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2021年 40卷 6期 刊出日期：2021-12-20 论著 综述 简讯 目录 索引        目录 640 目录 2021 Vol. 40 (6): 640-640 [摘要] ( 130 ) HTML (1 KB)  PDF (253 KB)  ( 151 )        论著 641 基于深浅特征融合的深度卷积残差网络的脑电情绪识别模型 周如双, 赵慧琳, 林玮玥, 胡婉柔, 张力, 黄淦, 李琳玲, 张治国, 梁臻 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2021.06.01 基于脑电信号的智能情绪识别系统具有便携性、高时间分辨率、实时性等特点,能够在健康、娱乐、教育等多个领域实现情绪监控与调节的应用。但由于脑电信号的非平稳性和个体差异性,传统分类器难以深入提取脑电信号中潜在的与情绪语义相关的特征。为了有效地提取脑电特征,提高脑电-情绪识别的准确性,提出一种新型的基于深浅特征融合的深度卷积残差网络情绪识别模型,主要包括浅层-深层特征提取两个模块和分类模块。首先,通过设计多层不同卷积核的卷积层,以实现浅层时-空特征提取;其次,将所提取的浅层时-空特征输入到双向GRU网络和注意力机制网络,进一步提取得到浅层-深层融合特征;最后,将浅层-深层融合特征输入到全连接层进行分类。使用DEAP数据集中76 800个脑电样本进行基于被试独立的留一交叉验证,在效价和唤醒度的维度上,跨个体、跨试次、跨时间的二分类准确率分别为96.95%和97.22%,比现有同类模型的最优识别性能分别提升3.53%和4.25%。另外,模型的性能也在MAHNOB-HCI和SEED数据集上得到验证。结果表明,提出的模型能有效地提取与情绪语义相关的脑电特征。 2021 Vol. 40 (6): 641-652 [摘要] ( 528 ) HTML (1 KB)  PDF (2347 KB)  ( 949 ) 653 自闭症谱系障碍儿童静息状态下脑电微状态研究 张锁良, 万灵燕, 张志明, 康健楠, 李小俚, 庞姣 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2021.06.02 利用微状态分析方法,在静息状态下的脑电图(EEG)尺度上探究自闭症谱系障碍(ASD)儿童与正常儿童(TD)在脑机制上的差异。根据Cartool中的准则和不同微状态类别的数目对于被试者EEG数据的解释程度,确定微状态类别的数目为4;使用原子化与凝聚层次聚类算法,分割出个人水平和组水平上的微状态类别,分别标记为微状态A、B、C和D。然后根据这4类微状态的地形图和EEG数据各时间点的GEV相关性,将数据拟合回EEG数据,最终得到微状态时间序列,提取时域上的参数特征,比较ASD组和TD组的差异。选取的时间参数为平均持续时间、发生频率、时间覆盖率和转移概率,并通过计算马尔可夫模型的方法探究微状态序列的独立性。结果表明,在ASD组vs TD组中表现有统计差异(P<0.05)的微状态时间参数有:持续时间 (A:0.110±0.013 vs 0.180±0.048,C:0.140±0.024 vs 0.220±0.067,D:0.130±0.050 vs 0.190±0.037,单位:s)、时间覆盖率 (A:22.0±5.4 vs 27.0±7.2,B:27.0±4.7 vs 18.0±5.5,单位:%)、发生频率 (A:1.93±0.52 vs 1.55±0.22,B:2.08±0.46 vs 1.39±0.32,C:2.10±0.49 vs 1.47±0.30,D:1.78±0.19 vs 1.27±0.27,单位:次/s),且卡方检验不支持微状态类别之间在时间序列上是独立的零假设(P<0.01),提示微状态类别之间存在依赖性以及信息共享性。本研究为自闭症的评估提供了客观指标和科学依据。 