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基于图论的智能针灸机器人取穴原理研究
随着医疗机器人技术及通用人工智能技术的迅猛发展,标准化、智能化已经成为了现代医学发展的主流趋势.我团队自主开发了基于数字经络理论的智能针灸机器人,具备基于经穴主治与症状联系的小世界网络自动配穴这一核心功能,我们运用基于模块度优化的启发式社区发现算法,对腧穴-主治网络进行了较为系统的研究,并通过进一步的开发,初步实现了基于图论的针灸智能取穴功能.
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基于锁相值和图论的脑功能网络特征提取方法
目的 为了研究大脑运动想象时脑功能网络的状态变化,并区分运动想象任务,本文提出一种基于锁相值和图论的脑功能网络特征提取方法.方法 首先获取Mu节律和Beta节律的运动想象脑电信号(motor imagery electroencephalography,MI-EEG),计算任意两导相同节律MI-EEG之间的锁相值;然后分别构建两个节律的脑功能网络,并提取6种全局网络特征参数,对其归一化处理后进行串行融合获得特征向量;后以支持向量机(support vector machine,SVM)作为分类器,采用10折交叉验证法,在BCI Competition III Data Sets IIIa数据集上对两种运动想象任务进行分类.结果 相比于其他脑网络特征提取方法,本文方法获得了较高的识别率,高识别率和平均识别率分别达到100.00％和83.33％.结论从脑功能网络的角度,通过构建Mu节律和Beta节律两个运动节律MI-EEG的脑功能网络,提取多个反映大脑网络整体信息的特征,相对于构建单一运动节律MI-EEG的脑功能网络,提取单个网络特征参数,能够有效改善运动想象任务的识别效果,为MI-EEG信号的特征提取方法提供了一种新的思路.
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基于DTI影像图论分析的正常老化认知表现预测模型
目的 以磁共振扩散张量影像(diffusion tensor imaging,DTI)为基础进行大脑结构网络拓扑属性分析,选择与认知表现分数相关性较大的结构网络特征,并基于这些特征建立认知表现分数预测模型,藉以客观地估测老年人的大脑认知能力.方法 对94例正常老化的DTI影像进行结构脑网络构建,采用图论法分析结构连接矩阵,提取结构网络的特征,并将所有特征与受试者的简单智能状态检查量表(mini-mental status examination,MMSE)分数进行相关性分析,选取出与大脑认知高度相关的网络特征,再基于这些特征建立5种分析模型,预测受试者的认知表现分数,以进一步分析模型的预测效能.结果 通过相关性分析,在相关系数大于0.22且P值小于0.05的条件下,选取出与大脑认知高度相关的30个特征,这些特征分布在AAL(automated anatomical labeling)图谱中的12个脑区.而在模型建立与效能分析部分,以高斯回归模型的效能佳,其训练组相关系数达0.89,预测误差小为2.01,对受试者的认知表现分数预测较准确.结论 利用结构脑网络度量指标作为生物标记指针可建立正常老化认知功能预测模型,且能有效预测正常老年人的认知表现分数.
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图论在脑肿瘤分割及提取中的应用研究
目的 基于Matlab和VC++混合编程,实现了图论在脑肿瘤分割及提取中的应用,为之后脑肿瘤三维重建提供准确的分割结果.方法 在Matlab和VC++开发平台下,首先读取含脑肿瘤的MRI图像,经过一定的预处理后,调用C++编写的图论分割函数,实现MRI图像的全局分割,然后通过肿瘤区域的颜色信息进行区域二值化和轮廓提取等后处理,很好地完成了脑肿瘤的分割提取.结果 通过与专家手动分割的脑肿瘤区域进行比较以及对算法各模块运行时间的监测,显示脑肿瘤分割准确度高,且算法运行稳定.结论 基于图论的分割算法能够反映图像全局特性,且运行稳定,是一种值得推广的脑肿瘤分割方法.
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基于图论的复杂脑网络分析
近年来基于图论的复杂网络分析极大地推进了人类对于脑网络组织模式的认识.本文首先介绍了基于图论的复杂脑网络分析中常用的几个度量,包括节点属性度量和网络属性度量.然后简要介绍了基于这些度量进行复杂脑网络分析的一些研究结果 ,其中包括针对正常人脑以及神经精神疾病病人脑.后讨论了复杂脑网络分析领域待解决的问题.
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基于fNIRS的脑功能连接研究综述
脑功能连接是指脑皮质区域间在神经生理活动上的相互关联,在大脑功能分析中具有重要的地位和作用.功能性近红外光谱技术(functional near-infrared spectroscopy,fNIRS)作为一种新兴的神经影像学工具在脑功能连接的研究领域中愈加受到重视.本文首先简要介绍了fNIRS应用于脑功能检测的基本原理,并结合fMRI从多角度分析了fNIRS应用在静息态脑功能连接研究中的优势与可行性,然后重点介绍了脑功能连接的两种主要分析方法——种子相关分析和基于图论的静息态复杂脑网络分析,后讨论了基于fNIRS的脑功能连接在认知障碍及相关疾病研究中的应用,使读者对基于fNIRS的脑功能连接的基本理论、研究方法及发展现状有一个较为清晰全面的了解.
