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基于模糊近似熵的抑郁症患者静息态功能磁共振成像信号复杂度分析

杨孝敬 杨阳 李淮周 钟宁

基于模糊近似熵的抑郁症患者静息态功能磁共振成像信号复杂度分析

杨孝敬, 杨阳, 李淮周, 钟宁
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  • 提出采用模糊近似熵的方法对功能磁共振成像(functional magnetic resonance imaging,fMRI)复杂度量化分析,并与样本熵进行比较.采用的22个成年抑郁症患者中,11位男性,年龄在1865岁之间.我们期望测量的静息态fMRI信号复杂度与Goldberger/Lipsitz模型一致,越健康、越稳健其生理表现的复杂度越大,且复杂度随年龄的增大而降低.全脑平均模糊近似熵与年龄之间差异性显著(r=-0.512,p 0.001).相比之下,样本熵与年龄之间差异性不显著(r=-0.102,p=0.482).模糊近似熵同样与年龄相关脑区(额叶、顶叶、边缘系统、颞叶、小脑顶叶)之间差异性显著(p0.05),样本熵与年龄相关脑区之间差异性不显著性.这些结果与Goldberger/Lipsitz模型一致,说明采用模糊近似熵分析fMRI数据复杂度是一个有效的新方法.
      通信作者: 杨孝敬, yangxj84@163.com
    • 基金项目: 国家重点基础研究发展计划(批准号:2014CB744600)和国家自然科学基金(批准号:61272345,61105118)资助的课题.
    [1]

    Lipsitz L A 2004 Sci. Aging Knowl. Environ. 16 7

    [2]

    Sokunbi M O, Staff R T, Waiter G D, Ahearn T S, Fox H C, Deary I J 2011 IEEE Trans. Biomed. Eng. 58 3206

    [3]

    Pritchard W S, Duke D W, Coburn K L, Moore N C, Tucker K A, Jann M W 1994 Electroenceph. Clin. Neurophysiol. 91 118

    [4]

    Wolf A, Swift J B, Swinney H L, Vastano J A 1985 Physica D 16 285

    [5]

    Eckmann J P, Ruelle D 1992 Physica D 56 185

    [6]

    Grassberger P, Procaccia I 1983 Phys. Rev. Lett. 50 346

    [7]

    Bertolaccini M, Bussolati C, Padovini G 1978 IEEE Trans. Biomed. Eng. 25 159

    [8]

    Pesin Y B 1977 Russ. Math. Surv. 32 55

    [9]

    Kaplan J, Yorke J 1979 Chaotic Behavior of Multidimensional Difference Equations (Berlin Heidelberg:Springer) 17204

    [10]

    Kolmogorov A N 1958 Doki. Akad. Nauk. 119 861

    [11]

    Pincus S 1995 Chaos 5 110

    [12]

    Pincus S M 2001 Ann. NY. Acad. Sci. 954 245

    [13]

    Pincus S M 1991 Proc. Natl. Acad. Sci. USA 88 2297

    [14]

    Wang Z, Li Y, Childress A R, Detre J A 2014 PLoS ONE 9 e89948

    [15]

    Xie H B, Guo J Y, Zheng Y P 2010 Ann. Biomed. Eng. 38 1483

    [16]

    Li Q, Wang T Y, Leng Y G, He G Y, He H L 2007 Acta Phys. Sin. 56 6803(in Chinese)[李强, 王太勇, 冷永刚, 何改云, 何慧龙2007物理学报56 6803]

    [17]

    Bosl W, Tierney A, Tager-Flusberg H, Nelson C 2011 BMC Med. 9 18

    [18]

    Catarino A, Churches O, Baron-Cohen S, Andrade A, Ring H 2011 Clin. Neurophysiol. 122 2375

    [19]

    Ahmadlou M, Adeli H, Adeli A 2010 J. Clin. Neurophysiol. 27 328

    [20]

    Liu D Z, Wang J, Li J, Li Y, Xu W M, Zhao X 2014 Acta Phys. Sin. 63 198703(in Chinese)[刘大钊, 王俊, 李锦, 李瑜, 许文敏, 赵筱2014物理学报63 198703]

    [21]

    Wang K M, Zhong N, Zhou H Y 2014 Acta Phys. Sin. 63 178701(in Chinese)[王凯明, 钟宁, 周海燕2014物理学报63 178701]

    [22]

    Gomez C, Abasolo D, Poza J, Fernandez A, Hornero R 2010 Conf. Proc. IEEE Eng. Med. Biol. Soc. 75 2379

