DreamBlooms/HansPub-15000-to-45000 huggingface dataset:
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user: 3. 实验结果及分析 3.1. 不同球化退火工艺处理后试样的SEM 将不同退火工艺处理后试样进行编号，工艺I、II、III、IV分别对应编号Q1、Q2、Q3、Q4。试样研磨抛光后，经4%的硝酸酒精溶液浸蚀后，利用场发射扫描电镜观察试样的中心部位并选取多个视场进行拍照，SEM图像如图2所示，而后利用专业图像处理软件Image pro plus对取得的SEM照片进行分析，得到不同球化退火工艺下碳化物的尺寸、数量、面积分数等信息，结果如表2所示。 结合组织形貌图和碳化物统计结果可知：无论是哪种退火工艺，钢中碳化物的粒径尺寸均符合正态分布，如图3所示。用工艺IV处理后的试样碳化物的粒径最为细小，平均尺寸为0.23 um，粒径尺寸主要介于0.1~0.6 um之间，其中0.3 um以下的碳化物占到全部碳化物数量的92%。另外，工艺I碳化物的 图2. 不同退火工艺的碳化物SEM图像。(a) 试样Q1的SEM图像；(b) 试样Q1的SEM图像；(c) 试样Q1的SEM图像；(d) 试样Q1的SEM图像 Table 2 Results of quantitative analysis for the spherical carbid 编号 数量/个 圆度值 平均尺寸/μm 平均方差 Q1 2897 2.17 0.37 0.15 Q2 2869 2.52 0.28 0.18 Q3 2613 2.21 0.29 0.23 Q4 2679 2.67 0.23 0.11 表2. 球状碳化物定量分析结果 标准差为0.11，尺寸分布也最为均匀，颗粒圆度均值为2.67，碳化物最为圆整。工艺I处理后的试样碳化物的粒径比其余三种工艺的碳化物粒径要大一些，平均尺寸达到0.37 um，粒径尺寸处于0.1~0.7 um之间，圆度值为2.17。工艺II和工艺III的处理后试样中碳化物的平均尺寸分别为0.28 um与0.29 um，介于工艺I与工艺IV检测结果之间。 工艺I尺寸最为粗大的原因是，固溶温度为780℃保温时间为30 min，此时的固溶温度较低，部分原始渗碳体未能全部溶于奥氏体中，且保温时间较短，在后续的冷却过程中，C元素含量在奥氏体中的迁移扩散未能充分进行，会造成碳化物在局部的富集，而细小碳化物的积聚长大进而造成大尺寸碳化物的 图3. 不同退火工艺的碳化物尺寸统计。(a) 试样Q1碳化物尺寸检测结果；(b) 试样Q2碳化物尺寸检测结果；(c) 试样Q3碳化物尺寸检测结果；(d) 试样Q4碳化物尺寸检测结果 形成。另外，那些未溶渗碳体在后续的保温与冷却过程中依然存在，大颗粒碳化物的尺寸存在遗传现象 [ 4 ] ，影响后续工艺的碳化物尺寸。相比于工艺I，工艺IV的固溶温度为800℃，保温时间为1 h，原始渗碳体有足够的温度与时间固溶在奥氏体中，试验中也未发现棒状或长条状未溶渗碳体，且保温时间较长，C元素在奥氏体中的扩散趋于均匀，在后续的冷却过程中，细小碳化物在奥氏体晶界上形核长大 [ 5 ] ，形成分布均匀的碳化物颗粒。 3.2. 不同球化退火工艺处理后试样的显微硬度 显微硬度试验在T2500型显微维氏硬度计上进行，采用金刚石压头，载荷60 Kg。在每种试样的中心处选取10个测量点进行检测，平均硬度结果如表3所示，全部检测结果如图4所示。试样Q4的硬度最高，平均硬度达到56.01 HRA，试样Q1的硬度最低，平均硬度为52.06 HRA，Q2与Q3的硬度值介于Q1与Q4之间，分别为52.71 HRA和54.55 HRA。试样Q1、Q2、Q3、Q4的硬度值均大于50 HRA，处于52 HRA~56 RHA之间，且硬度值相差不大。结合3.1可知，球化退火工艺I、II、III、IV会对试验钢的硬度值有所影响，但影响程度不大。 Table 3 Results of analysis for the micro-hardness of test stee 编号 平均硬度/HRA 平均方差 Q1 52.06 1.93 Q2 52.71 0.75 Q3 54.55 1.24 Q4 56.01 0.54 表3. 试样钢显微硬度分析结果 图4. 不同退火工艺的硬度值检测结果。(a) 全部测量点硬度结果；(b) 硬度均值结果
