虚拟现实技术在神经运动康复中的应用综述

作为典型的医工交叉应用,基于虚拟现实(VR)的运动康复技术研究近年来获得了越来越多学者的关注.通过对近年来相关研究工作的梳理总结,首先分析了VR技术改善运动神经功能的3个出发点:一是利用VR优化运动想象效果,二是虚拟环境可提供重复性任务训练,三是虚拟学习任务向现实世界中的迁移.随后,总结了设计虚拟康复环境时所需考虑的3个核心要素:运动的可视化呈现、即时的行为反馈机制和丰富的上下文信息.接着,回顾了虚拟现实在脑卒中及脊髓损伤等神经损伤康复中的最新应用进展,展示了VR康复技术的临床潜力和初步成效.最后,归纳总结了虚拟现实在神经康复应用中面临的核心问题:深入理解VR中各种感官信息在产生神经过程中的关键影响机制,是充分发掘VR技术应用潜力的关键所在.综述旨在为虚拟现实在神经运动康复领域的临床应用与实验研究提供理论支撑与技术参考.

干细胞治疗肌萎缩侧索硬化症:细胞来源、数量、修饰手段及给药途径

背景:随着医疗技术的不断进步,干细胞疗法已经被用于包括肌萎缩侧索硬化症在内的多种疾病的治疗。目的:综述干细胞治疗肌萎缩侧索硬化症的研究进展,展望该领域的发展趋势。方法:以“肌萎缩侧索硬化症,间充质干细胞,神经干/祖细胞,多能诱导干细胞;amyotrophic lateral sclerosis,mesenchymal stem cells,neural stem/progenitor cells,pluripotent stem cells”为关键词,在PubMed、中国知网、万方数据库进行检索,检索时限为1995-2024年。共检索到1700余篇文献,最终纳入58篇文献用于综述。结果与结论:肌萎缩侧索硬化症是一种影响脑干和脊髓的下部运动神经元以及运动皮质的上部运动神经元的神经退行性疾病。干细胞治疗肌萎缩侧索硬化症的相关研究已成为一大研究热点。在这篇综述中,总结了不同种类干细胞在肌萎缩侧索硬化症研究领域中的应用情况,包括间充质干细胞、神经干祖细胞、多能诱导干细胞,评估了干细胞来源、细胞量、干细胞修饰手段及给药途径等临床前研究关键,为未来干细胞治疗的应用奠定了基础。

脊髓损伤再生修复中的问题与挑战

背景:脊髓损伤导致严重的感觉、运动功能障碍,反射异常以及自主神经功能紊乱。目前脊髓损伤尚无有效的临床治疗措施。近年来,研究人员开发出多种新型治疗方案,为临床治疗脊髓损伤开辟了新途径。目的:探讨脊髓损伤病理生理学过程,总结脊髓损伤再生修复研究进展,分析临床转化现状与挑战,展望脊髓损伤治疗未来发展趋势。方法:检索PubMed数据库2003至2020年发表的相关文章,检索词为“spinal cord injury,neuroplasticity,functional recovery,therapeutic strategy,combinatory therapies,clinical translation”。初检文章398篇,经过筛选、整理,最终纳入116篇文章进行分析、总结。结果与结论:脊髓损伤的病理生理过程包括原发性损伤和继发性损伤。针对脊髓损伤的病理生理过程,脊髓损伤的潜在治疗策略包括:①增强神经保护:减少继发性损伤;②促进再生修复:激活神经元内在再生能力、改善微环境、细胞移植、神经调控与康复训练、脑机接口、联合治疗。脊髓损伤的病理过程十分复杂,单一治疗措施不足以促进人类脊髓损伤后神经再生和功能恢复。联合治疗通过解决脊髓损伤的多个病理过程,已经证明比单一治疗更为有效。未来临床试验应该加强多学科交流与合作,以确定最佳组合方案,促进脊髓损伤患者功能恢复。

