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2022年 41卷 2期 刊出日期：2022-04-20 论著 综述 简讯 目录        目录 0 目录 2022 Vol. 41 (2): 0-0 [摘要] ( 68 ) HTML (1 KB)  PDF (265 KB)  ( 71 )        论著 129 基于被动听觉ERP范式的慢性意识障碍患者个体评估研究 王小宇, 杨艺, 李凡, 陈雪玲, 高寒冰, 马兆楠, 何江弘, 丛丰裕 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2022.02.001 近年来,大脑功能检测技术逐渐应用于意识障碍(DoC)患者的意识水平评估,以期降低仅依靠临床主观行为量表评估的误诊率。其中,被动听觉事件相关电位(ERPs)范式下诱发的N1和失匹配负波(MMN)成分被认为是反应DoC患者意识水平的关键脑功能指标,但目前仍局限于组别层面的统计分析结果,其在DoC患者个体水平的评估效能尚待挖掘。根据N1和MMN成分的特性,提出了一种适用于被动听觉ERPs范式下DoC患者个体评估的深度学习算法。该方法引入了特征融合的数据扩增策略,即在单被试数据中随机抽取不同类型的试次进行空间级联形成新的融合样本,并结合EEGNET深度学习算法实现自动化特征提取和分类识别。在包含132名被试的单试次数据集上进行测试。对健康被试(38名),微意识状态(40名)和植物状态(54名)患者进行三分类评估。统计分析结果表明,该样本融合策略可显著提升模型分类表现,并在单被试融合样本数量扩增至1 000时模型取得样本水平75.14%的平均分类准确率,以及被试水平83.00%的平均分类准确率,83.79%的精确率和84.02%的召回率。所提出的深度学习框架可有效克服传统方法中存在的个体评估能力不强的问题,为DoC患者个体评估提供新的研究思路。 2022 Vol. 41 (2): 129-139 [摘要] ( 347 ) HTML (1 KB)  PDF (5779 KB)  ( 510 ) 140 基于时变copula互信息的肌间耦合分析 王洪安, 佘青山, 马玉良, 孔万增, 田玉平 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2022.02.002 如何准确、合理地衡量中枢神经系统调控下的肌间耦合关系,是一个富有挑战性的研究课题。在时变copula函数的基础上,通过与熵理论相结合,提出一种时变copula互信息估计方法,并将其应用于10名被试腕屈、腕展运动过程中,肱二头肌(BB)和肱三头肌(TB)记录的表面肌电(sEMG)信号在theta、alpha、beta等特征频段的耦合分析,同时对照静态copula函数验证其有效性,所用数据源自Ninapro DB4。实验结果表明,较之静态copula函数,时变copula函数对肌间相依结构的拟合优度更高,由时变copula互信息描述的肌间耦合强度存在显著的频段差异(P<0.05),具体表现为频段越高肌间耦合强度越低(腕屈:0.075 7~0.214 7 bit;腕展:0.078 0~0.237 3 bit),而静态copula互信息严重地低估肌间耦合强度。时变copula互信息为肌间耦合分析提供一种先进的理论指导方法,具有广阔的应用前景。 2022 Vol. 41 (2): 140-150 [摘要] ( 201 ) HTML (1 KB)  PDF (12508 KB)  ( 167 ) 151 基于相位幅度耦合的酒精依赖患者ERP脑网络分析 刘兴平, 王索刚 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2022.02.003 探索相位幅度耦合和复杂网络方法在酒精依赖患者事件相关电位的脑网络机制研究中的应用。以开源的76例酒精依赖患者和45例健康对照在延迟匹配样本范式中的事件相关电位为研究对象。首先对数据进行预处理,然后使用调制指数方法,计算所有导联对间theta-gamma、alpha-gamma相位幅度耦合(TGC、AGC)强度,构建因果脑网络,并计算网络密度为0.3时的脑网络图论参数。