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user: 4. 结论 1) 当退火工艺是固溶温度800℃、保温1 h而后以25℃/h冷却速率随炉冷却到700℃保温1 h，以15℃/h冷却速率随炉冷却到650℃随后空冷时，碳化物颗粒最为细小，平均尺寸为0.23 um，颗粒最为圆整，碳化物尺寸均匀度最好。 2) 球化退火时，当固溶温度处于780℃~800℃区间时，固溶温度越高，球化效果越好，保温时间越长，退火后碳化物颗粒越细小。 3) 球化退火工艺的参数、固溶温度与保温时间对钢种的显微硬度有一定影响，但影响程度有限。
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user: 摘 要 对于带干扰的线性多变量系统，本文把系统解耦控制以及最优跟踪控制结合在一起，在实现了系统解耦的同时，使系统达到某项性能指标最优，并对参考输出进行跟踪。首先，我们把系统关于状态的微分方程转化成关于输出的方程，并设计控制器进行解耦。然后对解耦过程中引入的参考输入进行最优跟踪控制，并求取最优跟踪控制律。最后把解耦控制与最优跟踪控制相结合一起，得到最优解耦控制律。该方法实现了受扰系统的解耦以及对输出的跟踪，并使得某项性能指标最优。由仿真结果可验证该方法的优越性。 关键词 :解耦控制，最优跟踪控制，干扰系统 Copyright © 2019 by author(s) and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 多输入多输出系统广泛应用于现代工业，然而大部分系统都存在着各种输入输出变量之间的耦合特性。耦合导致系统的控制效果不理想，性能也比较差。所以，如何解决或者降低系统之间的耦合度也成为控制理论一个重要的研究课题。 上世纪50年代，Roksenbom和Hood [ 1 ] 在报告中提出了多变量解耦问题，他们是最先把不相关思想和矩阵分析应用到系统解耦的人。1964，Gilbert E.G.提出Morgan [ 2 ] 解耦问题，Morgan解耦问题的核心思想在于寻找合适的控制规律，解决输入及输出的交叉耦合，使得每个输出变量均由一个输入变量决定。其缺点也很明显，由于是精确解耦，所以系统的任意变动都可以导致原先的解耦遭到破坏。随着系统的复杂化以及系统之间存在的更多难以控制的因素，工业上对解耦的要求也变得更高，解耦系统的设计难度也更大，解耦方法也随之复杂、全面。 文献 [ 3 ] 中介绍了解耦的发展历史以及一些常用的解耦方法。自适应解耦是将被控系统控制以及系统辨识结合起来，使控制器设计与闭环解耦相结合的在线解耦控制。文献 [ 4 ] 采用自校正前馈控制的方法对耦合进行静态补偿最终实现解耦。文献 [ 5 ] 采用最小方差控制律对系统耦合进行抑制交联，从而达到解耦目的。文献 [ 6 ] 也类似地采用最小方差控制律进行解耦。文献 [ 7 ] 设计了内模控制器，并将解耦控制与内模控制器等效成一个单参数的PID控制器，以达到解耦的目的。而文献 [ 8 ] 将干扰观测器和解耦控制器相结合，实现解耦的目的的同时，使得干扰得到有效的抑制。神经网络解耦控制主要是针对一些非线性的系统，即在复杂非线性系统前添加神经网络解耦控制器，并通过学习训练达到消除耦合的目的，是把现代智能以及解耦控制结合在一起的有效方法。文献 [ 9 ] 联合神经网络以及广义预测解耦控制方法，对系统进行解耦，文献 [ 10 ] 基于神经网络的基础上，降低了解耦矩阵的复杂性，实现解耦的同时，提高了系统的响应能力。模糊解耦控制不拘于传统的数学模型，运用模糊规则对系统进行解耦。文献 [ 11 ] 将模糊智能算法与解耦控制结合，设计PID控制对非线性系统进行解耦。文献 [ 12 ] 同时利用模糊控制以及神经网络，提高了解耦的控制精度。结合国内外的解耦控制方法以及上述的方法，我们可以看到，虽然这些方法可以实现工业上的解耦过程，但是在越来越复杂的工业过程中，无法兼顾系统日益剧增的性能要求。现代工业不仅考虑到单纯对系统实现解耦，往往也考虑到系统性能，为达到复杂工业的整体优化问题。工业设计过程中经常需要对控制对象进行解耦的同时，对参考系统有良好的跟踪能力。文献 [ 13 ] 提出了线性系统的最优解耦控制方法，但是未考虑到现实工业过程的干扰问题，适用性不是很强。针对这个问题，本文提出了具有干扰的线性系统的最优解耦方法。首先将受扰系统转化成输出模型，再把输出模型的内部矩阵分成对角矩阵以及对角线为0的两个矩阵相加，然后设计解耦控制器，将系统进行开环解耦。我们为解耦后系统设计最优跟踪策略，使解耦后系统达到性能指标最优。