2021 Vol. 40 (6): 653-661 [摘要] ( 344 ) HTML (1 KB)  PDF (4865 KB)  ( 698 ) 662 轻度认知障碍老年人脑电的非线性相互依赖脑网络分析 闫彦, 肖莎莎, 刘梦, 李云霞, 李颖洁 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2021.06.03 本研究旨在初步探究患轻度认知障碍(MCI)的老年人及正常老年人进行情绪调控时的大脑网络特性。记录了14位MCI患者及18个正常人进行认知重评的情绪调控实验时的头皮脑电信号(EEG),包括中性观看、负性观看和负性重评任务。并采用非线性相互依赖性的方法衡量不同频段的大脑区域间的连接强度,然后根据非线性相互依赖性指数构建两组受试者的大脑功能网络,并运用全局效率和平均局部效率来分析脑区的信息传递效率。研究结果显示,MCI患者脑电theta(F=6.805, P=0.014,η2=0.185)和alpha(负性观看任务:t=2.437,P=0.021, Cohen's d=0.865)活动的非线性相互依赖性指数显著低于正常对照组。在特定阈值下(低gamma频段阈值0.070;theta频段阈值0.075;alpha频段阈值0.115和0.125),MCI患者的网络效率显著低于正常对照组。此外还发现(阈值0.115)正常对照组表现出显著的重评效应(F=5.549,P=0.008,η2=0.246),即负性观看条件下(P=0.018) 的alpha全局效率(0.713±0.042)显著高于负性重评条件下的alpha全局效率(0.699±0.045),MCI组没有发现类似的重评效应。研究表明,MCI患者的情绪调控脑网络异常,表现在大脑信息交换效率低下。未发现非线性相互依赖性、网络效率与行为学、认知分数之间的显著皮尔逊相关性。未来可以对非线性相关性进行深入研究,从而发现更稳定的MCI情绪调控脑网络特征。 2021 Vol. 40 (6): 662-673 [摘要] ( 292 ) HTML (1 KB)  PDF (4124 KB)  ( 540 ) 674 鼻腔内机械振荡刺激对健康人群静息态脑电图相对功率及有效连接的影响 俞孝儒, 徐文龙, 徐冰俏, 葛巧玲 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2021.06.04 鼻腔内机械振荡刺激(iMVS)是一种新型的无创神经刺激技术, 可提升边缘系统内在功能活性从而改善自主神经平衡。通过分析iMVS对健康人群脑电图(EEG)相对功率以及EEG有效连接的影响,探索iMVS的神经生理机制。将22名健康成年被试随机均分为刺激组与对照组,并对11名刺激组被试两侧鼻腔各进行10 min的iMVS,11名对照组被试进行假刺激。在iMVS前和iMVS结束30 min后记录被试的静息态脑电图。采用Welch变换进行相对功率分析;采用直接定向传递函数(dDTF)进行有效连接分析;采用独立样本t检验、配对t检验以及FDR方法进行统计学分析。结果显示,iMVS后刺激组被试的alpha、beta频段EEG相对功率显著提升。刺激组alpha频段相对功率从51.57%±5.93%上升至57.33%±4.59%,其中C3、C4、T8、O1、O2导联的alpha频段相对功率提升显著(P<0.05);刺激组beta频段相对功率从7.28%±0.11%上升至8.36%±0.44%,其中C3、C4、T7、T8、O2导联的beta频段相对功率提升显著(P<0.05); iMVS后刺激组被试的alpha频段dDTF值显著提升,刺激组alpha频段dDTF值由0.052±0.0017提升至0.0592±0.0028,其中F4至F3、O2至F3、C4至F4、O2至F4、F3至C3、C4至C3、F3至T7、C4至T8、O2至O1方向的dDTF值显著提升(P<0.05)。刺激前后对照组的EEG相对功率以及EEG有效连接未见显著变化。大脑边缘系统的内在功能活性与alpha、beta频段EEG相对功率以及alpha频段EEG有效连接呈正相关。研究结果表明,在刺激结束30 min后iMVS技术对于边缘系统的内在功能活性具有提升作用。研究首次从脑电分析角度阐释iMVS改善自主神经平衡的相关机制,并为采用EEG相对功率和EEG有效连接作为iMVS效用评价的生物标记物提供证据。 