刺激序列对重建AEP的影响:两种去卷积方法的性能分析

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听觉诱发电位(auditory evoked potential,AEP)是内耳到大脑皮层的听觉神经通路在接收声刺激后所产生的微弱电位变化,其潜伏期可以反映在声刺激下听觉系统不同部位的生理状况与反应。在临床上,AEP主要应用于新生儿听力筛查、评估客观听力等。AEP的刺激模式一般分为常规刺激与高刺激率刺激。在常规刺激方式中,刺激间隔(stimulus onset asynchrony,SOA)较AEP长,可以通过叠加平均技术获取单个刺激诱发的AEP,并将其称为瞬态AEP。而高刺激率模式下,相邻AEP发生重叠,无法通过叠加平均技术来获取瞬态AEP,且隐含的AEP可能不同于常规的,这里称为高阶AEP(high order AEP,hAEP)。高刺激率下听神经负荷加重,重建的hAEP有利于提高潜在于听神经通路和脑部的疾病的检出率。常用于重建hAEP的方法有最大长序列(maximum length sequence,m序列)互相关技术、Q序列去卷积(Quasi-periodic sequence deconvolution,QSD)方法、连续循环平均去卷积(Continuous loop averaging deconvolution,CLAD)方法以及多刺激率稳态平均去卷积(Multi-rate steady state averaging deconvolution,MSAD)方法。去卷积方法重建的hAEP质量受多种因素影响,其中本文主要基于m序列互相关技术与MSAD方法分别研究了m序列阶数对噪声抑制的影响以及不同多刺激率稳态拼接组合对重建调幅纯音诱发的hAEP的影响。  1、为了评估m序列的阶数对噪声抑制能力的影响,本文主要采用两种类型实测数据评估m序列噪声抑制。根据m序列互相关技术在去卷积计算过程中的两个计算步骤,即叠加平均和互相关,分别估算不同阶数(5-12阶)条件下的自发脑电(Electroencephalogram,EEG)、7阶与9阶m序列诱发的EEG的噪声抑制比,并选择7阶和9阶m序列进行非线性AEP实验。  结果显示,m序列对自发脑电的噪声抑制比与随机噪声条件下的理论值完全符合,证实噪声抑制比主要取决于序列的总长度或总的记录时间。对于7阶和9阶m序列的线性/非线性成分进行相似比较,提示AEP成分对阶数不敏感。本研究提供一种选择m序列的更全面的解决方案,可更好地促进基于m序列的非线性AEP的应用。  2、MSAD方法是一种通过线性变换的方式将去卷积过程变换成矩阵求逆的问题来重建hAEP的新方法。首次应用MSAD方法重建调幅纯音诱发的hAEP,判断其可靠性并研究多刺激率ASSR的拼接组合是否对重建的hAEP产生影响。利用7个不同刺激率(70-100Hz,间隔5Hz)调幅ASSR按照不同拼接方式形成15种拼接组合,并重建出对应的hAEP。根据线性叠加原理,得到15个合成ASSR,将其与记录ASSR进行相关分析;随后从幅值与潜伏期方面对重建的各个hAEP进行分析,观察其是否受到拼接组合方式的影响。  结果显示,以15种hAEP为模板的合成ASSR与相同刺激率的记录ASSR的相关系数在0.96-0.99之间,相关性极强;不同拼接组合对应重建的hAEP均具有相近的特征波,但在潜伏期与幅值上略有差异。上述结果表明MSAD方法可重建出可靠的hAEP,且拼接组合方式对hAEP影响不大。重建的hAEP有利于推动调幅纯音在临床上的应用,弥补ASSR在时域上所缺失的信息。
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