关键词： 功能性近红外光谱技术 功能连接 复杂脑网络 图论 小世界特性 -
首发抽动秽语综合征经阿立哌唑治疗前后静息态脑功能成像变化的初步研究
目的：探索首发抽动秽语综合征（Tourette综合征简称TS）儿童经阿立哌唑治疗前后患儿的脑功能变化。方法对20例首发未经治疗患儿使用阿立哌唑进行规范治疗，4周后对患者再次行fMRI检查。静息态fMRI数据处理过程中使用AAL90模板进行脑区划分，使用皮尔森相关构建脑功能连接矩阵，接下来使用Bonferroni 矫正（P＜0．05）构建二值网络。基于图论的方法计算了网络拓扑属性。结果首发TS使用阿立哌唑治疗前后全局属性无统计学差异（P＞0．05）。局部属性方面：左侧嗅皮质、左侧颞上回颞极、左侧颞中回颞极处Degree和gE治疗后显著低于治疗前（P＝0．0150，0．0275，0．0112），且数值趋向接近正常组，使用阿立哌唑治疗后TS组右侧额上回、前扣带回和旁扣带回左右侧、左侧梭状回、左侧角回、左右侧中央旁小叶处Degree和gE显著高于治疗前组；左侧颞上回处Betweenness 治疗后显著低于治疗前（P＝0．0046，0．0300，0．0170，0．0174，0．0040，0．0117，0．0455）；与治疗前相比，左侧额中回、左侧枕下回、左侧中央旁小叶、左右侧尾状核处LocE显著高于治疗前组（P＝0．0096，0．0291，0．0100，0．0314，0．0181）。结论 TS患者存在脑功能异常，并且这些异常可通过药物治疗在一定程度上可以纠正。
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阻塞性睡眠呼吸暂停患者默认网络功能连接及拓扑属性异常
目的 观察阻塞性睡眠呼吸暂停(OSA)患者脑默认网络(DMN)内部各亚区的功能连接(FC)及拓扑属性的异常改变.方法 采集40例男性重度OSA患者(OSA组)和43名睡眠正常的男性志愿者(对照组)的静息态fMRI数据,以20个DMN亚区为种子点构建DMN的FC网络,获得OSA患者DMN各亚区间FC异常的脑区.计算拓扑属性参数小世界指数(ο)、网络全局效率(Eglob)和网络局部效率(Eloc),并评估与临床资料的相关性.结果 OSA组和对照组DMN均存在小世界属性.与对照组比较,OSA组前-后DMN、后DMN内部FC减低(P均＜0.05),Eloc减低(P=0.02).OSA组DMN异常的FC与Eglob值(r=-0.736,P＜0.001)、蒙特利尔认知(MoCA)量表评分(r=-0.453,P=0.006)呈负相关.结论 OSA患者DMN内部各亚区功能连接受损,且DMN拓扑属性异常改变,可能是其认知、记忆等功能障碍的神经影像学机制.
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肽序列从头测序算法
从头测序为蛋白质组研究提供了一种不用借助于任何蛋白质序列数据库信息,直接解读串联质谱数据的方法.其基本算法主要由4个部分组成:质谱图的构建,离子类型的确定,测序算法以及打分算法.质谱图的构建和离子类型的确定是从头测序算法的基础.测序算法是从头测序算法的
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基于图论的戈谢病患儿静息态功能脑网络分析
目的 研究戈谢病(Gaucher disease,GD)患儿静息态功能网络拓扑属性的变化,并分析其与各临床参数之间的相关性.方法 选择16例临床确诊为GD的患儿和16例性别、年龄相匹配的健康对照儿童.所有受试者均采集3D-T1结构数据及静息态脑功能数据,利用图论分析脑网络拓扑属性的变化,两组之间的比较采用双样本t检查,发生显著变化的拓扑属性与临床参数(年龄、发病年龄、病程、治疗时间)进行Pearson相关性分析.结果 与健康对照组比较,GD患儿组的全局拓扑属性没有显著性变化;右侧额中回节点度显著性降低,右侧额中回、左侧额下回/眶额回、左侧顶上回/顶下回/楔前叶/角回节点效率显著性降低,这些脑区均位于执行控制网络;丢失2个核心节点,即楔前叶、左侧丘脑,新出现3个核心节点,即右侧角回/枕中回、右侧丘脑/尾状核/壳、右顶下小叶.这些脑区的拓扑属性与临床参数间未发现显著性相关.结论 GD患儿全局拓扑属性保持稳定,执行控制网络的部分脑区节点功能下降,部分核心节点发生自适应性再分布,该研究可为GD患儿脑功能损伤提供神经影像学证据.
