kolmogorov熵在大鼠腦電麻醉深度監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

1、第3 9 卷 第2 期西安 交通 大 學(xué)學(xué)報(bào) V o 1 ． 3 9N 0 22 0 0 5 年 2 月JOUR NALOFXIAN JI AOTONG UNI VE RS I TYF e b ． 2 0 0 5K o l mo g o r o v熵在 大 鼠腦 電麻 醉深度監(jiān) 測(cè) 中的應(yīng) 用 張連毅 ，徐 進(jìn) ，鄭崇勛 ，景桂 霞 ，盧德生 ( 1 ． 西安交通大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院， 7 1 0 0 4 9 ， 西安；

2、 2 ． 西安交通大學(xué)第一 醫(yī)院， 7 1 0 0 6 1 ， 西安)摘要 ：將非線性 動(dòng)力學(xué) 中的 K o l mo g o r o v 熵應(yīng) 用到 大鼠腦 電麻 醉深度 監(jiān)測(cè) 分析 中， 計(jì)算 并分析 了大鼠在 戊 巴比妥鈉腹腔注射麻醉過(guò)程 中腦 電信號(hào)的 K o l m o g o r o v 熵動(dòng)態(tài)變化曲線， 結(jié)果表 明： 大鼠注射 戊巴比妥鈉 后 ， 在最初的麻醉過(guò)程 中， 有些腦區(qū)呈抑制狀態(tài)， 有些腦 區(qū)呈興奮狀態(tài)； 大鼠注

3、射戊巴比妥鈉后 A腦區(qū)進(jìn)入 深度麻 醉狀 態(tài)的誘 導(dǎo)期 時(shí)間約 為 13 0 0S ， B腦 區(qū)的約為 14 0 0s ； 麻 醉 時(shí) Ko l m o g o r o v熵動(dòng) 態(tài)變化 曲線與原始 腦電信號(hào)所反映的各腦區(qū)抑制與興奮狀態(tài)的變化趨勢(shì)有很好 的一致性． 因此， K o l m o g o r o v 熵可為臨床麻醉 深度 的實(shí)時(shí)監(jiān) 測(cè)提 供一 個(gè)新 的方法．關(guān)鍵詞 ：麻 醉深度 ； Ko l mo g o r o v熵 ； 腦

4、 電信 號(hào) 中圖分類號(hào) ：R 3 1 8 ． 0 4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 ：A 文章編號(hào) ： 0 2 5 3 — 9 8 7 X( 2 0 0 5 ) 0 2 — 0 2 1 8 — 0 3S t u d yo nKo l mo g o r o vEn t r o p yo fEl e c t r o e n c e p h a l o g r a m f o rM o n i t o r i n gDe o t ho fAn e s t h

5、 e s i a0 fRa tZ h a n gLi a n y i，XuJ i n，Z h e n gC h o n g x u n，Ji n gGu i x i a，LDe s h e n g( 1 ． S c h o o lo fLi f eS c i e n c ea n dTe c h n o l o g y，X ia nJ i a o t o n gUn i v e r s i t y，Xia n7 1 0 0 4 9 ，C

6、 h i n a ；2 ． F i r s tHo s p i t a lo fX ia nJ i a O t O r i gUn i v e r s i t y ，Xi ' a n7 1 0 0 6 1 ，C h i n a )麻醉 是指借助于藥物等方 法而產(chǎn)生的全身或局 部感覺(jué) ( 特別是 痛覺(jué)) 的消失及 記憶 遺 忘狀 態(tài)． 麻 醉 深度 的 自動(dòng)檢測(cè)和實(shí)時(shí)控制是 現(xiàn)代臨床醫(yī)學(xué) 中急需 解決 的重 要課 題． 近 年來(lái)

7、， 隨著計(jì)算 機(jī) 技術(shù) 的發(fā) 展 ，定量腦 電分 析在麻醉深度監(jiān)測(cè) 中的研究與應(yīng)用 日益 深入與廣泛． 然 而， 由于定量腦 電圖用于監(jiān)測(cè)術(shù) 中麻 醉深度時(shí)受 到不同麻醉藥物 、 手術(shù)刺激強(qiáng) 度 、 肌松劑 使 用 、 動(dòng)脈血二 氧化碳分 壓 、 溫度 以及所用的腦 電圖設(shè)備 、 導(dǎo)聯(lián) 的選擇等 因素 的影響 ， 其 臨床應(yīng)用 中有許 多爭(zhēng) 議． 本 文用 K o l mo g o r o v熵分 析 大 鼠麻 醉深 度 監(jiān)測(cè) 過(guò)程 中

