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2022年 41卷 3期 刊出日期：2022-06-20 论著 综述 简讯 目录        目录 0 目录 2022 Vol. 41 (3): 0-0 [摘要] ( 106 ) HTML (1 KB)  PDF (247 KB)  ( 44 )        论著 257 帕金森病人脑电溯源与脑功能网络特性研究 王钊雅, 姚尧, 尹宁, 冯珂珂, 徐桂芝, 尹绍雅 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2022.03.001 帕金森病是老年人群中常发的神经退行性疾病,目前仍然缺乏公认的特异生化诊断指标。为了探索帕金森患者和健康受试的脑电差异,对26 名帕金森患者和26 名健康受试者进行闭眼静息态EEG的采集,利用MMSE和MoCA量表对受试者的认知功能进行主观评定,利用UPDRS和H&Y分级对受试者的运动功能进行评估。首先采用标准化低分辨率脑电磁层析成像对两组受试者脑电信号进行了溯源分析,而后采用滞后相位同步方法对脑功能网络进行差异性分析,进而对比分析两组受试者脑功能网络的拓扑特性。溯源分析结果表明,与健康对照组相比,PD组存在差异的脑区是枕叶和顶叶,α2频段楔前叶(BA7)电流密度显著降低;β1频段额叶与枕叶之间脑功能连接降低,患者脑功能网络的平均聚类系数C、全局效率Eg和节点度D比健康对照组显著降低(P<0.01)(患者: C=0.54±0.14,Eg=0.71±0.09,D=26.88±9.88;健康对照组: C=0.75±0.13,Eg=0.83±0.09,D=42.21±11.19),患者组平均特征路径长度L比健康对照组显著升高(患者: L=1.61±0.2;健康对照组: L=1.34±0.19,P< 0.01)。本研究α2频段楔前叶电流密度显著降低以及β1频段脑功能连接效率降低对帕金森病的诊断具有指导意义。 2022 Vol. 41 (3): 257-265 [摘要] ( 313 ) HTML (1 KB)  PDF (3819 KB)  ( 389 ) 266 基于共空间模式和支持向量机算法的食物偏好脑电分类研究 李春雨, 何峰, 綦宏志, 郭晓艺, 陈龙, 明东 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2022.03.002 研究不同食物偏好图片刺激所引起的脑电信号差异,提出一套用于分类识别的方法。18名受试者对5类食物进行评分后,参与oddball事件相关电位(ERP)实验。根据受试者评分决定其喜爱程度高和喜爱程度低的食物,并用相应图片刺激,采集受试者面对两类刺激时所诱发的ERP信号,分析两类信号在ERP成分上是否存在显著差异。利用共空间模式算法(CSP)进行特征提取,随后使用支持向量机(SVM)进行单试次脑电分类识别,并使用留一法进行交叉验证。结果表明,喜爱程度高和低食物图片刺激诱发的P3幅值在统计学上存在显著差异(P<0.05),振幅分别为(16.74±5.85)μV和(14.67±4.37)μV,相关分析结果表明食物评分与脑电P3幅值存在正相关。分类识别上,在使用4次单试次ERP信号下,CSP+SVM分类正确率可达93.16%±8.93%,取得了较好的分类识别结果。实验结果表明,脑电信号可作为一种新的食物偏好分析工具,CSP+SVM可对食物偏好脑电进行较好地识别,可为食物评价和厌食症辅助治疗等提供新的解决思路。 2022 Vol. 41 (3): 266-272 [摘要] ( 239 ) HTML (1 KB)  PDF (1605 KB)  ( 307 ) 273 睡眠呼吸暂停综合征患者的睡眠分期算法研究 鲁柯柯, 祁霞, 张建保, 王刚, 闫相国 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2022.03.003 针对可穿戴睡眠监测缺乏有效的自动睡眠分期和睡眠质量评价方法这一问题,提出一种适用于睡眠呼吸暂停综合征患者的自动睡眠分期方法。通过心电图R-R间期序列,分别得到心率变异性、呼吸幅度变异性和呼吸率变异性信号。以此为基础,提取时域、频域及非线性特征共55个。