医学脑电信号的最大熵谱分析技术研究

医学信号分析是研究各种信号与信息的产生、获取、传输、变换、加工处理．分类识别,存贮及利用等内容的一门科学。在生物医学信号处理领域,测量到的生理信号往往是若干独立成分的线性加权迭加。例如,在采集脑电信号（EEG）时,安放在头皮表面的电极拾取的信号除了脑内神经元的电活动,各种干扰信号如工频干扰,眨眼,眼球运动、心电干扰和肌电噪声等也被叠加在脑电信号上记录下来。在医学脑电信号分析研究中,如何在脑电记录过程中自动识别和剔除干扰对系统的可靠性具有重要影响,因此从记录脑电信号的过程中分离提取具有真实生理意义的成分,剔除不同来源的伪迹和干扰具有重要意义。     

基于睡眠脑电信号和深度学习的抑郁症识别研究

  目的  基于睡眠脑电信号,探索深度学习Vision Transformer（ViT）结合Transformer网络对抑郁症患者识别的有效性。  方法  首先对28例抑郁症患者和37例正常对照的睡眠脑电信号进行预处理,并将信号转为图像格式,保留其频域及空间域特征信息,之后将图像输送到ViT-Transformer编码网络,分别学习抑郁症患者和正常对照的快速眼动（rapid eye movement, REM）睡眠期和非快速眼动（non-rapid eye movement, NREM）睡眠期的脑电信号特征,并对抑郁症进行识别。  结果  基于ViT-Transformer网络,从不同脑电频率角度,发现delta、theta和beta波的组合对抑郁症识别具有比较好的结果。其中,REM期delta-theta-beta波组合的脑电信号特征对抑郁症识别的准确率达92.8%,精准率为93.8%,抑郁症患者的召回率为84.7%,F_0.5值为0.917±0.074;NREM期delta-theta-beta波组合的脑电信号特征对抑郁症的识别准确率为91.7%,精准率为90.8 %,召回率为85.2%,F_0.5值为0.914±0.062。此外,通过对整夜睡眠脑电的睡眠分期进行可视化,发现分类错误通常发生在睡眠期转期时。  结论  应用深度学习ViT-Transformer网络,本研究发现基于delta-theta-beta波组合的REM期睡眠脑电信号特征对抑郁症识别更有效。     

规范化脑电图在难治性癫痫术前定位中的应用

探讨规范化脑电图（EEG）对难治性癫痫（IEP）术前定位的应用价值。方法：选择30例行手术治疗的难治性IEP患者,先行常规EEG检查,再行规范化EEG检查,（包括减、停药物、剥夺睡眠诱发、应用蝶骨电极等）描记清醒、睡眠两种状态下EEG的变化,重点描记睡眠中非快动眼睡眠（NREM）和快动眼睡眠（REM）期,检查时间为90～120?min,以求用这种方法发现更多EP活动的起始灶。结果：规范化EEG检查法明显提高了EP波的检出率,与常规EEG相比,定侧定位率从43%提高到87%。睡眠状态下NREM期和REM期局灶性放电较清醒期明显增加。16例起始放电区域与手术部位一致。结论：睡眠周期中局灶性异常电活动以及发作起始侧的脑电改变,对定位致痫灶有较高价值。     

小波变换和独立分量分析去除脑电信号中的噪声和干扰

目的：去除脑电信号中的噪声和心电干扰。方法：首先采用小波软门限法去除脑电中的噪声，然后使用扩展独立分量分析算法去除脑电信手中的心电干扰。该算法的优点在于不需要计算信号的高阶统计量，收敛速度快，同时适用于超高斯和亚高斯混合信号的分离。在提取独立分量之前，对观测信号进行白化处理，去除各信号之间的相关性。结果：消除了脑电信号中的噪声和心电干扰。结论：小波门限去噪结合独立分量分析可有效地去除脑电信手中的噪声和心电干扰。     

不同电极粘贴材料对多导睡眠图阻抗的影响

目的探讨不同电极粘贴材料时多导睡眠图阻抗的影响.方法随机选择门诊、住院行多导睡眠图(PSG)检查的患者56例,分别运用3M透明通气胶带和3L医用胶贴对患者脑电极进行粘贴,采用计算机多导睡眠监测系统对其监测前后电阻进行对比.结果监测前胶带组的阻抗和胶贴组的阻抗的对比差异无显著性,监测后两组的阻抗的对比差异有显著性;胶带组和胶贴组的自身阻抗在监测时间前后的对比差异有显著性(均P＜0.05).结论3M透明通气胶带粘贴电极优于3L医用胶贴粘贴电极.     