2021 Vol. 40 (6): 674-680 [摘要] ( 261 ) HTML (1 KB)  PDF (2408 KB)  ( 261 ) 681 基于深度学习的肺腺癌肿瘤突变负荷的预测 孙德伟, 王志刚, 杨啸林, 孟祥福 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2021.06.05 肿瘤突变负荷(TMB)与非小细胞肺癌(NSCLC)的免疫治疗疗效呈正相关,并且在近期的相关研究中,肿瘤突变负荷对靶向治疗及化疗的疗效也有一定的预测作用。因此,提出一种融合注意力机制的Inception深度学习模型(CAIM),用于对TCGA数据库中的非小型细胞肺癌中的肺腺癌的病理切片进行识别。首先,对数据样本进行切分,裁剪成小切片;然后送入到深度学习模型中,通过卷积学习图像特征,再与注意力机制结合进一步加强特征的提取;最后通过对小切片预测信息的整合,自动判别肺腺癌病理切片TMB值的高低。数据集由337张肺腺癌病理组织切片组成,其中高TMB值的数据271张,低TMB值的数据实验66张。结果表明,所提方法的性能平均曲线下面积(AUC)为0.82,明显高于图像分类方法残差网络(ResNet)的AUC值0.66。研究结果对临床实践中肿瘤突变负荷的检测和辅助诊断具有重要意义。 2021 Vol. 40 (6): 681-690 [摘要] ( 415 ) HTML (1 KB)  PDF (3690 KB)  ( 478 ) 691 基于尺寸自适应深度神经网络的胸部CT图像肺结节检测 艾琦, 王军, 任福全, 翁文采, 于秋磊 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2021.06.06 使用计算机断层扫描(CT) 筛查肺结节是早期肺癌诊断的重要手段。但由于肺结节在形状、大小和位置上有存在很大的差异,目前肺结节尤其是小结节的自动检测依然具有挑战性。为了实现高灵敏度的肺结节检测,提出一种新的计算机辅助检测系统,该系统采用两种新的策略:尺寸自适应候选检测(SACD)和尺寸自适应假阳性抑制(SAFPR)。首先,SACD结合深层和浅层卷积特征构建高级特征,以获得感兴趣区域的位置和大小信息;然后将检测结果送入用于筛查不同大小结节的3个并行子网络,从而细化SACD的检测结果,提高检测系统的准确性和鲁棒性。在LIDC-IDRI数据集 (1 186个结节)上的验证结果表明,该系统在1 FPs/扫描的情况下,可以达到96%的灵敏度,其性能可达到或优于最新的智能诊断系统。在包含430个结节的独立数据集实验结果表明,对于(3.89±2.34)mm的结节,在0.3FPs/扫描时,该系统的检测灵敏度为69.53%,与两位经验丰富的放射科医生的人工筛查结果相当,表明该系统具有一定的临床应用价值。 2021 Vol. 40 (6): 691-700 [摘要] ( 285 ) HTML (1 KB)  PDF (10477 KB)  ( 121 ) 701 基于多尺度特征感知的胸腔图像危及器官分割 邓仕俊, 汤红忠, 曾黎, 曾淑英, 张东波 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2021.06.07 医学图像危及器官自动分割是计算机辅助诊断中的重要组成部分,对辅助医生高质高效完成放射治疗有着极其重要的作用。胸腔CT图像对比度低,且各器官之间重叠交错、边界模糊,使得危及器官的精确分割具有较大的挑战性。提出一种多尺度特征感知的编码-解码网络模型(FA-Unet),实现胸腔CT图像危及器官的分割。针对胸腔中四类器官大小差异的问题,首先构建了输入感知模型,提取图像中各器官的多尺度特征。为了弥补编码与解码之间的语义鸿沟,在解码-编码中融入改进的inception模块。用空间金字塔卷积(ESP)与金字塔池化(PSP)模块代替传统的串行卷积运算,使得网络模型更为轻量化,在一定程度上缓解数据量不足带来的过拟合问题。采用一种联合Dice系数与交叉熵的损失函数训练分割网络,可解决胸腔CT图像中类别不平衡的问题。