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记忆力减退老年人脑白质网络研究
目的 利用MR扩散张量成像(DTI)概率纤维束示踪技术(PFT)和图论法研究主观性记忆力减退(SMD)老年人脑白质网络改变.方法 本研究共纳入32例SMD老年人,年龄59～75岁,既往无神经精神疾病史,并随机选取28例无记忆力减退的健康老年人作为对照(HC)组,年龄61～75岁,所有被试均完成3.0 T MR 3D T1WI和DTI.利用PANDA及GRETNA软件对DTI原始数据进行批运算,采用独立样本t检验对2组间脑网络的平均聚类系数(Cp)、特征路径长度(Lp)、标准化Lp(γ)、标准化短路径长度(λ)、小世界性(ζ)、全局效率(Eglob)、局部效率(Eloc)、节点效率(Ne)和节点短路径长度(NLp)进行统计学分析,网络矩阵阈值设置为5％～50％,间隔5％,共计10个阈值,控制年龄、性别和教育程度为协变量.结果 SMD组与HC组脑白质网络均呈现小世界网络特点,即γ>>1(SMD:3.65±0.77,HC:3.74±0.79),λ≈1(SMD:1.35±0.03,HC:1.35±0.04).当阈值设定为5％、30％和35％时,SMD组Cp较HC组明显减低(P<0.05).10个阈值下SMD组Eloc较HC组明显减低(P<0.05).SMD组后扣带回和额下回岛盖部Ne较HC组明显减低,而NLp明显增大(P<0.05).结论 SMD老年人脑网络具有小世界的一般特点,但部分区域节点传输效率减低,后扣带回和额下回岛盖部的网络属性改变可能与主观记忆力减退有关.
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利用图论方法研究MCI患者脑功能网络的点介性
目的:利用图论方法探索轻度认知功能障碍(MCI)患者大脑各脑区点介性的异常改变.方法:采集13名MCI患者和17名正常老年人(NC)的大脑静息态BOLD-fMRI数据. 采用SPM8和DPARSF软件包进行数据预处理;构建大脑功能网络,并计算Sparsity=0.18(网络收益大)时90个脑区的点介性.采用双样本t检验分别比较两组90个脑区点介性的差异.结果:两组人额上回、岛叶、楔前叶、前扣带和旁扣带回等区域点介性较大;中央扣带回、右海马区、杏仁核、枕下回、左梭状回、豆状核和右颞中回等区域点介性较小.MCI患者右额上回、右岛叶、右梭状回、左缘上回、右角回和左中央旁小叶6个区域点介性显著高于正常老年(P＜0.05);右额下回鳃盖部、右辅助运动区和右舌回3个区域点介性显著低于正常老年(P＜0.05).结论:MCI患者大脑多个区域信息传递能力发生了异常改变,提示在MCI的诊断与鉴别诊断中应重点关注这些区域.
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静息态功能磁共振在强迫症大脑网络连接研究中的应用
强迫症(OCD)是一种慢性致残性精神疾病.多项研究表明其大脑网络连接存在异常.静息态功能磁共振是研究OCD和其他精神疾病发病机制的重要工具,其中基于种子的感兴趣区域分析、独立成分分析以及图论分析是利用静息态数据量化大脑网络的常用方法.该文围绕上述方法就研究OCD大脑网络连接的现状和进展进行综述.
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高功能孤独症谱系障碍儿童青少年全脑白质结构网络的研究
目的：对比分析高功能孤独症谱系障碍（ASD）儿童青少年患者的全脑白质结构网络的拓扑属性特征。方法：对36例6~16岁高功能 ASD 患者以及39例年龄、性别以及智商相匹配的正常发育儿童对照组（TD 组）进行弥散张量成像（DTI）扫描，在纤维追踪技术的基础上运用基于图论的分析方法分析两组被试脑网络的拓扑属性值，并进一步探讨高功能 ASD 儿童青少年脑网络拓扑属性特征值与年龄以及临床症状之间的相关性。结果：与 TD 组相比，高功能 ASD 儿童青少年脑结构网络的全局拓扑属性异常，表现为局部效率（Eloc）（P ＝0.02）和校正集群系数（γ）的显著降低（P ＝0.00）。结论：儿童青少年期高功能 ASD 全脑白质结构网络存在着小世界属性；与 TD 组相比，高功能 ASD 组全脑局部信息处理效率降低。
关键词： 高功能孤独症谱系障碍 弥散张量成像 脑网络 图论 -
基于图论的复杂脑网络理论在抑郁症中的研究进展
综述基于图论的复杂脑网络理论在抑郁症中的研究进展.
