485 PCL基复合骨组织工程支架研究现状及发展 杨湘俊, 陈俊宇, 朱舟, 万乾炳 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2021.04.13 三维骨组织工程支架已成为成骨研究领域的热点。聚己内酯(PCL)具有良好的生物相容性,在骨组织工程研究中被广泛应用于三维支架的制备。但纯PCL支架亲水性差、生物活性低,限制了其在生物医学领域的应用。随着骨组织工程材料研究的发展,大量研究者将PCL与各种无机物、金属元素或胶原等活性材料进行复合,以改善支架性能或引入新的性能。针对PCL基骨组织工程复合支架的材料选择,从PCL复合无机材料、PCL复合水凝胶材料、PCL复合金属元素、PCL复合小分子药物以及PCL复合生物活性分子等5个方面,对各类复合支架的性能及体内外成骨效果等方面进行综述,希望对PCL在骨组织工程中的研究及临床应用提供一定的帮助。 2021 Vol. 40 (4): 485-492 [摘要] ( 577 ) HTML (1 KB)  PDF (801 KB)  ( 891 ) 493 基于磁共振图像的乳腺癌分子分型研究进展 孙榕, 聂生东, 魏珑 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2021.04.014 在基因表达水平上,乳腺癌分子亚型的分析对评价乳腺癌的恶性程度及制定个体化治疗方案具有重要的临床应用价值。除免疫组织化学染色和基因芯片技术外,影像组学的兴起也为乳腺癌分子分型提供新的预测方式。综述基于磁共振成像的乳腺癌分子分型的研究现状。在概述乳腺磁共振成像原理和特点的基础上,分别从统计学分析及机器学习方法的角度,阐述乳腺癌的磁共振影像学表现与各分子亚型之间的关联性研究成果及预测算法,最后对乳腺癌分子分型研究做出总结并对未来的研究进行展望。基于磁共振成像(MRI)的乳腺癌分子分型的研究已取得了一些实质性进展,未来可借助更高阶的算法进一步深入挖掘乳腺癌MRI的形态学、背景实质增强、统计量及纹理等成像特征,使影像学特征作为潜在生物标记物,为乳腺癌的精准医疗提供帮助。 2021 Vol. 40 (4): 493-502 [摘要] ( 425 ) HTML (1 KB)  PDF (5890 KB)  ( 707 ) 503 双光子显微镜技术在脑微循环研究中的应用 刘双双, 王君, 尹伟, 娄绘芳, 沈逸 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2021.04.015 双光子显微镜突破传统光学显微镜和激光扫描共聚焦显微镜的局限,应用双光子吸收理论,采用飞秒脉冲激光技术,深入组织内部非线性激发荧光。双光子显微镜具有穿透能力强和光毒性小的特性,可实现活体动物脑内微循环系统的长时程可视化观测,对研究动物大脑皮层微循环网络结构以及血流灌注和血氧代谢特征具有独特优势。近年来双光子显微镜技术不断迭代发展,其应用不断拓展,利用双光子显微镜可实现软脑膜下单根微血管血流信号的检测及光化学操控,为缺血性脑血管疾病和阿尔兹海默症发病机制的基础和临床研究开辟了有价值的微循环检测窗口。从双光子显微镜技术的成像原理入手,介绍其技术特点和进展,并从量化血流动力学变化、测量氧分压、检测白细胞-内皮细胞相互作用和建立脑中风模型4个方面概述应用现状,分析存在的问题并提出解决对策。 2021 Vol. 40 (4): 503-512 [摘要] ( 355 ) HTML (1 KB)  PDF (10739 KB)  ( 113 )

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