严重意识障碍患者对声刺激的EEG响应及其在有效性评估中的应用

摘要

严重意识障碍患者是指由重型颅脑损伤、脑出血或梗死、电击伤、心脏疾病、溺水等所导致的对周围环境的感知具有障碍的患者（俗称植物人）。严重意识障碍患者意识状态分为植物状态(VS，vegetative state)和最小意识状态(MCS，minimally conscious state)。如何通过不同的刺激手段（如电刺激，声刺激，光刺激等）对意识障碍患者进行有效促醒是医学界面临的难题之一。声刺激（包括唤名刺激、音乐刺激）是目前临床常用的促醒治疗方法，然而如何对不同声刺激的有效性如何进行评估，目前还缺乏明确的评估方法，因此探索声刺激有效性评估方法具有重要的临床应用价值。
　　脑电信号（EEG）具有时间分辨率高，成本低，无辐射性，适合床边检测等优点，能够准确、客观的地反映出大脑功能活动的变化情况。本文以脑电技术作为研究手段，通过对比分析被试在不同类型声音（唤名、音乐）刺激下的EEG信号特征值的变化，判别何种刺激引发对患者最大脑电响应，以此作为刺激有效性评定依据；同时，根据不同意识状态的患者对同一声音刺激的不同反应程度，实现意识状态的辅助判定。本论文的主要研究工作如下：
　　（1）背景及现状的介绍：介绍在严重意识障碍患者诊治领域面临的医学问题及脑电技术在意识状态判定和预后方面的研究概况和发展趋势。
　　（2）实验方案设计：包括实验对象的选择、实验范式的确定、实验材料的应用等。
　　（3）声刺激有效性的评估：本文分别选择了小波能量值和样本熵作为脑电特征指标，统计分析MCS和VS在唤自名刺激、唤他名刺激和音乐刺激下三种不同声音刺激前后的脑电响应程度，比较不同声刺激手段的有效性。研究表明：首先，在唤自名刺激前后，MCS和VS的脑电小波能量值均具有显著性的变化，而样本熵均无显著性的变化。其次，在唤他名刺激前后，MCS和VS的小波能量值、样本熵均无显著性变化。最后，在音乐刺激前后，MCS的小波能量值有显著性变化，样本熵无显著性变化；而 VS的小波能量值、样本熵均无显著性变化。因此，脑电小波能量值能够有效地实现对不同声刺激的有效性评估，而样本熵不适于评估声刺激的有效性。
　　（4）意识状态的分类研究：本文以唤自名刺激和音乐刺激下的8导小波能量值为特征参数，应用K-调和均值聚类方法，对33例意识障碍患者进行了意识状态判别，其判别正确率达78％。

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第一章 绪论

1.1 课题研究背景和意义

1.2 国内外研究概况及发展趋势

1.3 本文主要工作、创新点及论文结构

第二章 脑电信号分析基础

2.1 脑电信号的基础

2.2脑电信号主要分析方法

2.3本章小结

第三章 实验方案介绍

3.1 实验目的

3.2 研究对象

3.3 实验材料与设备

3.4 实验设计

3.5 实验注意事项

3.6 本章小结

第四章 基于小波变换的声刺激有效性评估

4.1 小波变换的理论基础

4.2 基于小波变换的脑电信号预处理

4.3 基于小波变换的脑电信号特征提取

4.4 本章小结

第五章 基于样本熵的声刺激有效性评估

5.1 样本熵的理论基础

5.2 基于样本熵的意识障碍患者脑电信号特征提取

5.3 本章小结

第六章 聚类分析在意识状态分类上的应用

6.1 聚类分析基础

6.2 K-调和均值算法理论

6.3 基于K-调和均值的意识状态分类

6.4 本章小结

第七章 总结与展望

7.1 工作总结

7.2 研究展望

致谢

参考文献

附录：