    [23]

    Richman J S, Moorman J R 2000 Am. J. Physiol.-Heart Circul Physiol. 278 H2039

    [24]

    Abasolo D, Hornero R, Espino P, álvarez D, Poza J 2006 Physiol. Meas. 27 241

    [25]

    Gomez C, Poza J, Garcia M, Fernandez, Hornero R 2011 Regularity Analysis of Spontaneous MEG Activity in Attention-Deficit/Hyperactivity Disorder (IEEE:Proceedings of the 33rd Annual International Conference of the IEEE EMBS) p1765

    [26]

    Sokunbi M O 2014 Front. Neuroinform. 8 69

    [27]

    Sokunbi M O, Gradin V B, Waiter G D, Cameron G G, Ahearn T S, Murray A D, Steele D J, Staff R T 2014 PLoS ONE 9 e95146

    [28]

    Yang A C, Huang C C, Yeh H L, Liu M E, Hong C J, Tu P C 2013 Neurobiol. Aging 34 428

    [29]

    Sokunbi M O, Fung W, Sawlani V, Choppin S, Linden D E J, Thome J 2013 Neuroimaging 214 341

    [30]

    Chen W, Wang Z, Xie H, Yu W 2007 IEEE Trans. Neural Syst. Rehabil. Eng. 15 266

    [31]

    Sun R, Song R, Tong K Y 2014 IEEE Trans. Neural Syst. Rehab. Eng. 22 1013

    [32]

    Kumar Y, Dewal M L, Anand R S 2014 Neurocomputing 133 271

    [33]

    Logothetis N K, Wandell B A 2004 Annu. Rev. Physiol. 66 735

    [34]

    Gawryluk J R, Mazerolle E L, D'Arcy R C N 2014 Front. Neurosci. 8 239

    [35]

    Goldberger A L 1996 Lancet 347 1312

    [36]

    Goldberger A L 1997 Perspect. Biol. Med. 40 543

    [37]

    Goldberger A L, Peng C, Lipsitz L A 2002 Neurobiol. Aging 23 23

    [38]

    Deary I J, Corley J, Gow A J, Harris SE, Houlihan L M, Marioni R E 2009 Br. Med. Bull. 92 135

    [39]

    Yao Y, Lu W L, Xu B, Li C B, Lin C P, Waxman D 2013 Sci. Rep. 3 2853

    [40]

    Anokhin A P, Birbaumer N, Lutzenberger W, Nikolaev A, Vogel F 1996 Electroencephalogr. Clin. Neurophysiol. 99 63

    [41]

    Zadeh L A 1965 Inform. Control 8 338

    [42]

    Xiong G, Zhang L, Liu H, Zou H, Guo W 2010 J. Zhejiang University-Sci. A(Appl. Phys. Eng.) 11 270

    [43]

    Fernández A, Hornero R, Gómez C, Turrero A, Gil-Gregorio P, Matias-Santos J, Ortiz T 2010 Alzheimer Dis. Assoc. Disord. 24 182

    [44]

    Fernandez A, Zuluaga P, Abasolo D, Gomez C, Serra A, Mendez M A 2012 Clin. Neurophysiol. 123 2154

    [45]

    Liu C Y, Krishnan A P, Yan L, Smith R X, Kilroy E, Alger J R, Ringman J M, Wang D J 2013 J. Magn. Reson. Imaging 38 36

    [46]

    Thomas B P, Liu P, Park D C, van Osch M J, Lu H 2014 J. Cereb. Blood Flow Metab. 34 242

    [47]

    Lu H, Xu F, Rodrigue K M, Kennedy K M, Cheng Y, Flicker B 2011 Cereb. Cortex 21 1426

    [48]

    Samanez-Larkin G R, D'Esposito M 2008 Soc. Cogn. Affect. Neurosci. 3 290

    [49]

    Tsvetanov K A, Henson R N A, Tyler L K, Davis S W, Shafto M A, Taylor J R 2015 Hum. Brain Mapp. 36 2248

    [50]

    Liu C, Zheng D, Li P, Zhao L, Liu C, Murray A 2013 Proceedings of the IEEE Computing in Cardiology Conference(CinC) Zaragoza, Spain, September 22-25, 2013p39

    [51]

    Zweig M H, Campbell G 1993 Clin. Chem. 39 561

    [52]

    Pincus S M, Goldberger A L 1994 Am. J. Physiol.-Heart Circul Physiol. 266 H1643

  • [1]

    Lipsitz L A 2004 Sci. Aging Knowl. Environ. 16 7

    [2]