此外,还计算导联内theta、alpha、beta、gamma节律小波包能量,以及疲劳因子,数据以四分位数表示50%(25%, 75%)。结果表明,只有非靶刺激时两组之间的耦合强度有显著差异。酒精依赖患者多个导联对间的TGC、AGC均显著降低(分别占比15.29%、1.29%,均P<0.05),平均耦合强度显著降低,以TGC尤为明显[TGC: 0.014(0.011, 0.018) vs 0.012(0.010, 0.014), P=0.002; AGC: 0.012(0.010, 0.014) vs 0.011(0.010, 0.012), P=0.005]。在TGC网络中,酒精依赖患者的特征路径长度[84.13(60.96, 110.33) vs 104.24(86.93, 118.98), P=0.005]、直径[222.40(154.78, 254.39) vs 253.39(207.82, 307.99), P=0.003]显著增加,平均聚类系数[0.013(0.010, 0.019) vs 0.009(0.008, 0.012), P<0.001]、全局效率[0.014(0.011, 0.016) vs 0.011(0.010, 0.013), P<0.001]、平均局部效率[0.017(0.013, 0.022) vs 0.013(0.011, 0.017), P<0.001]、传递性[0.011(0.008, 0.016) vs 0.008(0.007, 0.010), P<0.001]均显著降低。AGC网络的结果与TGC网络的结果相似,但是其直径无统计学差异。酒精依赖患者多个导联的theta、alpha、beta节律小波包能量显著降低(分别占比95.08%、100%、50.82%,均P<0.05),部分导联的疲劳因子显著降低(占比45.90%,均P<0.05)。在非靶刺激试验时,酒精依赖患者的皮层兴奋性增强,大脑抑制控制能力减弱,TGC和AGC脑网络的功能分离和整合能力降低,脑网络拓扑组织紊乱。 2022 Vol. 41 (2): 151-158 [摘要] ( 222 ) HTML (1 KB)  PDF (6288 KB)  ( 266 ) 159 基于传递熵的复杂网络人体平衡特征分析 王哲远, 罗志增, 裘晟晨 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2022.02.004 为克服人体平衡能力医学评估方法中的主观性缺陷,提出一种基于相位同步数据筛选和传递熵脑网络特征的人体平衡能力评估算法;采集20名被试在本体觉与视觉分别被阻断的4种范式下共1 200 min的EEG平衡数据;基于人体平衡生理机制,利用相位同步特性计算每段数据间的锁相值,并按照调节指标筛选出有效数据段,经过数据筛选后得到859段有效数据,每段长度在50~2 000 ms。利用该数据构建基于传递熵的脑功能网络连接模型,并定义了一种能够同步反映人体平衡信息接收与运动感觉协同处理的特征系数。在同一批次的实验数据中进行10折交叉验证。结果发现,新特征的加入将4类范式的整体分类准确率提高到73.63%,高于其他脑功能网络特征(56.23%)和足底压力中心(COP)特征(67.90%)。根据同步性分析结果推断视觉系统在人体平衡调节中占据主要作用;人体平衡协调新特征的应用可使平衡分类结果准确性有效提高。 2022 Vol. 41 (2): 159-166 [摘要] ( 177 ) HTML (1 KB)  PDF (3609 KB)  ( 347 ) 167 融合感受野模块的卷积神经网络视杯视盘联合分割 于舒扬, 袁鑫, 郑秀娟 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2022.02.005 青光眼是世界第一大不可逆致盲性眼病,早期诊断和及时治疗是预防青光眼致盲的有效措施。眼底图像中的杯盘比是青光眼早期筛查与临床诊断的重要指标。因此,精确的视杯视盘分割是准确计算杯盘比并提高青光眼计算机辅助诊断技术的关键。针对这一问题,在对眼底图像进行极坐标变换的基础上,提出一种融合感受野模块的卷积神经网络Seg-RFNet,以实现视杯视盘联合分割。Seg-RFNet以SegNet框架为基础,使用ResNet50作为编码层,增强图像的特征提取能力,并对编码层进行分支处理,进一步获得更多的深层语义信息;同时在编码层和解码层之间加入感受野模块,模拟人类视觉系统,在增大感受野的同时增强了有用特征的响应。