多导睡眠监测仪的应用及护理体会

目的：总结多导睡眠监测仪在阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征（obstructive sleep apnea-hypopnea syndrome,OS-AHS）的应用及护理体会。方法：通过多导睡眠监测仪对60例因打鼾就诊的患者进行多导睡眠监测,监测内容包括脑电图、眼动图、上下颌肌电图、鼾声指数、口鼻气流、胸腹呼吸运动、血氧饱和度、体位、心电图等。结果：检测出轻度OSAHS 11例,中度28例,重度21例。结论：了解了患者平时的睡眠习惯,电极安装,睡眠监测后的护理,从而提高了持续气道正压（Continuous positive airway pressure,CPAP）通气治疗的依从性。且及时进行多导睡眠监测,有利于OSAHS的诊断、治疗,让患者更进一步了解自身疾病,积极治疗,提高生活质量。     

阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征患者睡眠状态下脑氧饱和度观察

目的 探讨阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征(obstructive sleep apnea-hypopnea syndrome,OSAHS)患者睡眠期间脑组织氧合变化.方法 选取因夜间睡眠时打鼾并疑有睡眠呼吸障碍就诊行睡眠监测患者73例,受试者进行多导睡眠呼吸监测同时行脑局部氧饱和度(rSO2)监测,持续时间7h.依据整晚睡眠监测所得呼吸暂停低通气指数(apnea hypopnea index,AHI)将受试者分为4组,分析清醒与睡眠期及不同睡眠时相rSO2是否存在差异.结果 共49例受试者完成研究.①所有受试者脉搏氧饱和度(SpO2)和rSO2在清醒状态下分别为(96.44± 1.07)％、(66.32±1.65)％,睡眠期间分别降至(93.74±2.86)％、(64.98±2.00)％,P＜ 0.001,各组从清醒到睡眠期,SpO2、rSO2呈现出相似的降低趋势.②中度OSAHS组睡眠期SpO2低于AHI正常组、轻度OSAHS组(P＜ 0.05、P＜O.01);重度OSAHS组清醒期SpO2及睡眠期SpO2、rSO2均低于其他3组(P均＜0.05).③中、重度OSAHS患者SpO2、rSO2下降幅度在快动眼睡眠期大于非快动眼睡眠期(中度OSAHS组P＜0.05,重度OSAHS组P＜0.001).④各睡眠时相脑氧饱和度下降幅度与脉搏氧饱和度下降幅度显著相关(非快动眼睡眠期r=-0.911,P＜0.001;快动眼睡眠期r=0.872,P＜0.001).结论 因反复发生呼吸暂停及低通气致OSAHS患者睡眠期脑氧饱和度低于清醒期.近红外线光谱技术为评价OSAHS患者睡眠期间脑组织氧供需平衡提供了无创、有效的监测方法.     

基于AR-Copula与ICA的脑电噪声检测和去除

在脑电信号的实时采集过程中,噪声伪迹会对采集到的脑电信号产生较大的畸变。利用Copula理论结合AR时间序列模型研究脑电信号与引起其畸变的噪声之间的相关性,设计并实现了基于尾部相关性的脑电噪声自动检测算法。根据检测结果,对受干扰的数据段进行了ICA噪声去除处理。本文方法能够自动检测受干扰影响的数据段,并且在很大程度上减少了ICA算法的迭代次数,提高了数据实时处理的效率,适用于脑电信号的实时处理过程。     