应用病毒示踪技术观察大鼠两侧背根神经节的纤维联系

目的:通过伪狂犬病毒(PRV)逆行示踪技术观察Wistar大鼠两侧背根神经节(DRG)之间神经元的联系,寻找两侧DRG神经元交互支配的形态学基础.方法:选用18只正常成年雌性Wistar大鼠,分为单侧PRV组、双侧PRV组、霍乱毒素B亚单位(CTB)组(n=6).单侧PRV组将2μl滴度为1×10^10的PRV-EGFP注射到左侧坐骨神经;双侧PRV组将2μl滴度为1×10^10的PRV-EGFP注射到左侧坐骨神经上,同时2μl滴度为1×10^10的PRV-mRuby注射到右侧坐骨神经上;CTB组将2μl浓度为1μg/μl的CTB注射到左侧坐骨神经上.5d后观察病毒标记结果.结果:单侧PRV组在左侧DRG可见大量被PRV-EGFP标记的神经元,右侧DRG也观察到大量被PRV-EGFP标记的神经元,但数量明显少于左侧(P<0.01).双侧PRV组在左侧DRG可见大量被PRV-EGFP和PRV-mRuby标记的神经元,且有部分神经元被PRV-EGFP和PRV-mRuby同时标记.CTB组大鼠L4脊髓前角神经元被CTB标记,DRG中枢突大量纤维终末被CTB标记.此外,L2脊髓中背根神经节中枢突的大量纤维终末被CTB标记.单侧PRV组大鼠L4脊髓前角神经元被PRV-EGFP标记,腰骶髓后连合核(DCN)有大量神经元被PRV-EGFP标记,L2腰骶髓后连合核也有大量神经元被PRV-EGFP标记.结论:Wistar大鼠的左右侧DRG神经元之间存在交互支配的现象,两侧DRG神经元之间并没有直接的突触联系,而是通过后连合核等中间神经元跨突触联系.

不同类型翻转课堂在医学信息学课程教学中的应用探索

目的/意义针对医学信息学课程传统授课模式的缺点,探索通过翻转课堂教学模式提高学生解决问题的能力。方法/过程基于常规型和创造驱动型翻转课堂模式开展教学,以传统授课模式为对照,比较不同授课模式在医学信息学课程教学中的应用效果。结果/结论翻转课堂教学能够显著提升学生学习兴趣,创造驱动型翻转课堂能够明显提高学生运用知识的能力,有效增强学习效果。

表面肌电与运动诱发电位在脊髓运动完全性损伤评估中的比较

目的比较基于表面肌电图(sEMG)的脑运动控制方案和基于经颅磁刺激(TMS)的运动诱发电位在脊髓运动完全性损伤患者评估中的敏感性。方法纳入中国康复研究中心2021年3月—2023年4月收治的31例临床诊断为脊髓运动完全性损伤的患者,分别进行基于表面肌电的运动控制检测和基于TMS的运动诱发电位检测。结果31例患者中,27个(87%)至少有一个通道排名4或5。31例患者共测试了248块肌肉(每一例患者共测8块肌肉,分别是左右两侧的股直肌、股二头肌、胫前肌和腓肠肌),其中有79块(32%)肌肉可测量出通道排名4或5。62个肢体中的40个(64%)至少有一个通道排名4或5。31例患者中有21例(68%)有最高排名5的通道。然而,31例患者无一例能检测出运动诱发电位。结论sEMG在脊髓运动完全性损伤患者评估中的敏感性明显高于运动诱发电位。