最后,在2019年ISBI发布的SegTHOR数据集上验证模型的有效性,该数据集共包括40例肺癌或霍奇金淋巴瘤患者的胸腔CT图像7 390张。实验结果表明,胸腔CT图像各器官分割的Dice系数分别为食道0.793 2、心脏0.935 9、气管0.854 9、主动脉0.889 0,Hausdorff距离分别为食道1.420 7、心脏0.212 4、气管0.627 3、主动脉0.887 0。结果表明,与同类型分割网络相比,模型可获得较好的分割性能,尤其在小目标器官的分割上取得竞争性优势。 2021 Vol. 40 (6): 701-711 [摘要] ( 276 ) HTML (1 KB)  PDF (4978 KB)  ( 306 ) 712 导尿管表面局麻药物缓释涂层的形成及其镇痛效果研究 赖馨宁, 校博, 黄宇光, 许海燕, 许力, 刘健 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2021.06.08 导尿管插管及留置会引起患者的不适和疼痛,并可能引发严重的不良反应,而临床上现有的解决方案只能短时缓解患者的不适症状。为此,开发了一种能够简单方便地在导管表面形成局部麻醉药长效释放涂层的技术,以实现留置导尿管麻醉效果的长效化。将聚乙烯醇、泊洛沙姆407、利多卡因共混后作为成膜液,在导尿管表面成膜(LID-P407-PVA),适当条件下获得的缓释药膜表面平整、厚度适宜、润湿性良好。体外释放结果表明,LID-P407-PVA在水中能持续释放利多卡因长达48 h。用热刺激致小鼠疼痛模型(n ≥5)评价LID-P407-PVA的体内镇痛效果,表明在小鼠坐骨神经旁埋入LID-P407-PVA可产生显著的感觉阻滞,其效果可持续20小时以上,与游离药物组相比有显著的延长,显示良好的体内持续镇痛作用。手术后对植入部位的组织病理评价显示,LID-P407-PVA的组织相容性良好。 2021 Vol. 40 (6): 712-718 [摘要] ( 214 ) HTML (1 KB)  PDF (4995 KB)  ( 305 )        综述 719 脑-机交互运动训练的神经反馈方法及康复应用 何峰, 何蓓蓓, 王仲朋, 陈龙, 明东 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2021.06.09 运动功能是人类存活、劳动及对外交流的必备功能,但常因疾病或意外而受损甚至丧失。脑卒中即是运动功能损伤的疾患典型,已成为我国乃至全世界成年人第一致残疾病。而传统康复训练难以诱导患者主动操控肢体的皮层-肌肉耦合,尤缺镜像神经元与神经可塑机制配合,导致康复效果受限。近年来,采用基于脑-机接口(BCI)等新兴人机交互技术的运动神经反馈训练(NFT)新方法,能使患者中枢神经信息量化可视与肢体运动真实可感,促进整体神经传导通路与运动功能全面按意愿主动修复与重建。通过综述脑-机交互运动训练的神经反馈基本原理,结合目前基于视觉、听觉、触觉、多感官融合的反馈训练方法以及临床应用,展望未来脑-机交互训练在多感官协调方面,调动患者自身能动性与外在辅助功能相结合的闭环可控、可调训练模式的发展。 2021 Vol. 40 (6): 719-730 [摘要] ( 502 ) HTML (1 KB)  PDF (6872 KB)  ( 168 ) 731 生物光声层析成像中超声探测器特性对图像质量的影响及解决方法 孙正, 孙慧峰 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2021.06.10 生物光声层析成像(PAT)是一种多物理场耦合的新型复合功能成像方法,对肿瘤和心血管疾病等的早期检测和准确诊断具有极高的研究价值。在PAT图像重建中,为了简化问题,通常假设超声探测器是具有全向响应的理想点探测器,在目标周围形成一个连续完整的测量面,且不考虑探测器的空间脉冲响应(SIR)和电脉冲响应(EIR)对成像质量的影响。但在实际应用中,这一理想假设会导致成像分辨率和图像质量的下降。