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数字人体的非线性连续动态系统
笔者主要从数字人体的线性与非线性动态人体系统、人体系统的自由系统和强迫系统、自治系统与非自治系统,人体系统的状态空间与参量空间、暂态与定态、初态与终态等非线性连续动态系统进行了深刻的描述,为数字人体研究提供了理论基础.
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超声造影诊断肝脏局灶性病变的研究进展
超声造影技术的应用开创了医学超声诊断新的模式和思维.近年来,超声造影剂的出现给超声技术带来了飞跃的发展,尤其是低机械指数实时灌注成像是超声医学的巨大进步,对肝脏疾病的诊断和鉴别诊断具有重要价值.现将超声造影在肝脏局灶性病变诊断中的进展总结如下.一、超声造影的原理超声造影是通过将微气泡注入血管内,提高血管内声压反射系数,在造影剂所到达部位产生明显高于组织回声的非线性谐波,从而使声像图获得明显的对比效果.
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脑电的非线性分析在生物反馈干预高血压前期血压中的应用
背景 对高血压前期进行早期干预可预防高血压的发病,非药物干预方法被认为是首选.目的 探讨肌电生物反馈干预高血压前期的疗效及干预过程中脑电的非线性变化机制.方法 40名高血压前期志愿者被分为生物反馈治疗组(n=20)和对照组(n=20).生物反馈治疗组利用肌电生物反馈进行早期干预(10次,1次/3 d),并借助脑电非线性分析技术脑电近似熵(ApEn)对肌电生物反馈过程中脑功能的非线性机制进行探讨.对照组除不进行生物反馈外,其余同生物反馈治疗组.实验过程中,对照组有2例因学习紧张退出试验.结果 肌电生物反馈治疗后受试者的基础肌电值明显降低.肌电生物反馈治疗可使收缩压下降10.4 mm Hg[治疗后(116.8±5.2)比治疗前(127.2±6.0)mm Hg,P<0.01],6月后随访的收缩压值为[(118.2±5.7)mm Hg],但舒张压下降不明显(与对照组比较,P>0.05).肌电生物反馈过程中,生物反馈组脑电左右额极(Fp1、Fp2)、左右额(F3、F4)、左右颞前(F7、F8)导联的近似熵明显高于对照组(均P<0.05).结论 肌电生物反馈可有效地应用于高血压前期的早期干预,额前皮质可能是生物反馈过程中重要的功能整合部位.
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肿瘤细胞的内在放射敏感性与放射治疗
临床放射生物学的研究,提出了在临床放射治疗过程中经常应用的四个生物学因素:亚致死损伤和潜在致死损伤与修复、细胞再增殖、细胞周期再分布和再氧合(简称4R),利用这些因素所设计的治疗方案,使肿瘤的控制率明显提高,但也发现增加的剂量与控制率的提高存在非线性的剂量-效应关系.
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内耳的非线性特点和助听器验配(一)
神经性听力损失能治疗吗? 这个看来像是科普性的问题,其实也是听力学家、医生以及大众为关心的问题.从本质上看,如果患者提出这个问题,他们是希望能治疗自己的听力损失;如果是医生提出问题,便涉及对神经性听力损失的治疗和康复的认识.众所周知,就现有的医疗技术而言,至少80%以上的神经性听力损失是无法治愈的,惟有通过康复帮助患者构建或恢复交流的能力.而其中有效的康复手段之一便是使用助听器.神经性听力损失患者能使用助听器吗?