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脑卒中后抑郁患者脑网络拓扑改变的研究
目的 探讨脑卒中后抑郁(PSD)患者脑网络拓扑属性的变化.方法 对29例非PSD脑卒中患者(Non-PSD组)及19例PSD患者(PSD组)进行DTI检查.使用确定性纤维追踪方法基于部分各向异性值构建大脑白质结构网络.使用图论方法分析两组患者的脑网络拓扑属性,并对两组大脑网络聚类系数(Cp)、特征路径长度(Lp)、归一化的聚类系数(γ)、标准特征路径长度(λ)、小世界属性值(σ)、全局效率(Eglob)及局部效率(Eloc)进行比较.结果 两组均有σ>1,Non-PSD组σ明显高于PSD组(P<0.05).两组Eglob、Eloc、Lp、λ、Cp、γ比较差异均有统计学意义(均P<0.05).Non-PSD组右嗅皮质Cp明显高于PSD组,左背外侧额上回、右背外侧额上回、右眶部额上回、额中回左、左岛盖部额下回、左三角部额下回、左内侧和旁扣带脑回、右海马、右角回、左尾状核、左豆状苍白球、左颞上回Cp均明显低于PSD组(均P<0.05).Non-PSD组左眶部额下回、右眶部额下回、左内侧额上回、左前扣带和旁扣带脑回、右前扣带和旁扣带脑回、左后扣带回、左海马、右海马、右丘脑、右颞中回节点效率均明显低于PSD组(均P<0.05).结论 PSD患者大脑结构网络均具有小世界属性,部分脑区Cp发生改变,部分脑区节点效率也发生改变.
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水去则营竭,谷去则卫亡——李时珍的饮食养生之道
明代名医李时珍,字东壁,号濒湖,蕲州(今湖北蕲春)人,生于1518年,殁于1593年,享年75岁.李时珍一生擅长中药研究,曾阅读历代文献数百种,结合自己临床实践,著有一部驰名中外的《本草纲目》,除了系统从事1800多种中药研制、应用,还论述了不少有关炼丹、服食方法的准则.流传于世的还有《濒湖脉学》《奇经八脉考》等著作,另有《五脏图论》《三焦客难》《命门考》等书已佚,颇为遗憾.
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贝尔麻痹患者大脑皮层厚度改变及复杂网络分析研究
目的 基于磁共振高分辨率结构成像,探讨贝尔麻痹(BP)患者大脑皮层厚度及结构网络属性改变,分析运动功能异常的中枢代偿机制.方法 急性期BP患者25例及健康志愿者25例,进行磁共振结构像扫描,应用Freesurfer分析受试者的皮层厚度,同时应用GRETNA计算全局及节点属性,并统计分析.结果 (1)BP组双侧躯体感觉运动区皮层厚度增厚(P<0.05).(2)在较小的阈值范围内,BP组具有较小的聚散系数、全局效率和局部效率,较大的短路径长度(P<0.05).(3)BP组对侧中央前回、对侧壳核介数中心度升高,对侧内侧眶部额上回降低.结论 BP患者大脑皮层厚度改变,进而引起结构网络属性异常,这种改变可能与外周神经病变后的中枢代偿机制相关,图论的方法有助于对这种代偿机制的认识.
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基底节区缺血性卒中患者静息态功能磁共振度中心度的研究
目的 采用静息态功能磁共振成像技术,探讨基底节区脑梗死患者度中心度(DC)的改变.方法 采集10例左侧基底节区脑梗死患者的亚急性期和慢性期静息态功能磁共振成像数据,对照组为10例年龄、性别与患者匹配的健康正常志愿者,计算受试者的DC值,观察患者在不同时期DC值相比正常对照改变的脑区,以及患者两个时期之间DC值有差异的脑区.结果 与对照组相比,脑梗死患者亚急性期健侧楔前叶、顶上小叶和颞上回DC升高,患侧额中上回DC降低,慢性期小脑蚓、健侧楔前叶和扣带回后部DC升高;梗死患者自身两时期间比较,亚急性期患侧中央前回、颞上回和缘上回DC升高,慢性期小脑蚓、健侧小脑半球和患侧楔前叶DC升高.结论 度中心度作为一种基于体素水平描述脑网络属性的图论分析方法,可以为分析梗死导致的脑功能重组和脑网络属性改变提供新的视角.
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基于图论的复杂网络分析在癫痫中的研究进展
癫痫作为一种脑网络异常疾病，目前已有用复杂网络分析方法分析磁共振和脑电图数据等构建出全脑的结构和功能网络；这种源于图论分析的复杂网络方法，可以对连接所构网络进行量化分析，提供多种量化指标，可以帮助我们提高对癫痫发展及癫痫发作产生机制的认识。本文介绍了当前复杂网络的基本概念及其在癫痫疾病上的应用情况。