8、的腦 電信號(hào) ， 并 得 出了一些有益 的結(jié) 果．1Ko l mo g o r o v 熵測(cè)定原理 在生 物系統(tǒng) 中， 非線 性動(dòng)力 學(xué)理 論正 日益受 到 廣泛 的關(guān) 注 ， 而 Ko l mo g o r o v熵 是 在相 空 間 中刻 畫 混沌運(yùn) 動(dòng)的一個(gè)重 要量 度． 相 空間重 構(gòu) 是非線 性 動(dòng) 力學(xué)分析 的第 一步． 所 謂相 空 間重構(gòu) 也 叫動(dòng)力 系統(tǒng) 重建 ， 目前 較為 常用 的是 由 P a c k a r d

9、和 T a k e n s 等人 提 出的時(shí) 間延遲矢 量法． 在 腦電系統(tǒng) 中， 腦狀態(tài)可 由腦電信號(hào)的時(shí)空相量在 一多維狀態(tài)空 間的投影來(lái)表 示 ， 腦 電信 號(hào) 由采樣得來(lái) 的時(shí)間序列組成． 不失一般 性 ， 令 ( 晟 ) ， k 一1 ，2 ， ? ， N 表示所 研究 的 時(shí)間序 列 ， 可得 到 m 維延遲矢量 X()一 {() ， x ( n + r ) ， x ( n + 2 r ) ， ? ，x ( n+ ( m 一

10、 1 ) r ) }( 1 )式 中 ： m 為嵌入 維數(shù) ； r 為 時(shí) 間延 遲 量． 在 實(shí) 際應(yīng) 用 中 ， m 和 r的選擇對(duì)重構(gòu)相 空間的質(zhì)量 至關(guān) 重要 ， 進(jìn) 而影 響到分析結(jié)果 的正確性 ．本文采用 了 G - P算 法[ 婦 計(jì) 算 有 限 數(shù)據(jù) 長(zhǎng) 度 關(guān) 聯(lián)維． 由式 ( 1 ) 對(duì)時(shí) 間序列 ( 是 ) 進(jìn)行相 空問(wèn)重 構(gòu) ， 可 得到 m維 空間的一個(gè)點(diǎn) ( 向量) 集 J ( m) ， 其個(gè) 數(shù)為 Nm—

11、N 一 ( m 一 1 ) r( 2 )其關(guān)聯(lián)積分 函數(shù) ( e ) 可通過(guò) 下式 計(jì)算 ^N N ( e ) 一@ ( e — l 1 五一X jl 1 )( 3 )收稿 日期 ： 2 0 0 4 — 0 6 - 0 3 ．作者簡(jiǎn)介 ： 張連毅( 1 9 6 3 ～) ， 男 ， 博 士生 ； 鄭崇勛( 聯(lián) 系人 ) ， 男， 教授 ， 博士生導(dǎo)師．基金項(xiàng) 目：國(guó)家 自然科學(xué)基金資助項(xiàng) 目( 3 0 1 7 0 2 5 7 ) ．維

12、普資訊 http://www.cqvip.com 2 2 0西 安 交 通 大 學(xué) 學(xué) 報(bào) 第 3 9 卷 6 O4O2 O。：8 0： ：2005 0 0l00 0l5 0 020 0 025 0 0t ／ s圖 4D 導(dǎo)聯(lián) 與 B - D 導(dǎo)聯(lián) 的 KE 動(dòng) 態(tài) 變化 曲線 從 圖 4 還 可以看出 ， 在注入麻醉劑 大約 13 0 0S后 ， A 腦 區(qū)的 KE動(dòng)態(tài) 變化 曲線 中出 現(xiàn)一段 5 0 0S左右 的平息段 ， 此

13、時(shí)該腦 區(qū)進(jìn) 入深度麻醉狀 態(tài) ， 在 大 約 14 0 0S處 ， B腦 區(qū) 的 KE曲 線 出 現(xiàn) 持 續(xù) 大 約 10 0 0s 的平息段 ， 該 腦 區(qū)此 時(shí) 進(jìn) 入 深度 麻 醉 狀 態(tài)．這與實(shí)驗(yàn) 中實(shí)際觀測(cè)時(shí) 間基本相 符．4 結(jié)果與討論 從 上述分析 中， 我們 可 以得 出以下結(jié)論 ：( 1 )在大 鼠注射 戊 巴比妥鈉 后 的麻 醉過(guò) 程 中，各腦 區(qū)最 初的抑制或 興奮 狀態(tài) 并不 完 全相 同， 這說(shuō) 明各腦 區(qū)對(duì)

14、麻 醉藥物 的反應(yīng)是不 盡相 同的 ；( 2 ) 大 鼠注射戊 巴 比妥鈉后 ， 各 腦 區(qū)進(jìn)入深度麻 醉狀態(tài) 的誘 導(dǎo)期 時(shí) 間 大體 相 同， 但 略 有 差 別 ， 如 A腦 區(qū)約 為 13 0 0S ， B腦 區(qū)約為 14 0 0S ；( 3 ) 麻醉 時(shí) KE動(dòng)態(tài) 變 化 曲線 與原 始腦 電信號(hào) 所反 映的各 腦 區(qū)抑制 與興奮狀態(tài) 的變化趨勢(shì)有很好 的一致 性．在麻醉 過(guò)程 中， 麻醉 藥物 是通 過(guò)受 體而 產(chǎn)生麻 醉作