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多焦视网膜电图与多焦视诱发电位检测的原理和临床应用
一、多焦视网膜电图（multi-focal ERG, mERG）的产生 1877年Dewar首先记录了人眼对视刺激的电反应。1941年，Rigges把接触镜电极引入到记录视网膜电图中（electroretinogram,ERG）；Karp应用这种方法首次记录了视网膜色素变性中独特的ERG反应。Sutter和Tran［1］在1992年发明了一种多焦ERG系统，同时刺激视网膜的多个部位，独立采集每一处的反应情况［2］，用地形图的方式直观显示视网膜各部位的反应情况。mERG同时记录大量局部视网膜的反应，可以在短时间内发现细微的视网膜异常。 Sutter［2］观察到用光照射局部视网膜，对其进行漂白，局部反应的振幅变小；当患者由于视网膜异常而出现视物的暗点时，mERG的局部反应也变小，这两个现象均证明mERG反应与视网膜部位之间存在对应性。这种mERG系统是观察视网膜功能丧失的一种立体直观的工具［3］，可以对视网膜进行快速客观的评价。 二、多焦视网膜电生理的原理 mERG和多焦视诱发电位（multi-focal visual evoked potential，mVEP）也称为多刺激野ERG和VEP，通过多焦输入刺激技术［1］同时刺激视网膜的多个部位，并且通过应用多焦输入系统分析技术，以一个通道常规电极，记录多个不同部位的混合反应信号，再经过计算机程序处理，将对应于各部位的波形分离出来，这些局部的ERG反应可以重新组成视网膜功能地形图。这种系统可分别分析视觉系统的线性成分和非线性成分，从而反应视觉系统不同层次的功能。 该分析建立在Wiener 核心程序(kernel)扩展的基础上［4,5］，这可以使视觉系统中非线性相互作用的相关关系计算机化［1］。 1.mERG的测定系统：Sutter和Tran［1］描述了用来记录mERG的系统。刺激器由展示在CRT彩色或黑白屏幕上不同数量的六边形组成，这些六边形呈离心分布，使所有部位引出的信号振幅大致相同。六边形的面积随着离心距离而增加，因此，可以记录周边微小的反应，与接受刺激的视网膜锥细胞密度或视诱发电位（visual evoked potential,VEP）记录的皮质放大作用（m-scale）相对应［6］。每个六边形以二进制m序列的伪随机序列的脉冲信号作输入信号［1,2］，控制刺激图形的黑白翻转。m序列脉冲信号的产生十分简单和快速，可以在一般显示器两个图像出现之间的时间产生。通过计算机化的m序列和反应周期之间的相关技术处理，得到局部反应情况［2］。视网膜反应的密度（每平方度微伏值）以三维立体视功能地形图的方式表示，信号强处在中心凹［6］。 一阶反应（first-order kernel），是对单个输入信号的完全独立响应，即一种平均亮度反应，用脉冲响应的特性描述。脉冲响应可以用输入信号和响应信号的互相关函数计算。用m序列的脉冲信号作输入信号，将便于分析非线性系统［2,7］。非线性系统对应前后输入信号的响应可相互影响，这将在互相关函数上反应出来，如果采用m序列的脉冲信号，可以在一阶反应上尽量减少上述影响，使其主要反映线性部分特征。振幅密度（单位面积视网膜的振幅）在中心凹处有一突出的峰，该处光感受器的密度高，振幅低处位于传统视野检查的生理盲点。一阶反应主要起源于外层视网膜，将mERG的局部反应进行平均，A、B波的振幅和潜伏期与全视野ERG相似［8］。一阶反应的波形较简单，潜伏期随刺激亮度增加而缩短，振幅略增加。一阶反应为ERG的主要成分，只有在散瞳和用高照度进行检测时才能分析以二阶（second-order kernel）为主的反应［1］。 mERG的二阶反应也含有外层视网膜的成分，但可能主要起源于内层视网膜和视神经。二阶反应是对视系统的时间非线性测定，其代表连续闪光以15 ms、30 ms、45 ms等不同时间间隔刺激，观察到的神经元反应的非线性情况，即前后两次刺激象相互作用的反应。人类视觉系统显示出时间的高度非线性特点，二阶反应可分析神经元的恢复时间，这就增加了一个前所未有的时间检测功能，可以检验反应的非线性时程［6］。 2.mVEP的测定：mVEP是用多焦闪光刺激记录的VEP反应。