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user: 2. 问题描述 如下线性多变量干扰系统为我们研究对象： { x . ( t ) = A x ( t ) + B u ( t ) + G d ( t ) ， x ( t 0 ) = x 0 y ( t ) = C x ( t ) (1) 其中 x ( t ) ∈ R n 为状态向量， u ( t ) ∈ R m 为控制向量， d ( t ) ∈ R m 为干扰向量， y ( t ) ∈ R m 为输出向量，其中 0 < m ≤ n ; A ∈ R n × n ， B ∈ R n × m ， G ∈ R n × m ， C ∈ R m × n 均为时不变矩阵。 系统持续扰动可由以下系统描述： w ˙ ( t ) = M ¯ w ( t ) ， w ( 0 ) = w 0 ; d ( t ) = M w ( t ) (2) 其中， W ( t ) 为干扰系统的状态向量， 为干扰系统的输出向量。干扰系统是完全可观测系统，并且 M 为行满秩矩阵。 针对以上系统，我们需要求取一个最优控制律 v ( t ) ，实现干扰系统解耦的同时，使得系统输出 y ( t ) 在最大程度上跟踪给定参考输出 y r ( t ) 的变化，其中参考输出 y r ( t ) 由下面动态系统产生 z ˙ ( t ) = N ¯ z ( t ) ， z ( 0 ) = z 0 ; y r ( t ) = N z ( t ) (3) 其中 z ( t ) ∈ R p 表示参考输出系统的 p 维状态向量， y r ( t ) ∈ R q 表示受扰线性系统的 q 维参考输出向量。参考输出系统是完全可观测的。
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user: 3. 解耦控制 对于上述解耦系统(1)，我们把该其由状态方程转化成如下关于输出的微分方程 y ˙ ( t ) = A ¯ y ( t ) + B ¯ u ( t ) + G ¯ d ( t ) ; y ( t 0 ) = y 0 = C x 0 (4) 其中 A ¯ = C A ( C T C ) − 1 C T ， B ¯ = C B ， G ¯ = C G ，然后，将系统中第 i 个通道输入 u i ( t ) 对第 j 个通道 y j ( t ) ( i ≠ j ) 之间的耦合看成可测干扰，采用反馈方法消除系统 ( u ( t ) = 0 ) 中第 i 个输出变量对第 j 个输出变量的影响。可以把(4)式转化为 y ˙ ( t ) = A ¯ 1 y ( t ) + A ¯ 2 y ( t ) + B ¯ 1 u ( t ) + B ¯ 2 u ( t ) + G ¯ d ( t ) (5) 其中 A ¯ 1 为对角矩阵，其对角线上的元素为 主对角线上的元素，其他元素都为零， A ¯ 2 = A ¯ − A ¯ 1 ， A ¯ 2 为主对角线上为零的矩阵，我们可以定义其为不同变量间的耦合影响；同理， B ¯ 1 = diag B ¯ i i 为对角矩阵， B ¯ 2 = B ¯ − B ¯ 1 ，我们定义其为同通道间的耦合影响。将矩阵转化成以上形式后，引入参考输入变量 v ( t ) ∈ R m ， 设计如下解耦控制器 S 1 u ( t ) + S 2 u ( t ) = − K y ( t ) + L v ( t ) (6) 其中，所设计的 S 1 ， L 为对角矩阵， S 2 ， K 为主对角线元素均为零的矩阵， S 1 可逆。