    Sokunbi M O, Staff R T, Waiter G D, Ahearn T S, Fox H C, Deary I J 2011 IEEE Trans. Biomed. Eng. 58 3206

    [3]

    Pritchard W S, Duke D W, Coburn K L, Moore N C, Tucker K A, Jann M W 1994 Electroenceph. Clin. Neurophysiol. 91 118

    [4]

    Wolf A, Swift J B, Swinney H L, Vastano J A 1985 Physica D 16 285

    [5]

    Eckmann J P, Ruelle D 1992 Physica D 56 185

    [6]

    Grassberger P, Procaccia I 1983 Phys. Rev. Lett. 50 346

    [7]

    Bertolaccini M, Bussolati C, Padovini G 1978 IEEE Trans. Biomed. Eng. 25 159

    [8]

    Pesin Y B 1977 Russ. Math. Surv. 32 55

    [9]

    Kaplan J, Yorke J 1979 Chaotic Behavior of Multidimensional Difference Equations (Berlin Heidelberg:Springer) 17204

    [10]

    Kolmogorov A N 1958 Doki. Akad. Nauk. 119 861

    [11]

    Pincus S 1995 Chaos 5 110

    [12]

    Pincus S M 2001 Ann. NY. Acad. Sci. 954 245

    [13]

    Pincus S M 1991 Proc. Natl. Acad. Sci. USA 88 2297

    [14]

    Wang Z, Li Y, Childress A R, Detre J A 2014 PLoS ONE 9 e89948

    [15]

    Xie H B, Guo J Y, Zheng Y P 2010 Ann. Biomed. Eng. 38 1483

    [16]

    Li Q, Wang T Y, Leng Y G, He G Y, He H L 2007 Acta Phys. Sin. 56 6803(in Chinese)[李强, 王太勇, 冷永刚, 何改云, 何慧龙2007物理学报56 6803]

    [17]

    Bosl W, Tierney A, Tager-Flusberg H, Nelson C 2011 BMC Med. 9 18

    [18]

    Catarino A, Churches O, Baron-Cohen S, Andrade A, Ring H 2011 Clin. Neurophysiol. 122 2375

    [19]

    Ahmadlou M, Adeli H, Adeli A 2010 J. Clin. Neurophysiol. 27 328

    [20]

    Liu D Z, Wang J, Li J, Li Y, Xu W M, Zhao X 2014 Acta Phys. Sin. 63 198703(in Chinese)[刘大钊, 王俊, 李锦, 李瑜, 许文敏, 赵筱2014物理学报63 198703]

    [21]

    Wang K M, Zhong N, Zhou H Y 2014 Acta Phys. Sin. 63 178701(in Chinese)[王凯明, 钟宁, 周海燕2014物理学报63 178701]

    [22]

    Gomez C, Abasolo D, Poza J, Fernandez A, Hornero R 2010 Conf. Proc. IEEE Eng. Med. Biol. Soc. 75 2379

    [23]

    Richman J S, Moorman J R 2000 Am. J. Physiol.-Heart Circul Physiol. 278 H2039

    [24]

    Abasolo D, Hornero R, Espino P, álvarez D, Poza J 2006 Physiol. Meas. 27 241

    [25]

    Gomez C, Poza J, Garcia M, Fernandez, Hornero R 2011 Regularity Analysis of Spontaneous MEG Activity in Attention-Deficit/Hyperactivity Disorder (IEEE:Proceedings of the 33rd Annual International Conference of the IEEE EMBS) p1765

    [26]

    Sokunbi M O 2014 Front. Neuroinform. 8 69

    [27]

    Sokunbi M O, Gradin V B, Waiter G D, Cameron G G, Ahearn T S, Murray A D, Steele D J, Staff R T 2014 PLoS ONE 9 e95146

    [28]

    Yang A C, Huang C C, Yeh H L, Liu M E, Hong C J, Tu P C 2013 Neurobiol. Aging 34 428

    [29]

    Sokunbi M O, Fung W, Sawlani V, Choppin S, Linden D E J, Thome J 2013 Neuroimaging 214 341

    [30]

    Chen W, Wang Z, Xie H, Yu W 2007 IEEE Trans. Neural Syst. Rehabil. Eng. 15 266

    [31]

    Sun R, Song R, Tong K Y 2014 IEEE Trans. Neural Syst. Rehab. Eng. 22 1013

    [32]

    Kumar Y, Dewal M L, Anand R S 2014 Neurocomputing 133 271

    [33]