mVEP使用常规银-氯化银皮肤电极，可以进行单极记录，作用电极位于枕部，参考电极位于前额，地电极位于耳垂［9,10］；也可以进行双极记录，正极、地极和负极在枕部皮肤沿中线分布［11］。视网膜反应信号的采样与显示器的场扫描同步，受试者需固视刺激图形的中心，整个记录过程分成若干段，每段之间让受试者休息［1］。为消除瞬目和眼球运动的影响，可以用伪迹剔除程序剔除或重新记录该段［2］。 VEP有大细胞旁路（M细胞的粗大纤维传导很快）和小细胞旁路（P细胞具有慢传导的细纤维）两种起源［6］。两种不同的机制均作用于一阶VEP反应，一种机制主要是在低照度下起作用，另一种在高照度下起作用。而在中照度时，两种机制的作用部分中和。二阶反应与一阶反应不同，刺激对比度增加时各种成分的波形保持它们的形状和潜伏期。通过对比证明第一种机制（饱和性）通过M细胞旁路起作用，而第二种机制（非饱和性）则通过P细胞旁路引起的皮质兴奋［6］。 3. mERG的变异性：生理解剖因素是mERG变异的主要原因。Kondo和Miyake［3］在15个受试者的两个相同部位的视网膜区域进行mERG的测定，发现受测试者之间存在变异。生理盲点处振幅较小，在距中心10°～15°处振幅相对较大［1］。因为鼻侧视野近中央处的反应密度较高，光反应的ERG地形图表现出鼻侧和颞侧视网膜具有一定程度的不对称性，中央峰明显向鼻侧加宽［1］。视敏度随离心度的增加下降得较快［12,13］，而暗适应敏感度和明视闪光敏感度随离心度的增加而提高［14］。 电生理的表现与外层视网膜解剖特点相对应。Oesterberg［15］、Curcio等［16］曾观察人眼的锥细胞密度，发现中央1°以外锥细胞的密度接近r-2/3（r为离心距离）；受试者之间大的变异是在中心1°以内的范围；20°以外鼻侧视网膜锥细胞密度明显高于颞侧。Sutter 和Tran［1］指出在光照条件下一阶反应随离心距离增加而下降，与视网膜锥细胞的密度分布大致相同［17］，提示电生理反应的强度主要由感受器的密度决定，锥细胞的大小和感受器的其他组织学特点对信号强度的影响很小［1］。 视网膜各层之间解剖和支持组织的不同在视网膜的局部变异中也起作用，视网膜的一定区域对某些疾病有高度易感性，成为疾病产生的重要原因。视网膜的功能地形图对于临床医生非常重要［1］。由于存在变异性，不能将从一个受试者那里得来的振幅参数用于另一个受试者，也不能将从不同受试者身上得到的参数予以平均，用来进行局部反应的低噪音测定。因为反应波型中大的变异是离心距离的不同［1］，所以临床应确立区别局部视网膜的异常反应与正常变异之间的标准，建立视网膜电生理反应的局部正常值范围［1］。 三、多焦视觉电生理检测的临床意义 1. 视野改变的mERG表现及两者对比：因mERG系统分别从刺激和未刺激区积累反应，所以抑制一定区域的刺激不影响电生理的记录过程［18］。文献报道用103单元进行mERG的检测，旁中心暗点在3°以内时，mERG地形图的反应密度无异常；暗点超过5°时，可以观察到相应部位反应降低，周围是一个不规则的反应密度轻度增高区［19］。累及的视网膜面积超过2个六边形刺激单元时，如果暗点的每一部分在刺激单元范围内，小到不足以产生一个低反应密度区，那么反应密度的降低在地形图上表现不出来。mERG不能发现视角<5°，且位于中心凹旁的暗点，因此观察小暗点必须建立更小的刺激单元［19］。 中心暗点在ERG地形图上表现为一中央凹陷的山谷，暗点扩大时ERG地形图中央受抑制的区域也扩大。在中央刺激被阻断时，周围的ERG振幅增大。如果中央阻断的区域过小，则记录不到增大的反应［20］。然而临床上视网膜色素变性［20］或黄斑变性［17］的患者，观察不到有功能视网膜的反应增加，可能无视野改变部位的视网膜功能未必完全正常［13］。视野收缩时可以观察到更宽的正波，有时可出现双峰［20］。 作为一种地形图技术，mERG与视野检查有许多相似之处，也有很重要的区别［1］。静态视野取点有限；ERG地形图能检测许多小区域。视野检查的时间取决于检查点的数量；而ERG的时程一般只取决于刺激单元的大小。可同时检查双眼的mERG，用强光或散瞳的方法可以得到较好的信噪比，明显缩短记录的时间。视野测试得出的是阈值；而电生理检测的结果是通过一种或一系列波型来反应，从这些波型中可以得到更多的信息。 