从有限孔径效应、SIR和EIR、方向性、扫描半径、有限测量角度和有限带宽以及位置不确定性等6个方面,就超声探测器特性对图像重建的影响,综述相应的解决方法,对比不同方法的优缺点以及适用范围,并展望未来可能的发展方向。 2021 Vol. 40 (6): 731-742 [摘要] ( 290 ) HTML (1 KB)  PDF (7883 KB)  ( 159 ) 743 皮质肌肉相干的影响因素及康复应用 史献乐, 徐瑞, 王瑶瑶, 孟琳, 刘源, 明东 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2021.06.11 皮质肌肉相干(CMC)是了解大脑皮质如何控制肌肉运动,以及评估大脑运动皮层与相关肌肉之间功能耦合的一种工具,在康复评估的相关研究中具有重要意义。从CMC的定义出发,概括了CMC在α、β与γ等3个主要频带的频率分布特征;从理论研究的角度,总结了作用力水平、年龄和病理状态等因素对CMC的影响;在CMC的应用研究方面,着重介绍了其在脑卒中以及其他运动障碍类患者康复中的应用。最后论述了有关CMC研究中的一些局限性,同时就CMC的后续发展提出了可改进与探索之处,以期为相关的康复研究提供新的视角和手段。 2021 Vol. 40 (6): 743-751 [摘要] ( 539 ) HTML (1 KB)  PDF (1946 KB)  ( 476 ) 752 神经精神疾病自动分类与预测研究进展 陈小怡, 周静, 柯鹏飞, 孔令茵, 吴逢春, 吴凯 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2021.06.12 神经精神疾病的神经病理机制仍有许多未知,客观临床诊断标准也十分欠缺,其诊断与预后面临巨大挑战。随着神经影像技术的快速发展,神经影像数据被广泛应用于神经精神疾病神经病理机制的探索和潜在生物标志物的发掘。相比于实现群体水平分析的传统单变量分析方法,机器学习模型基于神经影像数据,实现神经精神疾病的个体化、智能化预测。综述近年来基于机器学习的神经精神疾病自动分类与预测研究进展,从机器学习基本原理和精神分裂症、抑郁症、阿尔兹海默症与帕金森病等4种典型神经精神疾病的最新研究成果等方面进行了总结和分析。目前,疾病自动分类与预测研究还存在着样本量小、可重复性低等局限性,未来可以通过多站点数据协同分析来提高研究的样本量。此外,深度学习和跨疾病诊断与预测也是未来研究的重要方向。 2021 Vol. 40 (6): 752-763 [摘要] ( 333 ) HTML (1 KB)  PDF (1855 KB)  ( 862 )        简讯 764 上肢康复训练机器人镜像运动实现方法 李军强, 胥述, 杨冬, 李铁军 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2021.06.13 针对偏瘫患者上肢康复训练需求,提出一种上肢康复训练机器人镜像运动实现方法。利用Kinect 2.0检测人体健肢运动信息,实时进行数据处理与患肢轨迹规划,驱动患肢运动实现康复训练。为解决Kinect 2.0检测数据不稳定的问题,采用带有趋势因子的限幅滤波方法;基于Bezier曲线的轨迹规划方法,实时生成患肢运动轨迹与控制信息。在所搭建的上肢外骨骼康复机器人系统试验平台上进行镜像康复运动试验。试验结果表明,所提出的上肢康复训练机器人镜像运动实现方法较好的实现了患肢的镜像康复运动,患肢运动轨迹、速度、加速度连续无突变,具有较好的实时性和平稳性。 2021 Vol. 40 (6): 764-768 [摘要] ( 325 ) HTML (1 KB)  PDF (3142 KB)  ( 408 )        索引 769 总目次索引 2021 Vol. 40 (6): 769-769 [摘要] ( 151 ) HTML (1 KB)  PDF (884 KB)  ( 118 ) 770 作者索引 2021 Vol. 40 (6): 770-770 [摘要] ( 100 ) HTML (1 KB)  PDF (803 KB)  ( 133 )

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