    Logothetis N K, Wandell B A 2004 Annu. Rev. Physiol. 66 735

    [34]

    Gawryluk J R, Mazerolle E L, D'Arcy R C N 2014 Front. Neurosci. 8 239

    [35]

    Goldberger A L 1996 Lancet 347 1312

    [36]

    Goldberger A L 1997 Perspect. Biol. Med. 40 543

    [37]

    Goldberger A L, Peng C, Lipsitz L A 2002 Neurobiol. Aging 23 23

    [38]

    Deary I J, Corley J, Gow A J, Harris SE, Houlihan L M, Marioni R E 2009 Br. Med. Bull. 92 135

    [39]

    Yao Y, Lu W L, Xu B, Li C B, Lin C P, Waxman D 2013 Sci. Rep. 3 2853

    [40]

    Anokhin A P, Birbaumer N, Lutzenberger W, Nikolaev A, Vogel F 1996 Electroencephalogr. Clin. Neurophysiol. 99 63

    [41]

    Zadeh L A 1965 Inform. Control 8 338

    [42]

    Xiong G, Zhang L, Liu H, Zou H, Guo W 2010 J. Zhejiang University-Sci. A(Appl. Phys. Eng.) 11 270

    [43]

    Fernández A, Hornero R, Gómez C, Turrero A, Gil-Gregorio P, Matias-Santos J, Ortiz T 2010 Alzheimer Dis. Assoc. Disord. 24 182

    [44]

    Fernandez A, Zuluaga P, Abasolo D, Gomez C, Serra A, Mendez M A 2012 Clin. Neurophysiol. 123 2154

    [45]

    Liu C Y, Krishnan A P, Yan L, Smith R X, Kilroy E, Alger J R, Ringman J M, Wang D J 2013 J. Magn. Reson. Imaging 38 36

    [46]

    Thomas B P, Liu P, Park D C, van Osch M J, Lu H 2014 J. Cereb. Blood Flow Metab. 34 242

    [47]

    Lu H, Xu F, Rodrigue K M, Kennedy K M, Cheng Y, Flicker B 2011 Cereb. Cortex 21 1426

    [48]

    Samanez-Larkin G R, D'Esposito M 2008 Soc. Cogn. Affect. Neurosci. 3 290

    [49]

    Tsvetanov K A, Henson R N A, Tyler L K, Davis S W, Shafto M A, Taylor J R 2015 Hum. Brain Mapp. 36 2248

    [50]

    Liu C, Zheng D, Li P, Zhao L, Liu C, Murray A 2013 Proceedings of the IEEE Computing in Cardiology Conference(CinC) Zaragoza, Spain, September 22-25, 2013p39

    [51]

    Zweig M H, Campbell G 1993 Clin. Chem. 39 561

    [52]