脊髓损伤恒河猴下肢残留跨步能力的评估

目的观察评估脊髓损伤后恒河猴的下肢残留跨步能力。方法成年雌性恒河猴4只,胸椎T7-9右半侧切除脊髓组织1 cm。分别在脊髓损伤前、脊髓损伤后6周和12周,采用VICON系统进行双下肢步态测试,获取动物在跑步机上连续跨步中的双下肢步态周期时长,步长、步高、膝/踝关节角度幅值以及联动参数比值,并量化分析。结果脊髓损伤后,恒河猴双下肢的协调性破坏,右下肢明显拖拽;左下肢步态周期时长显著增加(P<0.001),膝/踝关节角度屈曲/伸展的幅值均显著增大(P<0.001)。联动参数比值在脊髓损伤前后均无显著性差异(P>0.05)。左下肢步态周期时长与步长(r=0.838,P=0.001)、步高(r=0.726,P=0.007)和踝关节角度变化幅值(r=0.766,P=0.004)均相关,踝关节角度变化幅值与步长呈正相关(r=0.627,P=0.029)。结论脊髓损伤后恒河猴健侧肢体步态模式发生改变。健侧下肢代偿性调整运动策略,以适应患侧下肢功能的缺失。

组织透明化技术的研究与应用

背景:对生物体进行全身细胞分析是生物医学领域的主要挑战之一。组织透明技术结合光学成像和图像处理技术,能够将整个器官或全身快速透明并进行结构和细胞分析,为在生命科学中应用先进的光学技术提供了一个非常有前景的解决方案。目的:分析组织透明技术原理及过程,总结组织透明技术研究进展,介绍组织透明成像技术,讨论组织透明技术在生物医学研究领域中的应用。方法:第一作者以“tissue clearing technique,tissue optical clearing,whole-body imaging,3D imaging”

恒河猴表面肌电信号小波去噪的复合评价指标

恒河猴表面肌电信号(sEMG)的去噪处理对于恒河猴运动学研究具有重要意义,其效果直接影响对恒河猴运动功能评价的准确度。针对该类sEMG去噪效果综合评价法缺失的问题,提出一种通过变异系数定权确定的复合评价指标。首先计算去噪信号的信噪比、均方根误差、平滑度、互相关系数等原始指标,并进行正向化、均值化处理,再利用变异系数计算指标权重,将预处理后的原始指标加权组合为复合指标。进一步的仿真实验和实际实验数据计算表明,本文构建的复合评价指标敏感性为1.72%±0.02%、准确性为83.64%,均显著高于现有指标的敏感性(1.04%±0.01%)和准确性(75.76%),能够较好地反映恒河猴sEMG小波去噪效果,在恒河猴的运动行为研究中具有一定的应用价值。

磁共振波谱在创伤性脑损伤中的应用

创伤性脑损伤(TBI)是脑损伤中最常见的形式,尽管已经建立急性期的诊疗建议,但是目前的诊断方法和预测TBI后长期预后不良的风险因素仍存在争议。磁共振波谱(MRS)先进的成像模式可以发现损伤的生物标志物,以及检测TBI后代谢物随时间的变化情况,深入了解TBI的潜在生理变化对于提高诊断结果的准确性有积极作用。本文综述MRS在脑损伤中的研究进展,并对MRS在脑损伤中的应用进行探讨。

机器学习在MRI图像脑肿瘤分割中的研究进展

介绍了MRI图像脑肿瘤分割的意义与困难,阐述了机器学习在非侵入性鉴别脑肿瘤中的优势,分析了模糊C聚类、支持向量机、随机森林3种具有代表性的传统机器学习方法以及新兴的深度学习方法在MRI图像脑肿瘤分割中的应用及研究进展,并比较了这4种方法各自的优势、缺点和适用情况。指出了未来应用传统机器学习和深度学习方法进行脑肿瘤识别与分割应向更加多模态、高自动度、低复杂度、高鲁棒性和自适应性以及深度挖掘图像信息的方向发展。

