本文關(guān)鍵詞： 帕金森病 腦功能狀態(tài) 相關(guān)分析 因果分析 雙譜分析　出處：《中國科學(xué)院研究生院(長春光學(xué)精密機械與物理研究所)》2014年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：深部腦刺激（Deep Brain Stimulatin, DBS）技術(shù)是抑制和緩解帕金森�。≒arkinson's Disease, PD）運動相關(guān)癥狀的有效手段，已經(jīng)成為晚期帕金森病常用的治療方式。目前，DBS技術(shù)一般指的是向特定大腦神經(jīng)核團施加一定頻率、幅度等參數(shù)的電脈沖刺激序列，調(diào)整基底神經(jīng)節(jié)網(wǎng)絡(luò)的過度同步化現(xiàn)象，有效改善帕金森靜止性震顫等運動功能�，F(xiàn)在應(yīng)用中DBS的刺激方式為持續(xù)的電脈沖刺激序列，刺激效率較低，，并有較明顯的副作用。正處于研究中的閉環(huán)DBS技術(shù)，試圖識別、區(qū)分與帕金森病相關(guān)的不同腦功能狀態(tài)，并在腦功能狀態(tài)處于異常狀態(tài)時施加準(zhǔn)確劑量的電刺激，有效提升DBS臨床刺激效率，節(jié)省刺激器功耗，改善治療效果，已成為DBS技術(shù)的發(fā)展方向。 本文從帕金森患者丘腦底核區(qū)域的局部場電位信號（Local Field Potential,LFP）入手，研究大腦信號與帕金森病相關(guān)腦功能狀態(tài)的關(guān)系，尋找合適的方法量化LFP信號與腦功能狀態(tài)的映射關(guān)系，為閉環(huán)DBS控制系統(tǒng)反饋環(huán)節(jié)做了理論方面的工作。 首先，采集和篩選帕金森病靜止性震顫相關(guān)的肌電信號(Electromyography,EMG)和局部場電位信號，研究與靜止性震顫相關(guān)的神經(jīng)活動在頻域上能量分布的基本特征。采用功率譜分析方法，確定了與震顫相關(guān)的神經(jīng)活動主要分布在0-40Hz頻段內(nèi)，并且Delta（0-4Hz）、Theta（4-8Hz）、Alpha（8-12Hz）和Beta（12-30Hz）四個子頻段占據(jù)了絕大部分能量。 其次，針對3-30Hz頻段場電位信號，采用時頻分析手段考察該頻段內(nèi)不同頻率成分隨時間變化的動態(tài)特征，將與疾病狀態(tài)相關(guān)的神經(jīng)活動范圍縮小為3-20Hz。短時傅里葉變換分析3-20Hz震顫狀態(tài)的場電位信號，發(fā)現(xiàn)Delta、Theta、Alpha和低Beta頻段內(nèi)存在具有同步變化規(guī)律的多個頻率成分，并且各個成分的中心頻率之間成倍數(shù)關(guān)系；靜息狀態(tài)不具備明顯的同步現(xiàn)象。 再次，研究震顫狀態(tài)3-20Hz多個倍頻成分保持同步變化規(guī)律的內(nèi)在機制，分析震顫狀態(tài)下保持同步變化的多個倍頻成分幅度之間的線性耦合關(guān)系。采用基于Hilbert變換的跨頻率相關(guān)分析研究多倍頻成分兩兩之間的互相關(guān)關(guān)系，揭示了多個倍頻成分在震顫狀態(tài)的統(tǒng)計相關(guān)性明顯高于靜息狀態(tài)。對多倍頻成分的時域Granger因果分析顯示，震顫狀態(tài)下Delta對Theta、Delta對Alpha、Theta對Alpha、Alpha對低Beta的產(chǎn)生有更強的因果驅(qū)動關(guān)系，一定程度上解釋了相關(guān)分析中的統(tǒng)計相關(guān)性。 最后，研究3-20Hz頻段多倍頻成分的非線性耦合關(guān)系，采用高階統(tǒng)計量手段檢測出多倍頻成分間二次相位耦合作用的存在，根據(jù)震顫和靜息狀態(tài)具有的二次相位耦合作用的不同分布和耦合強度等特征可區(qū)分震顫狀態(tài)和靜息狀態(tài)對應(yīng)的丘腦底核功能狀態(tài)。 本文從復(fù)雜的神經(jīng)活動中逐漸確定了與帕金森病震顫癥狀的神經(jīng)波動成分，研究這些神經(jīng)波動成分間線性耦合和非線性耦合的交互作用，基本實現(xiàn)了對帕金森病震顫和靜息兩個狀態(tài)的丘腦底核區(qū)域神經(jīng)活動分類。本文關(guān)于帕金森病靜止性震顫腦功能狀態(tài)檢測的工作有助于閉環(huán)深部腦刺激技術(shù)的發(fā)展。
[Abstract]:Deep brain stimulation ( DBS ) is an effective means of inhibiting and relieving the symptoms associated with Parkinson ' s disease ( PD ) . This paper starts with the local field potential ( LFP ) of the thalamosal nucleus region of Parkinson ' s disease , and studies the relationship between brain signals and brain functional states of Parkinson ' s disease , and looks for a suitable method to quantify the mapping relationship between LFP signal and brain functional state , which provides theoretical work for the feedback link of the closed - loop DBS control system . First , EMG and local field potential signals related to Parkinson ' s disease were collected and screened . The basic features of energy distribution in the frequency domain were studied by means of power spectrum analysis . The main distribution of nerve activity related to tremor was determined in the range of 0 - 40 Hz , and the four sub - bands of Delta ( 0 - 4Hz ) , Theta ( 4 - 8Hz ) , Alpha ( 8 - 12Hz ) and Beta ( 12 - 30Hz ) occupied most of the energy . Secondly , a time - frequency analysis method is used to study the dynamic characteristics of different frequency components in the frequency band with time variation for the 3 - 30Hz band field potential signal , and the range of neural activity related to the disease state is reduced to 3 - 20Hz . The short - time Fourier transform analysis analyzes the field potential signal with the state of 3 - 20Hz . It is found that there are multiple frequency components with synchronous change law in the delta , Theta , Alpha and low Beta bands , and the center frequency of each component is multiple ; the resting state does not have obvious synchronization phenomenon . In this paper , the correlation between multiple frequency doubling components in the state of tremor is studied , and the correlation between the amplitudes of multiple frequency doubling components in the state of tremor is analyzed . The correlation between the amplitude of multiple frequency components in the state of tremor is analyzed . The results show that the statistical correlation between the multiple frequency components in the state of tremor is higher than that of rest . Finally , the nonlinear coupling relationship of multi - frequency components in the 3 - 20Hz frequency band is studied , and the existence of the secondary phase coupling between the multi - frequency components is detected by means of high - order statistics , and the state of the functional states of the thalamus and the nucleus of the thalamus corresponding to the resting state can be distinguished according to the characteristics such as the different distribution and coupling strength of the secondary phase coupling effect of the tremor and the resting state . In this paper , the nerve fluctuation component of Parkinson ' s disease is gradually determined from complex nerve activity , and the interaction of linear coupling and non - linear coupling between these nerve wave components is studied , and the neuroactive classification of the thalamosal nucleus region of Parkinson ' s disease tremor and resting state is basically realized . The work of this paper is helpful to the development of the closed - loop deep brain stimulation technique .

【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院研究生院(長春光學(xué)精密機械與物理研究所)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：R742.5

【共引文獻】

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本文編號：1546734