在对青光眼、缺血性视神经病变和单眼视神经炎的研究中发现，mVEP检测结果与Humphrey视野计的符合性很好，说明单眼的神经节细胞和视神经的局部损伤，可以通过对比双眼的mVEP检测结果进行定量判断。 2. 青光眼：ERG大部分是在视网膜外层产生，发生青光眼时不会有显著改变。光反应ERG（flash electroretinograms，FERG）仅在青光眼的晚期才会出现轻度的改变，因此在目前阶段临床无法应用。mERG二阶反应的非线性反应起源于视网膜内层［21］，选择性地受到视神经萎缩和早期青光眼的影响［22］。因此mERG、mVEP比FERG更能反应局部神经节细胞的损伤［23］。 多焦技术通过检查序列刺激的效应，可以分析时程，能更多地研究视觉系统的非线性特点和疾病的改变［23］。多焦记录的范围越广，就越适合于发现青光眼的Bjerrum暗点［23］。mPERG二阶反应含有突出的能够重复的波形，记录与青光眼的视野损伤相符合，可用于青光眼的观察。分析时应将视网膜地形图与相应的视野阈值进行对比以确定这种关联的可靠性［23］。 mVEP以与皮质解剖相应的排列方式刺激中心20°～25°范围的视网膜，双极电极（在枕骨隆突上下2 cm）与传统的单极电极不同，可以记录上下半侧视野相似大小的反应。M细胞旁路在青光眼中更易受到损害，可引起mFVEP大细胞成分的丧失，但对此看法尚未统一［24］。 3. 糖尿病视网膜病变：在糖尿病视网膜病变的进程中无灌注区的出现标志着“不可逆”病损的开始［25］。为了明确开始糖尿病治疗的时间，需要发现亚临床的视网膜改变。如果电生理测试中使用大范围的刺激，在大部分视网膜正常时，小范围的视网膜异常不会影响整个视网膜的反应，因而常被忽视［21］。 mERG可以发现糖尿病患者早期视网膜功能的异常，甚至在出现临床病变之前即发现异常。病变的早期主要是二阶反应的波形和适应机制出现异常，定位在内层视网膜。在非增殖型糖尿病视网膜病变和个别无糖尿病视网膜病变的患者中一阶反应潜伏期延长和振幅降低说明累及了外层视网膜［21］。 在有临床表现的非增殖型糖尿病视网膜病变中，mERG第一负波潜伏期明显延长，一阶反应的振幅明显降低。在无视网膜病变的糖尿病患者中第一正波和平均振幅与对照组无明显差别［21］。无论视网膜病变是否存在，糖尿病患者mERG二阶反应的振幅均明显降低［21］，提示在糖尿病患者中以快速闪光刺激获得的反应随视网膜病变的进展而下降。 4. 视网膜脱离：视网膜脱离的ERG反应振幅降低，与脱离的面积有关［26］。手术成功后电生理反应增大［27］。mERG可以同时检测脱离和在位的视网膜电生理反应［28］。尽管mERG的敏感度和反应密度在术后均有所恢复，但恢复程度比视野要小得多。所有患者术前不仅脱离的视网膜反应密度明显降低，在位视网膜反应也很低［28］。随着术后视网膜功能的恢复，反应密度逐渐增高，手术前后反应密度有明显差别。但术后ERG振幅的提高从未超过63%，不如视野的改善程度。 术后视力和视野恢复良好的患者常有色觉异常。脱离的视网膜和在位的视网膜敏感性均降低（尤其是对蓝色的敏感性降低）。这些表现与mERG的结果相同，但与视野的检查结果不同。mERG比常规检查能提供更多视网膜功能方面的全面细致的信息。复位的视网膜电生理功能的恢复比敏感性差。在位的视网膜光敏感度几乎正常，电生理反应很低，甚至在手术复位以后也不能恢复正常。电生理与视野检查之间差别的原因尚不清楚，一种解释是刺激和记录的条件不同［3,29］。另一种解释是巩膜扣带术后引起视网膜血流降低，导致内层视网膜的功能异常。 视网膜脱离眼电生理反应的异常与视网膜受损的程度相对应。mERG系统将回答许多传统ERG系统解释不清的问题［28］。 5. 中心性浆液性脉络膜视网膜病变：中心性浆液性脉络膜视网膜病变（central serous chorioretinopathy CSC）中视网膜色素上皮（retinal pigment epithelial，RPE）转运系统存在广泛的功能缺陷。很多研究对CSC脱离的视网膜进行了功能的检查，发现视力相当好的时候，对比敏感度、颜色辨别、暗适应、局部ERG已发生了改变［30,31］。 mERG检测出了包括后极部在内的视网膜功能地形图，可以显示出全视野ERG测试中并不明显的局部视网膜病变［32］。一般认为CSC的对侧眼是正常的，mERG检查发现对侧眼中心部的反应降低了，然而患者的双眼全视野ERG仍然正常。视网膜脱离区mERG B波的波峰潜伏期比对侧眼和正常眼明显延长。患眼中心区A、B波反应均严重降低，活动性视网膜脱离眼B波比另一眼中心区延长更明显［32］。