15、 用的． 就 同一種藥物 而言 ， 對(duì) 有些 受體有抑制作 用 ， 對(duì)另一些 受體則可 能有興奮作用 ， 反映到各 腦區(qū) 則呈 現(xiàn)出抑制與 興奮不同 的狀態(tài)． 同樣 ， 不 同受體對(duì) 藥物 的敏感性不 同 ， 其麻 醉 的誘 導(dǎo)期 時(shí) 間 自然就會(huì) 有所 差別． 本文的分析結(jié)果 也驗(yàn)證 了這 一點(diǎn)．通過(guò)對(duì)大 鼠麻 醉過(guò) 程 中腦 電信 號(hào)的 K o l mo g o r —o v 熵分析 ， 觀 察有 無(wú) 接近 于 0的 平息 段 、

16、平息 段 的 長(zhǎng)度及 Ke值 的幅度 變化 ， 我們 不僅 可 以從 中得 知 麻 醉 的深度 ， 還可 以明 了各 腦 區(qū)麻 醉狀 態(tài)與 麻醉進(jìn) 程 中 的某些方 面的差 異 ， 有 助 于人們 更 全面 地認(rèn)識(shí) 與 了解麻醉過(guò)程 ， 其 作用 是 其他 分析 方 法無(wú) 法取代 的． 可 以預(yù)見(jiàn) ， K o l mo g o r o v熵將 會(huì) 在 臨床 及生 理監(jiān) 測(cè)方 面得到廣泛 應(yīng)用．參考文獻(xiàn) ：[ 1 ] G r a s s

17、b e r g e rP ， P r o c a c c i aLC h a r a c t e r i z a t i o no fs t r a n —g e ra t t r a c t o r s [ J - I ．P h y s i c a lR e v i e wL e t t e r ，1 9 8 3 ， 5 0( 1 5 ) ：3 4 6 — 3 4 9 ．[ 2 ] K a n t zH， S c h r e i b

18、e rT ．N o n l i n e a rt i m es e r i e sa n a l y s i sr M] ．北京： 清華大學(xué)出版社 ， 2 0 0 0 ．[ 3 ] 封周燕 ， 鄭筱祥．不 同麻醉深度下大 鼠腦 電復(fù)雜度 和功率譜 的變 化過(guò) 程 [ J ] ．中國(guó) 生物 醫(yī) 學(xué) 工程 學(xué)報(bào) ，2 0 0 4 ， 2 3 ( 1 ) ： 8 7 — 9 1 ．( 編輯 杜 秀杰)本刊“ 學(xué)術(shù)爭(zhēng)鳴與評(píng)論’ ’ 欄 目征稿啟

19、事 為 了活躍學(xué)術(shù)氣氛， 開(kāi)展學(xué)術(shù)討論， 本刊研 究決定 自2 0 0 5 年開(kāi)始， 開(kāi)設(shè)“ 學(xué)術(shù)爭(zhēng)鳴與評(píng)論” 欄 目， 從現(xiàn)在 開(kāi)始 面向國(guó) 內(nèi)外讀 者和 審者廣泛征 集稿件 ， 具體要 求如 下．( 1 ) 評(píng)論稿件是對(duì)本- t 0 已 發(fā)表學(xué)術(shù)論文中 存在的缺陷或可能的失誤提 出討論和評(píng)述， 并盡量給 出 評(píng)論者 認(rèn)為更好或正確的觀點(diǎn)， 也可以對(duì)本刊已發(fā)表論文中的某些在學(xué)術(shù)界有爭(zhēng)議的觀點(diǎn)進(jìn)行爭(zhēng)鳴．( 2 ) 批評(píng)和評(píng)論應(yīng)當(dāng)本著實(shí)事

20、求是的態(tài)度， 對(duì) 自己 提 出的觀點(diǎn)和解釋提供必要而且充分的佐證 資料 ， 避 免 泛泛 而談 ， 并不得 對(duì)作者進(jìn)行人 身攻擊．( 3 ) 評(píng)論要求有理有據(jù) 、 短小精悍 ， 一般在 10 0 0 個(gè)漢字字符以內(nèi)， 稿酬從優(yōu)．( 4 ) 除特殊情況以外， 來(lái)稿一般不進(jìn)行 同 行審稿， 但會(huì)盡力聯(lián) 系 被評(píng)論論文的作者， 請(qǐng)作者提 出答辯 ， 需要 時(shí)也安排 發(fā)表．( 5 ) 評(píng)論稿件可以署筆名發(fā)表 ， 但來(lái)稿時(shí)應(yīng) 當(dāng) 提供真實(shí)姓名和具