基于病理“金标准”标记脊髓损伤慢性期MRI图像坏死区域的方法

脊髓损伤慢性期胶质瘢痕及其所包绕的囊腔所构成的脊髓坏死区域在磁共振成像(MRI)中形态各异,边界模糊。针对单纯根据图像无法准确识别脊髓坏死区域这一问题,提出一种基于病理切片"金标准"来标记MRI图像实际坏死区域的方法。双边滤波去噪并刚体配准脊髓损伤慢性期的多模态MRI图像,使用Snake模型进行脊髓的分离,并利用双三次插值法对脊髓进行拉直。采用双树复小波变换融合不同模态的图像后,基于病理切片的胶质瘢痕及囊腔区域与MRI图像的脊髓坏死区域具有空间相对位置一致性的特点,建立从脊髓病理切片到MRI图像的空间映射关系,最终实现MRI图像中实际坏死区域的标记。以圆度和偏心率作为形状评价指标,对本方法标记的MRI坏死区域与病理切片"金标准"结果进行对比,相似度分别达到了0.93±0.03和0.97±0.02。结果表明,应用本方法构建的映射关系能较为准确、客观地标记MRI图像的实际坏死区域,为后期计算机自动识别与分割MRI坏死区域奠定基础。

基于体素的形态学分析在脊髓损伤中的研究进展

创伤性脊髓损伤(SCI)通常会导致大脑皮质发生继发性损害,造成神经元凋亡或萎缩。基于体素的形态学(VBM)技术凭借其无创性、精确性的优点,已在SCI患者大脑微观结构变化的研究中得到了广泛应用。本文主要从损伤后皮质萎缩情况及其与患者临床表现间相关性的横向研究结果,损伤早期进行性神经退变的时空模式及其对患者临床结果预测能力的纵向研究结果,损伤持续时间(亚急性、慢性等)、损伤严重程度(完全性、不完全性等)、临床康复情况(感觉运动功能、神经性疼痛等)等因素对研究结果的不同影响这3个方面对VBM在SCI中的研究进展进行综述,并指出未来研究应进一步提高VBM技术的可靠性,同时完善研究方案的设计,以促进VBM在脑功能探索和SCI康复治疗中的作用。

恒河猴脊髓半切损伤后下肢节段功能表现的研究

目的:研究脊髓半切损伤后恒河猴下肢各节段运动功能的变化。方法:成年雌性恒河猴3只,行胸髓T7-9节段半切手术;于术前、术后6及12周分别记录猴的下肢节段仰角变化;计算并分析不同时间点猴下肢节段仰角幅值及节段间仰角相关性。结果:术后6及12周,大腿节段仰角幅值均低于术前(P<0.001),且术后6周与12周差异无统计学意义(P>0.05);术后小腿和足部仰角幅值均低于术前(P<0.01),但术后12周高于术后6周(均P<0.01或P<0.001)。术后6及12周,大腿仰角与小腿仰角间相关系数均值均低于术前;术后6周,小腿仰角与足仰角间相关系数均值低于术前(P<0.001),术后12周,小腿仰角与足仰角间相关系数均值增加,但仍低于术前(P<0.01);术后6及12周,大腿仰角与小腿仰角间相关系数和小腿仰角与足仰角间相关系数均值的差异无统计学意义(P>0.05)。结论:SCI后,下肢各节段均有严重运动障碍,经自发恢复,小腿足部节段活动范围及协调性有部分改善,这可能揭示了受损脊髓神经传导的可塑性恢复。

治愈中枢神经系统疾病的核心科学问题——新生神经元

中枢神经系统疾病,如脊髓损伤、脑创伤、脑卒中、阿尔兹海默病和帕金森病等,严重影响人类健康和社会发展,已成为全球范围内严重的公共卫生问题.脊髓损伤和脑创伤不仅死亡率高,还会给患者造成终身残疾;脑卒中在致死性疾病中位居第一,目前在中国患者达2000万;阿尔兹海默病和帕金森病均表现为脑特定神经元的进行性退变,目前约有1600万中国人罹患此病.但是,目前中枢神经系统疾病的治疗仍是世界重大医学难题.