使用MICCAI 2018公开数据集REFUGE中的800张眼底图像对所提出方法与其他方法进行性能验证和比较。结果表明,Seg-RFNet分割视杯和视盘的Jaccard相似度分别0.951 5和0.872 0,F分数达到了0.974 9和0.930 1,与常用的U-Net、SegNet 网络相比,Seg-RFNet具有更好的视杯视盘联合分割精度,为计算杯盘比提供了精确分割基础。 2022 Vol. 41 (2): 167-176 [摘要] ( 183 ) HTML (1 KB)  PDF (7569 KB)  ( 615 ) 177 基于深度级联森林的乳腺癌基因数据分类研究 秦喜文, 王芮, 张斯琪 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2022.02.006 乳腺癌基因数据的分类研究在临床医学上具有重要意义。针对基因数据的结构复杂、高维小样本等特点,提出一种最大相关最小条件冗余和深度级联森林结合的基因数据分类方法。选取博德基因研究所乳腺癌基因表达数据集,共98个数据作为样本,每个样本包含1 213个特征基因。首先对数据进行标准化处理,然后利用最大相关最小条件冗余选取特征子集,最后使用深度级联森林对特征子集进行分类。将随机森林、支持向量机和BP神经网络作为对比方法。结果表明,所提出的最大相关最小条件冗余和深度级联森林结合方法的最佳分类准确率达到93.78%,明显优于其他方法。该方法能有效提高乳腺癌基因数据的分类准确率,对基于基因数据的乳腺癌分类具有重要的理论意义与实用价值。 2022 Vol. 41 (2): 177-185 [摘要] ( 180 ) HTML (1 KB)  PDF (2107 KB)  ( 253 ) 186 基于纵向时间深度网络融合的乳腺癌新辅助化疗疗效预测 薛泰龙, 范明, 陈淑君, 厉力华 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2022.02.007 新辅助化疗提高了乳腺癌的治愈率,但并不是对所有患者都有效,准确预测化疗疗效可以为患者治疗方案的制定提供参考价值。本研究使用深度学习的方法,融合纵向时间的动态增强磁共振成像(DCE-MRI)的影像特征对新辅助化疗疗效进行预测。分析164例进行了乳腺癌新辅助化疗患者的DCE-MRI影像,从每例患者影像数据集中挑选肿瘤最大径及上下2张切片以扩充数据量至442例,并随机划分为训练集312例,测试集130例。DCE-MRI影像共6个序列,分割每个序列的乳房区域,去除皮肤和胸腔,使用深度学习模型分别根据化疗前影像、2个疗程化疗后影像、化疗前和2个疗程化疗后影像相融合对新辅助化疗疗效进行预测,并绘制预测结果的ROC曲线,计算对应曲线下面积(AUC)评估模型的分类性能。深度学习模型对化疗前影像、2个疗程化疗后影像的疗效预测的最佳AUC分别为0.775和0.808,融合化疗前和2个疗程化疗后影像对疗效进行预测的最佳AUC为0.863,预测效果优于仅使用化疗前的影像。实验结果表明,相较于单独使用化疗前影像,融合使用纵向时间的影像可以提高对新辅助化疗疗效的预测性能。 2022 Vol. 41 (2): 186-194 [摘要] ( 254 ) HTML (1 KB)  PDF (7317 KB)  ( 190 ) 195 压力旋流喷染技术在血涂片染色中的研究与应用 王国伟, 李旺鑫, 梅茜, 董文飞 DOI: 10.3969/j.ssn.0258-8021.2022.02.008 针对人工滴染血涂片出现的染色不均匀、效率较低等问题,提出一种基于压力旋流雾化喷头对血涂片进行喷染的方法。采用数值模拟与实验相结合的方法对瑞氏-姬姆萨染液雾化过程进行分析,并探索最佳喷染参数。首先利用ANSYS软件仿真计算染液在喷头内部的流动状态,然后使用相机和喷雾激光粒度仪搭建喷头外部雾化场实验平台,喷头外部入口压力分别选取0.10、0.12、0.14、0.16、0.18、0.20、0.22、0.24 MPa,测量染液的雾化角以及喷头正下方10~50 mm的雾化区域内测量点的雾滴粒径参数(Dv10,Dv90和雾滴体积中径Dv50),计算粒度分布跨度S,并在此基础上开展血涂片喷染研究,并对比了人工滴染和喷染后的细胞图像背景灰度参数。