利用门控循环单元网络,分别构建清醒-睡眠二分类、清醒-快速眼动-非快速眼动睡眠三分类、清醒-快速眼动-浅睡-慢波睡眠四分类、清醒-快速眼动-非快速眼动Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ期五分类等共4个不同分类粒度的睡眠分期模型;采用损失函数类别加权方法,有效降低数据非平衡对分期结果的影响。验证数据来自SHRS数据库的274例患者。借助准确率、Cohen's Kappa系数和睡眠结构指标对该睡眠分期方法进行性能评价。结果表明4个分类器的准确率分别为85.06%、75.44%、63.80%、62.13%,Cohen's Kappa系数达到了0.54、0.49、0.41、0.41,睡眠结构分析评估与临床结果之间的差异无统计学意义。所提出的方法基本满足睡眠质量评估的需求,适用于可穿戴睡眠监测应用。 2022 Vol. 41 (3): 273-281 [摘要] ( 239 ) HTML (1 KB)  PDF (941 KB)  ( 432 ) 282 青少年肌阵挛癫痫患者的大尺度脑网络研究 柯铭, 崔吉平, 刘光耀 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2022.03.004 采用静息态功能性磁共振成像(rs-fMRI)数据探究青少年肌阵挛癫痫(JME)患者大尺度脑网络的变化。采集17例JME患者和15名正常志愿者的脑部静息态功能磁共振成像数据,两组均使用偏相关系数构建静息态脑网络。分别计算JME患者组与正常对照组的阈值,构建二值化脑网络。计算两组被试各个脑区的介数值,采用双样本t检验对比两组脑网络介数值的差异(Bonferroni 校正,P<0.01),找出介数值发生显著变化脑区。结果表明,偏相关系数构造的脑网络具有小世界属性。JME患者组脑网络中脑区的介数值相比正常对照组有显著性差异。与正常对照组相比,JME患者组介数值显著降低的脑区有2个,介数值显著升高的脑区有17个。其中属于默认模式网络(DMN)的脑区有8个,属于突显网络(SN)的脑区有5个。JME患者组介数值显著降低的脑区有右侧中央旁小叶和右侧后扣带回,介数值显著增高脑区主要是右侧背外侧额上回、左侧枕中回、右侧楔前叶和右侧舌回等。JME患者介数值发生显著改变的脑区主要属于默认模式网络和突显网络。可以推断出默认模式网络和突显网络内部脑区间连接发生改变,信息传递产生变化。由此可能会导致JME患者大脑功能发生改变,造成患者的认知能力与执行能力等功能受损。 2022 Vol. 41 (3): 282-289 [摘要] ( 177 ) HTML (1 KB)  PDF (828 KB)  ( 263 ) 290 脑肿瘤分割算法研究 张士强, 石磊, 程晓东 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2022.03.005 由于医学成像技术的复杂性和胶质瘤表面高度的异质性,对人脑神经胶质瘤的图像分割是医学影像分析中最具挑战性的任务之一。本研究对UNet++医学图像分割网络进行了改进,改进后的网络能够融合全尺度下的粗粒度语义和细粒度语义信息。在公开的BraTS脑肿瘤分割数据集中的335例图像上进行分割实验,采用2D与3D对比分割实验综合评价改进后网络的分割性能,将分割结果与UNet,UNet++,UNet3+医学图像分割网络的结果进行对比。在Dice相似度系数(DSC),95%Hausdorff表面距离(HSD95),Sensitivity,PPV等4个指标基础上,2D对比分割实现的指标均值分别为:83.70%,1.7,88.40%,84.96%;3D对比分割实验的指标均值为:90.79%,0.242,91.23%,91.06%。实验结果表明,改进的算法使神经胶质瘤的分割结果与金标准在区域上有更多的重叠,可以更好的完成脑胶质瘤的分割。在临床应用中,可望帮助神经外科医生高效地分离脑肿瘤与人脑周围组织,从而实现快速的计算机诊疗。 2022 Vol. 41 (3): 290-300 [摘要] ( 254 ) HTML (1 KB)  PDF (6142 KB)  ( 585 ) 301 基于时序心脏模型样本均衡方法的心律失常分类 徐永红, 王金萍, 马佳越 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2022.03.006 心律失常自动分类作为计算机在临床上的重要应用,可以有效辅助心血管疾病的诊断,但实验中样本不均衡问题严重影响分类精度。