脊髓损伤后神经环路重建的研究进展

成年哺乳类脊髓损伤后的修复与再生是一项复杂且尚未解决的挑战.随着全球经济的增长,脊髓损伤的发生率呈上升趋势.脊髓损伤可能导致永久性的运动功能障碍和感觉丧失,给患者及其家属带来极大的经济压力和心理负担.因此,迫切需要开发有效的治疗脊髓损伤的新策略.近年来,应用外源性或内源性神经元中继的治疗手段为脊髓损伤后环路重建提供了新的思路.将干细胞或生物材料等移植物作用于脊髓损伤区,可改善损伤区局部微环境,诱导神经干细胞定向分化为神经元,促进脊髓环路重建和功能恢复,因此成为较有临床应用前景的方法.本综述主要介绍细胞移植治疗、组织工程策略和基因调控等方法在修复受损脊髓的神经网络中的应用,并讨论了脊髓损伤后新生神经元是否具有潜在的功能整合,重建受损神经环路,并恢复其运动和感觉功能等问题.

成年内源性神经发生在脑损伤修复中的应用研究进展

成年哺乳动物大脑中的脑室室下区(subventricular zone,SVZ)和海马齿状回颗粒层下区(subgranular zone,SGZ)存在持续的神经发生。成年内源性神经发生不仅在正常脑功能中发挥重要作用,同时也在脑损伤或脑疾病的修复治疗中具有重要意义。本文通过综述成年内源性神经发生过程及其在创伤性脑损伤(traumatic brain injury,TBI)和缺血性脑卒中修复中的应用,讨论激活成年内源性神经发生修复脑损伤的策略及其促进脑损伤后功能恢复的意义。

溴化乙锭诱导的短暂脱髓鞘增强PRV的逆行转导效率

目的:改进伪狂犬病病毒(Pseudorabies virus,PRV)的注射方法,通过溴化乙锭(ethidium bromide,EB)诱导的短暂脱髓鞘提高PRV的转导效率。方法:选用18只正常成年Wistar大鼠,随机分为肌肉组、NS组和EB组(n=6)。肌肉组将2μl滴度为2×10~9的PRV工具病毒注射到胫骨前肌和腓肠肌上;NS组将2μl生理盐水(normal saline,NS)注射到坐骨神经上,1周后相同位置注射2μl滴度为2×10~9的PRV;EB组将2μl 0. 1%的EB注射到坐骨神经上,1周后相同位置注射2μl滴度为2×109的PRV。大鼠注射PRV 5天后,灌流取材并制作冰冻切片,观察各级神经元的感染情况。结果:EB组大鼠L4-L5脊髓前角神经元和背根神经节(DRG)、T8脊髓中间神经元、C4脊髓中间神经元、延髓、中脑、大脑皮层均有大量神经元被PRV标记。肌肉组和NS组各级神经元仅有少量被PRV标记。结论:EB诱导坐骨神经脱髓鞘后能够显著提高PRV的逆行转导效率。

非人灵长类运动行为学在脊髓损伤研究中的应用

随着脊髓损伤治疗研究的快速发展,越来越多的基础研究成果开始向临床转化.非人灵长类动物具有与人类相似的基因序列和相近的神经解剖结构,因此被广泛应用于脊髓损伤研究的临床转化前阶段.运动行为学评价是脊髓损伤研究的重要手段之一,几乎在所有的脊髓损伤相关工作中都有所应用,为评估诊疗措施的有效性提供了重要参考.近年来,非人灵长类的运动行为学研究迅速发展,使得运动行为测试从单一、粗放的评估演变成复杂化、精细化的观测.在此背景下,越来越多的相关实验通过非人灵长类的运动行为测试来分析脊髓损伤程度的变化及有关干预方案的疗效.本文从非人灵长类独特的脊髓运动控制通路及运动行为能力入手,结合其在脊髓损伤相关研究中的应用,针对不同部位的运动行为评估方法进行了综述,分析了目前运动行为测试所存在的不足,并指出了未来可能的发展方向.