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相关积分检测癫痫发作前脑电的动力学变化
目的研究用相关积分预报癫痫发作的效果.方法记录系统为8导脑电Holter系统,数据采自5例部分性继发全身性发作的病人,用相关积分对癫痫病人的发作前数据进行分析以检测发作前阶段.结果 5例中有4例可以检测出数分钟至数十分钟的发作前阶段.结论癫痫病人的头皮脑电Holter数据中隐含有一定的发作前变化信息,相关积分可以反映出病人发作前脑动力学的某些相对变化, 相关积分可用于检测癫痫发作前阶段,但还需进一步扩大分析病例.
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急性轻中度缺氧对脑电信号复杂度的影响
目的脑电的非线性分析是目前脑电研究的一个热点.复杂度比其它非线性参量有其优点.本文探讨了缺氧对脑电信号复杂度的影响. 方法建立了一个急性高空缺氧实验模型,记录了4种不同高度条件下从缺氧前到缺氧30 min时的EEG,分析了其复杂度. 结果发现缺氧引起复杂度明显变化.随时间和高度增加,一定程度缺氧可使EEG复杂度低于正常. 结论 EEG复杂度对脑缺氧较为敏感,可用于对缺氧程度进行评估,有望成为临床诊断的一个指标.
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心率变异性的分析方法及其在航天医学领域的应用
心率变异性(heart rate variability,HRV)分析是无创检测心脏自主神经调节功能的一种手段,因其可以定量评估自主神经系统活动以及心脏的内在动力学机制、解释和预测心脏的运动过程而获得广泛的应用,并成为心电信号处理领域的一个前沿热点.目前HRV信号的分析方法主要有线性分析和非线性分析方法.本文综述了目前国内外HRV分析方法的研究进展,并对其在航天医学领域内的发展方向做了展望.
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双源CT非线性融合技术联合低流率注射对比剂行主动脉成像的可行性
多层螺旋CT已经成为主动脉疾病诊断和疗效评估的常规手段［1］。对主动脉病变急症患者而言，高流率、大剂量注射对比剂会带来渗漏风险，并加重患者痛苦和负担。笔者采用双源CT非线性融合技术联合低流率注射对比剂行主动脉CTA检查，旨在探讨其可行性。
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GDR2000型直接数字摄影系统的定标
我院使用的直接数字摄影(DR)系统GDR2000,是美国Varian公司的DR板,型号为PAXSCAN4030.由于DR采集板属于半导体器件,其本身存在多个方面的噪声,包括静态噪声(Offset)、动态噪声(X)等.对DR系统定标的目的就是减少或接近消除这些噪声,以便获得清晰的医疗影像.定标主要针对以下3个部分:(1)坏点(Dm):指采集板固有存在的坏的像素点,连续的坏像素点构成坏线或坏区.(2) Offset:指在没有X线发射到采集板时,通过运行采集图像程序得到图像,此图像含有的随机噪声.(3)X:指不同的X线剂量照射到采集板上,由于探测器本身的动态响应不一致而造成的响应值呈非线性而言.
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广义可加模型在H1N1疫苗效果评估中的应用
目的 探讨广义可加模型在处理非线性数据方面的优势.方法 以H1N1疫苗临床试验数据为实例,分别用广义可加模型与一般线性模型对已知不成线性的影响因素进行模型拟合,分析影响H1N1疫苗抗体滴度的相关因素.分别用偏差统计量及误差均方对模型拟合效果进行评价.结果 与一般线性模型相比,广义可加模型的拟合效果更好,具有较小的偏差统计量和误差均方.结论 广义可加模型在处理非线性数据时,拟合效果优于一般线性模型,在自变量与因变量不成线性关系时,应首选广义可加模型.