目前用于解决样本不均衡问题的主流方法为对抗神经网络,但存在训练不稳定和模式崩溃等问题,且仅依靠数据进行学习,缺乏一定的生理意义。因此提出基于时序心脏模型的样本均衡方法生成心电数据,在2018年中国生理信号挑战赛提供的12导联数据集上进行实验,采用深度残差网络作为分类模型分别对每个导联进行训练,通过极端梯度提升算法实现导联融合。经过样本均衡后,各类F1分数均有提升,左束支阻滞(LBBB)、ST段降低(STD)、ST段抬升(STE)的改善尤其显著,分别由扩增前的0.706、0.684、0.524提升至0.832、0.809、0.618。为验证本方法的通用性,对PTB数据集进行独立测试,分类准确率达到98.64%。实验结果表明,基于时序心脏模型生成仿真数据能够有效改善实验样本不均衡现象。 2022 Vol. 41 (3): 301-309 [摘要] ( 232 ) HTML (1 KB)  PDF (4909 KB)  ( 321 ) 310 辅助仰卧位侧翻过程压疮易发部位的生物力学建模与实验研究 伦庆龙, 苏鹏, 卢达, 李硕, 李剑 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2022.03.007 压疮是局部组织长期受压而致组织溃烂和坏死的一种病症。通过仰卧位侧翻缓解局部压力是长期卧床患者预防压疮病症发生的有效措施之一,所以研究辅助侧翻过程中压疮典型部位的生物力学意义重大。基于解剖学理论,利用CT图像数据建立躯干部压疮易发部位的骨骼与软组织有限元模型,研究不同侧翻角度下躯干部压疮易发部位的最大应力情况,并通过美国TEKSCAN公司的压力分布测试系统对10名志愿者进行人体仰卧位侧翻实验,验证仿真分析的正确性。结果表明,在侧翻过程中人体同一部位所受的压力是不同的,在90°位置出现了应力峰值的极值点,产生了应力集中现象;在角度阈值30°~45°范围内肩部和臀部各部位应力峰值比较均衡,均在0.035~0.070 MPa,表明在此阈值内人体与辅助面多部位接触,应力较为分散,两者之间存在一个使多个压疮易发部位受压最优的接触形式。研究展示了躯干部压疮易发部位在辅助仰卧位侧翻过程中的受压变化情况,相关结果有益于仰卧位侧翻辅助器械的设计与使用,并为临床护理提供参考。 2022 Vol. 41 (3): 310-319 [摘要] ( 193 ) HTML (1 KB)  PDF (6870 KB)  ( 154 ) 320 基于定积分的放疗权重因子自动优化方法研究 郭彩萍, 张俊生, 张晓娟 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2022.03.008 针对调强放疗逆向计划过程中手动调整目标函数权重因子所需时间长、效率低的问题,利用定积分理论构造了各物理准则子目标函数权重因子调整策略,提出一种自动迭代调整权重因子的放疗优化方法。首先,根据基于定积分提出的权重因子调整策略自动迭代调整权重因子。迭代完成后,根据评价准则评估所得计划是否临床接受,如果可以接受,则结束优化过程,否则通过引入额外的补偿系数,赋予未满足剂量目标相关的子目标函数更高惩罚,然后重复上述步骤直到生成满意计划或者达到最大迭代次数。通过与同病例的人工计划相比,从剂量学和生物学两方面比较和评价,在10例前列腺癌病例上验证所提出方法的有效性。实验表明,就DVH曲线和剂量统计特性而言,自动计划较人工计划能够在保证靶区剂量覆盖特性相似的前提下,膀胱的平均剂量、V65、V70、正常组织并发症概率和广义等效均匀剂量分别降低了0.53 Gy、4.6%、3.33%、0.37%和0.22 Gy;直肠的最大剂量、V50和V65分别降低了0.54Gy 、0.66%、1.64%。除膀胱V75有显著性差异外(P<0.05),其它统计指标均无显著性差异(P>0.05)。采用自动优化方法1~3 min即可生成满足临床剂量要求的计划,而采用人工试误的方法则需1~3 h。总之,基于定积分的放疗权重因子自动优化方法能够提高放疗效率,生成满意的放疗计划。 