多电极记录家兔脊髓电生理信号的实验研究

目的:研究利用插入式微电极对家兔脊髓电生理信号进行长时间稳定记录、采集的技术方法,初步分析描述电信号的特征。方法:以家兔作为实验对象,在其脊髓内插入多电极,利用神经信号处理系统采集记录中枢神经电信号,利用相关软件初步分析所记录的神经电信号。结果:可长时间采集记录到脊髓内复合型中枢神经电信号。结论:插入式电极在家兔脊髓能稳定记录到中枢神经电信号,为植入式微电极阵列在中枢系统特别是脊髓内的长期植入记录建立一定的实验基础。     

失效模式和效应分析在便携式睡眠监测质量控制中效果评价

目的：探讨失效模式与效应分析在便携式睡眠监测质量控制中应用的效果。方法：运用失效模式及效应分析对便携式睡眠监测流程进行分析，针对影响便携式睡眠监测结果的潜在危险因素及原因不断进行流程再造，使便携式睡眠监测质量得到持续改进。结果：系统改进影响便携式睡眠监测质量的各关键环节后，便携式睡眠监测成功率由90％提高到98％。结论：运用失效模式与效应分析法，前瞻性分析影响便携式睡眠监测质量的关键环节，采取针对性措施，可有效提高便携式睡眠监测质量。     

A WBAN-based Real-time Electroencephalogram Monitoring System: Design and Implementation

In this study, a flexible wireless body area network (WBAN) node platform has been designed and implemented based on the Zigbee technology. In order to provide wide range WBAN for health monitoring, a Zigbee/Internet Gateway (ZiGW) has also been developed rather than using a PDA or a host PC to connect different WBANs by using the Internet as the communication infrastructure. The proposed body sensor node platform promises a cost-effective, flexible platform for developing physical sensor node in real-time health monitoring. The ZiGW can provide an effective method to connect WBAN with the Internet. In this work, we present the implementation of an Electroencephalogram (EEG) monitoring system using the proposed methods. In this proposed system, real-time EEG signals can be remotely monitored by physicians via Internet, and the collected EEG data is stored in the online EEG database which can be shared with physicians or researchers for further analysis.     

两种电极固定方法在长程脑电图监测中的比较

目的 比较改良的3M胶带电极固定法与火棉胶电极固定法的效果, 探讨更佳长程脑电监测技术.方法 将151例长程视频脑电图监测患者随机分为实验组 (改良3M胶带固定) 和对照组 (火棉胶固定) .通过观察安装电极所用时间、拆卸电极所用时间、电极脱落、移位等电极固定不良情况, 比较这2种电极固定方法的临床效果.结果 实验组安装、拆卸电极的平均时间 (39.5 min、4.94 min) 均短于对照组 (50.6 min、5.50 min) , 2组比较差异有统计学意义 (P<0.05) .结论 改良3M胶带固定法省时、安全、有效、无刺激性, 能更好地在临床中应用.     

心阻抗图波形重建中六导联电极带的设计

目的 设计从胸部体表6个不同部位同步检测阻抗信号的六导联电极带。方法 3条环形电极为电流电极，六对方片电极为电压电极，并制作成颈电极带和胸电极带，由程控电路自动切换不同规格的电极带。结果 1200多例临床检测表明，该电极带测得的胸部体表阻抗信号，可以重建出符合生理意义的主动脉、肺部动脉、心室的体表阻抗变化分量，自动切换电路能正确地选择所需要的电极带。结论 本文设计的六导联电极带符合临床使用要求。     

单个电极接触不良对腹部电阻抗断层成像的影响

目的:研究单个电极接触不良和电阻抗断层成像之间的关系,以便为长期监护提供必要的理论和现实依据. 方法:采用电阻抗成像监护仪对14人采用16电极法进行监护,对比电极接触良好和其中某一个电极接触不良时监护图像的差别. 结果:发现某一电极接触不良,则对应它的那一部分图像的灰度会发生明显的变化,而图像其他部分的灰度则变化很小. 结论:得出了单个电极接触不良对成像的影响的规律,对长期监护中电极接触不良问题的监测提供了依据.     