    Pincus S M, Goldberger A L 1994 Am. J. Physiol.-Heart Circul Physiol. 266 H1643

  • [1] 王凯明, 钟宁, 周海燕. 基于改进功率谱熵的抑郁症脑电信号活跃性研究. 物理学报, 2014, 63(17): 178701. doi: 10.7498/aps.63.178701
    [2] 郭家梁, 钟宁, 马小萌, 张明辉, 周海燕. 基于振幅-周期二维特征的脑电样本熵分析. 物理学报, 2016, 65(19): 190501. doi: 10.7498/aps.65.190501
    [3] 雷敏, 孟光, 张文明, Nilanjan Sarkar. 基于虚拟开车环境的自闭症儿童脑电样本熵. 物理学报, 2016, 65(10): 108701. doi: 10.7498/aps.65.108701
    [4] 庄建军, 宁新宝, 杨 希, 孙 飙, 邹 鸣. 两种熵测度在量化射击运动员短时心率变异性信号复杂度上的一致性. 物理学报, 2008, 57(5): 2805-2811. doi: 10.7498/aps.57.2805
    [5] 朱莉, 邓娟, 吴建华, 周南润. 基于样本熵的听觉神经锁相机理的实验分析. 物理学报, 2015, 64(18): 184302. doi: 10.7498/aps.64.184302
    [6] 黄晓林, 霍铖宇, 司峻峰, 刘红星. 等概率符号化样本熵应用于脑电分析. 物理学报, 2014, 63(10): 100503. doi: 10.7498/aps.63.100503
    [7] 郑桂波, 金宁德. 两相流流型多尺度熵及动力学特性分析. 物理学报, 2009, 58(7): 4485-4492. doi: 10.7498/aps.58.4485
    [8] 刘铁兵, 姚文坡, 宁新宝, 倪黄晶, 王俊. 功能磁共振成像的基本尺度熵分析. 物理学报, 2013, 62(21): 218704. doi: 10.7498/aps.62.218704
    [9] 李 强, 王太勇, 冷永刚, 何改云, 何慧龙. 基于近似熵测度的自适应随机共振研究. 物理学报, 2007, 56(12): 6803-6808. doi: 10.7498/aps.56.6803
    [10] 张夫一, 葛曼玲, 郭志彤, 谢冲, 杨泽坤, 宋子博. 静息态功能磁共振成像评估健康老年人认知行为 的多尺度熵模型研究. 物理学报, 2020, (): . doi: 10.7498/aps.69.20200051
    [11] 李鹏, 刘澄玉, 李丽萍, 纪丽珍, 于守元, 刘常春. 多尺度多变量模糊熵分析. 物理学报, 2013, 62(12): 120512. doi: 10.7498/aps.62.120512
    [12] 曹 彪, 吕小青, 曾 敏, 王振民, 黄石生. 短路过渡电弧焊电流信号的近似熵分析. 物理学报, 2006, 55(4): 1696-1705. doi: 10.7498/aps.55.1696
    [13] 张增平, 王启光. 近似熵检测气候突变的研究. 物理学报, 2008, 57(3): 1976-1983. doi: 10.7498/aps.57.1976
    [14] 金红梅, 何文平, 张文, 冯爱霞, 侯威. 噪声对滑动移除近似熵的影响. 物理学报, 2012, 61(12): 129202. doi: 10.7498/aps.61.129202
    [15] 何文平, 吴琼, 何涛, 张文, 成海英. 基于近似熵的突变检测新方法. 物理学报, 2011, 60(4): 049202. doi: 10.7498/aps.60.049202
    [16] 金红梅, 何文平, 侯威, 章大全. 不同趋势对滑动移除近似熵的影响. 物理学报, 2012, 61(6): 069201. doi: 10.7498/aps.61.069201
    [17] 蔡觉平, 陈小军, 李赞, 白宝明. 一种确定混沌伪随机序列复杂度的模糊关系熵测度. 物理学报, 2011, 60(6): 064215. doi: 10.7498/aps.60.064215
    [18] 孙克辉, 贺少波, 尹林子, 阿地力·多力坤. 模糊熵算法在混沌序列复杂度分析中的应用. 物理学报, 2012, 61(13): 130507. doi: 10.7498/aps.61.130507
    [19] 张学清, 梁军. 基于EEMD-近似熵和储备池的风电功率混沌时间序列预测模型. 物理学报, 2013, 62(5): 050505. doi: 10.7498/aps.62.050505
    [20] 方卯发. 非旋波近似下Jaynes-Cummings模型中的场熵演化. 物理学报, 1994, 43(11): 1776-1786. doi: 10.7498/aps.43.1776
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出版历程
  • 收稿日期:  2016-06-26
  • 修回日期:  2016-07-23
  • 刊出日期:  2016-11-05

基于模糊近似熵的抑郁症患者静息态功能磁共振成像信号复杂度分析

  • 1. 北京工业大学 国际WIC研究院, 北京 100124;
  • 2. 前桥工业大学生命科学与信息工程系, 前桥 371-0816;
  • 3. 首都医科大学安定医院, 北京 100124
  • 通信作者: 杨孝敬, yangxj84@163.com
    基金项目: 

    国家重点基础研究发展计划(批准号:2014CB744600)和国家自然科学基金(批准号:61272345,61105118)资助的课题.

摘要: 提出采用模糊近似熵的方法对功能磁共振成像(functional magnetic resonance imaging,fMRI)复杂度量化分析,并与样本熵进行比较.采用的22个成年抑郁症患者中,11位男性,年龄在1865岁之间.我们期望测量的静息态fMRI信号复杂度与Goldberger/Lipsitz模型一致,越健康、越稳健其生理表现的复杂度越大,且复杂度随年龄的增大而降低.全脑平均模糊近似熵与年龄之间差异性显著(r=-0.512,p 0.001).相比之下,样本熵与年龄之间差异性不显著(r=-0.102,p=0.482).模糊近似熵同样与年龄相关脑区(额叶、顶叶、边缘系统、颞叶、小脑顶叶)之间差异性显著(p0.05),样本熵与年龄相关脑区之间差异性不显著性.这些结果与Goldberger/Lipsitz模型一致,说明采用模糊近似熵分析fMRI数据复杂度是一个有效的新方法.

English Abstract

参考文献 (52)

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