2022 Vol. 41 (3): 320-327 [摘要] ( 147 ) HTML (1 KB)  PDF (999 KB)  ( 170 )        综述 328 融合功能性电刺激的助行康复外骨骼机器人混合控制策略研究进展 孟琳, 侯捷, 董洪涛, 刘源, 徐瑞, 明东 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2022.03.009 运动康复有助于促进脊柱损伤的恢复或脑卒中患者神经可塑,这对患者受损运动功能的恢复有着非常重要的作用。近年来,功能性电刺激(FES)技术与外骨骼机器人的结合,发挥了这两种康复技术的优势,同时互补了各自缺陷,从而促进实现了更有效的康复辅助模式,目前已逐渐成为本领域的研究热点。综述融合FES与下肢康复机器人混合控制策略的研究现状,并分别就FES结合被动矫形器的单向控制方法和融合主动外骨骼的协同控制方法,剖析其相关技术与难点;讨论构建人机信息交互环路的关键问题,以及如何设计出合理高效混合控制策略,从而实现动态控制分配和患者最大程度主动参与康复训练的目标。对未来的混合康复技术发展方向进行了总结与展望。 2022 Vol. 41 (3): 328-338 [摘要] ( 219 ) HTML (1 KB)  PDF (1024 KB)  ( 617 ) 339 第3代人工心脏泵研究进展及应用 刘鑫, 曲洪一, 王聪, 刘建华, 王秋良 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2022.03.010 心力衰竭死亡率极高,患病数量持续攀升,是当今医学界面临的共同难题,人工心脏泵是众多心衰患者延长生存期最后的希望和最有效的途径。第3代人工心脏泵的开发与应用,将心力衰竭治疗推向一个新台阶。首先概述第3代人工心脏泵的研究现状和应用情况,并介绍国内第3代人工心脏泵的发展状况;其次,详述和总结第3代人工心脏泵相关的关键技术,如:悬浮技术、无轴承电机、泵用控制算法、叶轮优化设计、血液相容性等;最后,提出并探讨小型轻量化、仿生搏动性、智能控制技术、血液相容性、可靠性及容错技术等方面的研究趋势。 2022 Vol. 41 (3): 339-350 [摘要] ( 426 ) HTML (1 KB)  PDF (6224 KB)  ( 559 ) 351 神经反馈调节健康个体注意力的研究进展 杨文杰, 南文雅, 龚安民, 伏云发 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2022.03.011 神经反馈是指通过脑机交互方式,将大脑活动转换成声音、图像、游戏等形式反馈给个体,以实现自主调节脑功能的目的。注意力是认知功能的重要方面,不仅是儿童发展成长的影响因素,也是成人日常生活中不可替代的重要心理品质。越来越多的实证研究已经发现神经反馈对健康个体的注意力具有调节作用,但缺乏对相关研究进展的总结和综述。综述基于大脑节律活动的神经反馈对于健康个体注意力调节作用的研究进展,分析注意力测量范式、学习者和非学习者的划分以及实验设计类型对神经反馈训练效果的影响,指出了追踪实验对研究的必要性。同时提及可用于健康个体注意力调节的其他几种神经反馈技术。期望为神经反馈提高注意能力的研究和实践提供参考。 2022 Vol. 41 (3): 351-359 [摘要] ( 174 ) HTML (1 KB)  PDF (827 KB)  ( 516 ) 360 运动相关皮层电位研究的知识图谱分析 戴文豪, 陈杰, 谢平, 李国强, 王大鹏 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2022.03.012 运动相关皮层电位是一种事件相关电位,可以反映运动前的策划、准备和早期的运动执行过程,近年来多受关注。以Web of ScienceTM核心合集收录2000年至今“运动相关皮层电位”为研究主题的498篇文献为数据来源,利用Cite SpaceⅤ可视化技术绘制图谱分析相关问题。分析表明,研究热点主要集中于运动关联电位、运动皮层、脑电图、运动等方向。运动相关皮层电位的研究发展按照时间可以分为3个阶段:第一阶段主要以大脑额叶、诱发电位、吞咽诱发运动相关皮层电位的研究为主;第二阶段以脑机接口、运动想象、运动检测电位与帕金森综合征为主;第三阶段研究趋势逐渐向着康复性研究方向发展,主要以脑电图学、注意力、以及抓握分析为主。通过对运动相关皮层电位的研究热点以及发展历程进行分析,有助于对体育训练和运动康复等领域提供理论和应用研究方面的参考。 