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融合模型树的偏小二乘法的中医药分析研究
中医方药呈现多靶点、多成分、多药效指标等特点,决定了中医药数据具有多自变量、多因变量和非线性的特征.偏小二乘法(PLS)以其内部交叉核验的本质,难以满足中医药非线性的特性,而模型树在回归建模时,由多个多元线性片段组成,对非线性数据有良好的拟合效果.基于此,本文提出了一种融合模型树的PLS.PLS外模型中的主成分仍按照原来的方法不断提取并累计t=(t1,t2,t3,…),将这些主成分分别与原始被解释变量不断构建模型树,直到满足精度条件为止.分别在麻杏石甘汤君药平喘实验、止咳实验和UCI机器学习数据集上进行实验,结果表明,融合模型树的PLS对中医药数据有很好的适应性.
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中医药研究中系统论与还原论的关联关系
进入21世纪,科学与人文的融合是时代的主题.生命科学研究需要在整体论、系统论指导下的还原分析,应融入非线性复杂性科学.医学科学则以科学的成就、精神来体现人文的关怀.科学求真,人文求善,科学为人文奠基,人文为科学导向,科学人文合而不同,互补互动.
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共识疗效亟待破解的难题
当前,科学的大格局正在发生着深刻的变化.天地人一元论的宇宙观逐渐成为科技界的共识.西方工业文明追求精准,为20世纪人类的精神生活与物质生活带来了极大的提高,功不可没.当今我们应该提倡东学、西学兼收并蓄,以国学为主体,从整体医学出发进行还原分析,再回归到整体上分析,针对优势病种进行辨证论治,以复杂性非线性干预手段,获取中医与西医、国内与国外共识的疗效,更新评价体系,从医生与患者做意象结合的评价,这的确是难题,尚待研究.
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结构方程模型的研究进展
结构方程模型(Structural Equation Model,SEM)是一种用来分析多个指标变量间错综复杂关系结构的多元统计分析方法,它为研究者用于量化与理论检验提供了一种包罗万象的方法.
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人工神经网络技术在疾病诊断中的应用进展
人工神经网络(Artificial Neural Networks , ANN)是在对人脑组织结构和运动机制的认识理解基础上模拟其结构和智能功能而构成的一种信息处理系统[1].具有自学习、联想记忆、高度并行、容错等功能及强大的非线性处理能力[2,3] ,其理论的应用已渗透到各个领域并取得非常令人瞩目的进展,近年来在医学领域的应用也越来越广泛,现将ANN在疾病诊断方面的应用综述如下.
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心电信号的非线性小波检测方法
将非线性小波方法应用于心电信号的检测.利用二进Daubechies小波对有高频噪声干扰的心电信号按Mallat算法进行小波分解;探讨了非线性小波检测方法;结合Lipschitz指数判据,将其应用于高频干扰心电信号的去噪,实现了滤除噪声的同时又有效地恢复了心电信号.
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ECG信号预处理的综合实现方法
体表电极检测到的ECG信号常含有不同类型的干扰,因此,检测分析前要进行预处理.文中采用数字滤波处理,在前人工作基础上进行了归纳,全面详细地阐述了对心电信号进行带通滤波、微分、平方非线性放大、移动窗积分等一系列预处理措施;用matlab验证来自MIT-BIH数据库的心电信号的处理效果.由结果可知,用文中方法消噪的同时又有效地恢复和放大了波形特征信息,优化了心电波形,为后继检测和分析提供了更加可靠的依据.由于其简单易行,为临床实现提供了重要的现实依据.
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基于BP神经网络的脸部皮肤图像质量评价
目的:准确方便地进行脸部皮肤质量评价.方法:基于改进的BP神经网络算法,建立脸部皮肤图像质量评价模型,使模型不断学习训练样本中存在的内在模式,训练成功后即可通过各项皮肤指标的输入,输出评价结果.结果:采用23组样本进行实验,评价准确度达95%.结论:该网络模型有较高的评价精度,较低的误差率,具备实用价值.