仿真结果表明:染液在压力旋流雾化喷头出口处形成高速液膜,为形成雾化场提供理论依据。实验结果表明:当喷头入口压力为0.20 MPa时,距离喷头正下方35 mm处喷染界面具备最优的雾化质量,此时喷头雾化角为76.13°,雾滴体积中径为75 μm,雾滴粒度分布跨度为1.72。基于该参数条件进行喷染后的细胞图像背景灰度参数与滴染相比存在显著性差异(P＜0.01),喷染后的细胞图像背景灰度显著降低。研究结果表明,压力旋流雾化喷头可以应用于血涂片染色,并且喷染后的血涂片染色均匀,具备良好的染色效果,为血涂片染色提供了新的方案。 2022 Vol. 41 (2): 195-203 [摘要] ( 172 ) HTML (1 KB)  PDF (4875 KB)  ( 161 )        综述 204 结合稳态视觉诱发电位的多模态脑机接口研究进展 迟新一, 崔红岩, 陈小刚 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2022.02.009 脑机接口(BCI)能够在大脑与外部环境之间建立一种不依赖于外周神经或肌肉的交流与控制通道,有助于恢复运动障碍者的生活自理能力,是当前神经工程领域最活跃的研究方向之一。其中,稳态视觉诱发电位(SSVEP)脑机接口因信息传输率(ITR)高、所需训练少而备受关注。现有的无创高通讯速率脑机接口系统主要是来自于或基于SSVEP。近年来,为进一步提高脑机接口性能,整合SSVEP与其他类型输入信号的多模态脑机接口逐渐成为脑机接口研究的新趋势。从输入信号类型、实验范式和信号融合等方面,综述结合SSVEP 的多模态脑机接口研究进展,帮助相关研究者理解该领域研究动态,以启发高通讯速率脑机接口系统的设计与实现。同时探讨目前结合SSVEP的多模态脑机接口存在的问题和未来可能的发展趋势,以期推动结合SSVEP的多模态脑机接口技术的发展。 2022 Vol. 41 (2): 204-213 [摘要] ( 213 ) HTML (1 KB)  PDF (1245 KB)  ( 780 ) 214 经颅电刺激技术用于运动表现提升的研究进展 张娜, 刘卉, 苗雨, 亓丰学 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2022.02.010 经颅电刺激(TES)包括经颅直流电刺激、经颅交流电刺激和经颅随机噪声刺激,是一种非侵入的脑刺激技术。通过不同尺寸的电极将特定模式的低强度电流作用于特定的脑区,调节大脑皮质神经活动和/或兴奋性,增强大脑与神经、肌肉的连接,达到改善运动表现的作用。目前TES技术正在实现从实验室研究到运动科学应用研究的转变。首先阐述TES作用于大脑皮质的神经机制,着重评述近20年来TES在人类运动表现提升方面的研究进展,包括身体平衡、耐力表现、运动疲劳、肌肉力量和运动学习能力等5个方面;然后综述TES在脑网络功能连通性中应用的相关研究,并探讨该领域对TES改善运动表现的重要意义; 最后对TES在运动表现提升中的应用研究进行展望。 2022 Vol. 41 (2): 214-223 [摘要] ( 210 ) HTML (1 KB)  PDF (1243 KB)  ( 166 ) 224 用于肿瘤调强放射治疗影像分析与转换的深度学习方法 刘国才, 顾冬冬, 刘骁, 刘劲光, 刘焰飞, 张毛蛋 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2022.02.011 癌症已成为严重威胁人类健康的主要公共卫生问题。60%~70%的癌症患者需要进行放射治疗。调强放疗是当前主要的临床放疗技术。对近几年基于深度学习的影像分析与转换方法在肿瘤调强放疗计划中的应用进展及关键技术进行综述,包括计算机断层扫描(CT)、锥形束CT(CBCT)、磁共振成像(MRI)、正电子发射断层扫描(PET)引导的肿瘤调强放疗技术应用现状与发展趋势,肿瘤CT/CBCT/MRI/PET影像放疗靶区分割、影像配准以及转换深度卷积神经网络、生成对抗网络的有监督或无监督学习方法,并对未来的研究方向进行展望。 