2022 Vol. 41 (3): 360-369 [摘要] ( 283 ) HTML (1 KB)  PDF (4660 KB)  ( 392 )        简讯 370 基于脑电小波分解的呼吸暂停自动检测方法 王瑶, 杨天顺, 纪思宇, 王小红, 王慧泉, 王金海, 赵晓赟 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2022.03.013 睡眠呼吸暂停是一种常见的睡眠呼吸紊乱,目前呼吸暂停的诊断主要依靠多导睡眠监测,但因其操作复杂、价格昂贵,且对使用环境要求较高,而难以实现家用普及。为此提出一种基于脑电信号小波分解的呼吸暂停自动检测方法。首先,对脑电信号进行4层小波分解,提取第2~4层细节系数;其次,在得到的细节系数绝对值中提取能量和方差两种特征;最后,建立k-近邻,支持向量机和随机森林等机器学习模型对特征进行分类。使用来自天津市胸科医院睡眠监测实验室30名受试的3 248个正常呼吸和呼吸暂停期间的脑电信号片段进行检测,结果显示,对呼吸暂停识别准确率、灵敏度、特异度分别达到93.85%、91.46%、96.27%,表明该方法可以实现呼吸暂停事件的高精度检测,有望用于呼吸暂停自动识别系统的设计,辅助医师进行呼吸暂停自动检测。 2022 Vol. 41 (3): 370-374 [摘要] ( 181 ) HTML (1 KB)  PDF (863 KB)  ( 454 ) 375 基于电热型扫描微镜的微型双光子显微镜探头设计 余小敏, 张林嘉, 罗文松, 谢会开 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2022.03.014 双光子荧光显微镜的微型化对在体脑部神经活动研究和体内组织病理状态检测具有非常重要意义。本文设计了一种基于电热型扫描微镜的微型化双光子荧光显微镜探头,其微镜设计采用反向串联双S型双层材料结构,通过对微镜四个侧面执行器分别施加周期信号,实现了±3.5°的扫描范围;其光学设计是通过单模光纤导入800 nm飞秒激光,激光经微镜扫描,由光学系统聚焦作用于生物样品,激发样品产生荧光,荧光信号通过采集光路汇集并耦合到多模光纤输出,最后通过显微镜的图像采集系统成像。探头尺寸为26 mm(L)× 12 mm(W)× 8 mm(H),重量为5.6 g。利用该显微镜探头,对含有不同尺寸凹槽的微结构进行了成像测试,其结果表明,其扫描成像的范围可以实现150 μm × 150 μm,横向分辨率可达到5 μm;利用该探头对荧光染色小鼠肾脏冷冻切片进行的成像测试,成功得到了双光子二维荧光图像。基于本装置以及进一步的改进,将有助于构建便携式双光子荧光显微镜,置于活体动物头部,在体进行脑部神经活动研究。 2022 Vol. 41 (3): 375-379 [摘要] ( 132 ) HTML (1 KB)  PDF (4296 KB)  ( 264 ) 380 新型碳系头皮脑电干式电极的制备及性能分析 张利剑, 明东, 贾正伟 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2022.03.015 为研究碳系材料干电极性能,采用化学气相沉积技术,制备掺硼金刚石(BDD)及垂直生长多孔石墨烯薄膜,以SEM、TEM、XPS及Raman等手段进行形貌与结构的表征,并对比这两种碳系干电极在采集脑电信号时的响应特征。在眨眼、咬牙、睁闭眼范式下采集脑电信号,石墨烯和BDD电极与商用Ag/AgCl湿电极的相关度均不低于95%。研究表明,该BDD电极是由大量金刚石晶体紧密堆垛而成,其(100)和(111)晶面硼掺杂水平的差异造成(111)晶面具有更高的导电效果,构成不同取向“5～10 μm微电极”集合,即使不依赖液体导电层,也能与头皮紧密接触而传递电子;直立石墨烯阵列起到电极与头皮之间固态导电介质的作用,其三维多级孔隙结构构筑长程导电网,而开放的多级孔表面则构筑短程离子传输通道,可有效降低电极与头皮之间的界面阻抗。实验验证了二者作为干式脑电传感电极使用的可行性。 2022 Vol. 41 (3): 380-384 [摘要] ( 154 ) HTML (1 KB)  PDF (7264 KB)  ( 113 )

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