人工耳蜗鼓阶内极阵电阻抗的研究

目的 研究REZ-1人工耳蜗电极对阻抗与电极对在鼓阶中位置和刺激频率的关系.方法 6例新鲜颞骨标本植入REZ-1人工耳蜗电极后,采用交流信号源,串联一个1 kΩ的标准电阻,分别测量标准电阻和电路中总的电压,从而计算出电极之间的阻抗.分别测量电极顶端到尾端相邻电极环、相隔一个电极环之间的阻抗,刺激频率分别采用2、10、100 Hz和1、10 kHz进行测试.结果 相邻电极对的阻抗从顶加回川到底回小断减小(线性同归,F=198.97,P<0.01).相隔电极对的阻抗从顶回到底回不断减小(线性同归,F=126.35,P<0.01).电极对阻抗随着刺激频率的增大而减小.结论 相邻电极对的阻抗和相隔电极对的阻抗从顶回到底回减小.刺激频率增大时阻抗减小.     

基于多尺度熵和支持向量机的人体脑疲劳状态检测研究

目的探索多尺度熵结合支持向量机的方法是否可以有效检测人体脑疲劳状态,进而比较不同脑皮层位置的电极检测脑疲劳的效果。方法通过持续认知负荷任务建立脑疲劳模型,采用一款便携式脑电设备采集12名实验对象清醒和疲劳状态的脑电信号,以多尺度熵为特征,结合支持向量机算法对两种状态的脑电进行分类。结果在进行持续认知负荷任务后,实验对象的疲劳程度明显上升,NASA-TLX和KSS量表结果均具有显著的统计学差异(P<0.01);在额叶Fpz、顶叶Pz和枕叶Oz三个电极,实验对象清醒和疲劳状态脑电信号的平均分类准确率分别为92.16%、81.63%和90.54%,其中Fpz和Oz电极之间没有统计学差异(P>0.05),二者和Pz电极之间有显著的统计学差异(P<0.05)。结论多尺度熵结合支持向量机可以有效地对人体清醒和脑疲劳状态进行检测,Fpz和Oz电极比Pz电极的检测效果更好。     

蝶骨电极的应用

作者研究了１５８２例脑电图，并对１５０名患者的常规头皮电极脑电图和毫针蝶骨电极脑电图进行了分析，认为蝶骨电极的阳性率高，且有定侧定位意义，提倡两种检查方法联合应用。     

测定培养心肌细胞的输入阻抗

本实验在培养4～10天的Wistar大鼠心肌细胞群落上,用双微电极法共进行了112次心肌细胞输入阻抗的测定。注射电极与记录电极距离100μm。电流注射量10~(-8)A。用常规培养基的心肌细胞膜输入阻抗为0.338±0.11MΩ。向常规培养基中加入黄嘌呤—黄嘌呤氧化酶使心肌细胞遭受损伤后,输入阻抗为0.244±0.1MΩ。两组心肌细胞膜的输入阻抗差异显著(P<0.01)     

颅内电极监测结合神经导航在功能区难治性癫痫手术中的应用

目的探讨颅内电极监测结合神经导航技术在难治性癫痫手术中的应用效果。方法对16例难治性癫痫患者行颅内电极置入术,进行皮层及深部脑电图监测（intracranial EEG,iEEG）,对致痫区进行定位,二次手术前行MRI扫描,影像资料传输至计算机工作站,明确致痫灶与功能区皮层的解剖关系及功能联系,行神经导航下及iEEG精准定位的显微手术,最大限度地切除致痫灶同时最大程度的避免功能区损伤。结果术后随访2-26个月：EngelⅠ级13例,Ⅱ级2例,Ⅲ级1例。无术后神经功能障碍。结论颅内电极监测结合神经导航的应用可使难治性癫痫外科手术更精确,侵袭更小。     

金属基底聚吡咯膜交流阻抗谱研究

用交流阻抗法研究了金属基底上聚合吡咯膜的电化学性质。结果表明该膜介于平面电极和半无限的多孔电极之间，为有界多孔电极，且具有明显的扩散控制特征。