基于EEG和fMRI的严重意识障碍患者意识状态及恢复评估研究

发布时间：2019-11-15 00:26

【摘要】：严重意识障碍是指人们对周围环境以及自身状态的识别和察觉能力出现障碍，在临床上表现为严重的脑功能紊乱，它可能由多种原因引起，，包括重型颅脑损伤、脑出血或梗死、电击伤、心脏疾病、溺水等。按意识障碍严重的程度，严重意识障碍状态可分为最小意识状态（minimally conscious state, MCS）和植物状态(vegetative state, VS）。如何通过客观有效的方法来对该类患者意识恢复的水平进行评估是医学界面临的难题之一，行为学意识量表评分是目前临床上常用的评估方法，但该方法会依赖于操作者的经验水平，有一定的主观性，因此利用患者大脑信息来探索出更加客观有效的评估方法具有重要的临床意义。脑电信号(EEG)具有无害、成本低、信号易获取、可在床边检测等优点，能够从较高的时间分辨率角度去客观、准确的反映大脑功能状态。脑功能磁共振成像（fMRI）具有非侵入性、无辐射的优点，能够从较高的空间分辨率角度来反映大脑的功能连接或者激活情况。本文以脑电技术和脑功能磁共振成像技术为研究手段，通过分析EEG信号的非线性特征与昏迷恢复量表(CRS-R)的相关性和fMRI信号常用特征参数，研究EEG和fMRI在严重意识障碍患者意识状态及恢复过程中所起的评估作用。本论文的主要研究工作如下：（1）背景及现状介绍：介绍严重意识障碍的基本概念和意识评估方法，分别介绍国内外EEG和fMRI在意识障碍患者领域的研究现状。（2）EEG和fMRI基础知识和实验方案设计：分别介绍了EEG和fMRI的产生机制和特点、预处理和分析方法，实验设计包括实验对象的选择和实验仪器参数的设置。（3）EEG非线性特征与CRS-R相关性分析：本文选择近似熵、样本熵、排列熵和复杂度LZC非线性动力参数作为脑电特征指标。首先分别统计分析总样本、MCS组和VS组在T1时间点和T2时间这4种非线性特征参数的差异性以及CRS-R评分的差异性，其次做了4种非线性参数T1、T2时间点变化值与CRS-R评分变化的相关性分析，最后选择近似熵特征绘制了MCS患者和VS患者的脑地形图。结果表明，MCS组和VS组CRS-R评分变化均显著差异(P 0.01)；MCS组的近似熵和复杂度LZC变化显著差异(P 0.05)，而VS组只有近似熵变化显著差异(P 0.05)；MCS组近似熵、复杂度LZC的变化与CRS-R评分变化的相关系数分别为0.851和0.693，呈显著正相关，VS组只有近似熵变化与CRS-R评分变化显著正相关，相关系数为0.778；近似熵用于患者脑地形图可视化表征具有较好的效果。近似熵非线性特征用于评估严重意识障碍患者的意识状态及恢复过程具有一定的可行性。（4）fMRI信号特征分析：本文选择局部一致性（ReHo）、低频振幅（ALFF）和小世界属性（Small world）作为fMRI特征指标。首先统计分析MCS组、VS组与正常对照组两两之间ReHo、ALFF显著性变化情况，还做了2例VS患者T1、T2时间点的ReHo、ALFF差异性分析，然后又统计分析了3组两两之间最短路径、聚类系数和平均度的差异情况，最后绘制了2例VS患者T1、T2时间点的脑功能网络邻接矩阵和3D脑功能网络图。结果表明，MCS组和VS相对于正常对照组的ReHo和ALFF都有显著性升高或降低，VS组相较于MCS组的ReHo出现显著性降低，2例VS患者的ALFF在T1时间对相较于T2时间点出现了显著性降低；最短路径显示VS组和正常对照组存在显著性差异，聚类系数显示VS组与MCS组、正常对照组都存在显著性差异，平均度显示VS组与正常对照组存在显著性差异；2例VS患者的网络邻接矩阵和3D脑功能网络图显示患者一脑区连接目数增加但强度有所减弱，患者二脑区节点连接强度和数目明显上升，脑功能网络图和脑地形图一样用可视化方法表征患者的脑活动情况。ReHo、ALFF、度、小世界属性和脑功能网络图都能够一定程度反映患者的意识状态及恢复水平。
【学位授予单位】：杭州电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：R741;TN911.7

【参考文献】