2022 Vol. 41 (2): 224-237 [摘要] ( 190 ) HTML (1 KB)  PDF (878 KB)  ( 536 ) 238 介入再生医学中干细胞治疗研究进展 关斯文, 刘旋, 刘刚 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2022.02.012 介入再生医学(IRM)是一门通过影像引导微创手术与干细胞的局部递送实现受损器官修复和再生的交叉学科。近年来,基于干细胞的再生治疗已在多项疾病的临床试验中显示出应用前景,然而,通过静脉输入的干细胞会大量聚集于肺和网状内皮系统中,仅有少量细胞能够到达靶组织,使干细胞的临床应用效果难以实现,局部靶向递送是一种有效解决方案。IRM旨在通过经血管内注射、腔内注射或直接注射,将干细胞靶向递送到目标组织器官,提高干细胞再生治疗的功效。综述了再生治疗中常用的干细胞来源、干细胞靶向递送涉及的疾病类型、递送途径和作用机制,展示了IRM中干细胞治疗的研究进展和发展趋势,并对IRM的应用前景及其转化所面临的挑战进行展望和总结。 2022 Vol. 41 (2): 238-246 [摘要] ( 140 ) HTML (1 KB)  PDF (2046 KB)  ( 360 )        简讯 247 基于数字图像处理的初级纤毛定量分析 李金, 杨鹏飞, 王菊芳, 何进鹏, 马伟, 周珩 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2022.02.013 初级纤毛是一种由微管构成并突起于细胞表面的细胞器。初级纤毛的结构在某些疾病中会发生改变,特别对肿瘤的发生发展具有重要的影响。基于显微影响,分析初级纤毛的形态结构,有助于相关疾病的研究和诊断。传统分析方法主要采用Photoshop软件画线量取其长度指标,因此存在准确度低、重复性差、分析效率低等问题。本研究结合数字图像处理技术,应用色彩分离技术,将细胞与初级纤毛有效分离;并对比分析中值滤波、均值滤波、Sobel、Roberts、Prewitt、Log算子多种算法对初级纤毛形态边缘的保持效果,选取Prewitt、Log算子,改进并提升边界提取效果;再利用最大类间方差法去除杂质;最后通过连通域标记获得每个初级纤毛的周长与面积参数。与传统方法对比,本研究方法测量初级纤毛结构参数的时间由50~80 min减少为2 s,相对误差ω提高了19.08%以上,达到了快速精确测量的目的。 2022 Vol. 41 (2): 247-251 [摘要] ( 235 ) HTML (1 KB)  PDF (4164 KB)  ( 260 ) 252 不同算法下鼻咽癌调强放射治疗计划中空腔和骨性结构对剂量评估的影响 申正文, 谭霞, 李师, 田秀梅, 罗焕丽, 靳富, 王颖 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2022.02.014 评估AAA、AXB算法在鼻咽癌调强放射治疗(IMRT)中剂量计算的准确性,并分析空腔和骨性结构对剂量计算准确性造成的影响,以期指导临床应用。选取20例鼻咽癌IMRT计划导入SciMoCa中,使用蒙特卡罗算法进行独立验算,以蒙特卡罗计算结果为标准,对比光子剂量算法(AAA和AXB)对靶区和危及器官的剂量差异,以及γ通过率,并分析空腔和骨性结构对剂量分布的影响。结果表明:使用AAA、AXB算法的计划平均γ通过率分别为95.99%和96.26%,无统计学差异(P>0.05)。靶区内空腔区域AAA、AXB算法的平均剂量偏差为-2.26%和-0.33%,γ通过率为80.22%和98.55%;靶区内骨性结构区域AAA、AXB算法的平均剂量偏差为1.43%和0.17%,γ通过率为93.25%和99.72%。AAA算法下靶区内空腔区域的γ通过率与其体积呈线性正比(r=0.65),靶区骨性结构区域的γ通过率与其体积呈线性反比(r=-0.74);当空腔体积<20 cm3或骨性结构体积>10 cm3时,γ通过率均<95%。使用AAA算法时需要注意靶区内空腔和骨性结构的体积对剂量计算准确性的影响,而使用AXB算法时无需考虑空腔和骨性结构体积的影响,其计算结果与蒙特卡罗算法更接近。 2022 Vol. 41 (2): 252-256 [摘要] ( 150 ) HTML (1 KB)  PDF (741 KB)  ( 370 )

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