现在用 S 1 左乘式子(5)，可得 (7) S 1 − 1 左乘式子(7)可得 y ˙ ( t ) = S 1 − 1 S 1 A ¯ 1 y ( t ) + S 1 − 1 S 1 A 2 y ( t ) + S 1 − 1 S 1 B ¯ 1 u ( t ) + S 1 − 1 S 1 B ¯ 2 u ( t ) + S 1 − 1 S 1 G ¯ d ( t ) (8) 并用 B ¯ 1 左乘(6)可得 B ¯ 1 S 1 u ( t ) + B ¯ 1 S 2 u ( t ) = − B ¯ 1 K y ( t ) + B ¯ 1 L v ( t ) (9) 结合式子(8)与(9)可得 y ˙ ( t ) = A ¯ 1 y ( t ) + S 1 − 1 ( S 1 A ¯ 2 − B ¯ 1 K ) y ( t ) + S 1 − 1 ( S 1 B ¯ 2 − B ¯ 1 S 2 ) u ( t ) + S 1 − 1 B ¯ 1 L v ( t ) + G ¯ d ( t ) (10) 由式子可知，为实现输入输出解耦，应该选择适当的 S 1 ， S 2 ， K 使得如下等式成立 S 1 A ¯ 2 = B ¯ 1 K S 1 B ¯ 2 = B ¯ 1 S 2 (11) 则(10)可以转化成 y ˙ ( t ) = A ¯ 1 y ( t ) + S 1 − 1 B ¯ 1 L v ( t ) + G ¯ d ( t ) (12) 由于矩阵 A ¯ 1 以及 S 1 − 1 B ¯ 1 L 均为对角矩阵，因此(12)式实现了辅助输入 v ( t ) 和系统输出 y ( t ) 之间的解耦。
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user: 4. 最优跟踪控制 为方便进行最优跟踪控制器的设计，定义 A ˜ = A ¯ 1 ， B ˜ = S 1 − 1 B ¯ 1 L ， G ˜ = G ¯ 则模型(12)式可简化成以下方程如下方程 y ˙ ( t ) = A ˜ y ( t ) + B ˜ v ( t ) + G ˜ d ( t ) (13) 针对以上系统(13)，我们设计参考输入 v * ( t ) ，使得以下性能指标 J = 1 2 ∫ 0 ∞ [ e T ( t ) Q e ( t ) + v T ( t ) R v ( t ) ]   d t (14) 达到最优。其中 e ( t ) = y r ( t ) − y ( t ) 为跟踪误差， Q ， R ，均为对称正定的加权矩阵。根据最优跟踪控制策略，我们的目的是找到最优控制律 v * ( t ) ，使得性能指标(14)能够取得极小值。 定理1 [ 14 ] [ 15 ] 对带有持续扰动的线型多变量系统，其在有限时域线性二次型性能指标(14)下的最优输出跟踪控制律为 v * ( t ) = − R B ˜ T [ P ( t ) y ( t ) + P 1 ( t ) z ( t ) + P 2 ( t ) w ( t ) ] (15) 式中 P ( t ) 是下述 R o c c a t i 矩阵微分方程的唯一解 A ˜ T P + P A ˜ − P B ˜ R − 1 B ˜ T P + Q = 0 (16) P 1 ( t ) 是下述 S y l v e s t e r 矩阵微分方程的唯一解 ( A ˜ − B ˜ R − 1 B ˜ T P ) T P 1 + P 1 N ¯ = Q N (17) P 2 ( t ) 是下述 S y l v e s t e r 矩阵微分方程的唯一解 ( A ˜ − B ˜ R − 1 B ˜ T P ) T P 2 + P 2 M ¯ = − P G ˜ M (18) 结合式(6)和(15)，我们可以得到系统的最优解耦控制律为 u * ( t ) = − ( S 1 + S 2 ) − 1 K y ( t ) − ( S 1 + S 2 ) − 1 L R B ˜ T [ P y ( t ) + P 1 z ( t ) + P 2 w ( t ) ] (19)
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user: 5. 仿真 为验证所提出方法的有效性，我们对如下系统进行了仿真实验： { x ˙ ( t ) = A x ( t ) + B u ( t ) + G d ( t ) ， x ( t 0 ) = x 0 ; y ( t ) = C x ( t ) (20) 上述系统中， x = [ x 1 ， x 2 ] T ∈ R 2 为受扰线性系统的二维状态向量 u = [ u 1 ， u 2 ] T ∈ R 2 为受扰线性系统的二维输入向量， y = [ y 1 ， y 2 ] T ∈ R 2 为系统的二维输出向量， d = [ d 1 ， d 2 ] T ∈ R 2 为系统的二维干扰信号。系统的内部矩阵，控制输入矩阵，外部干扰矩阵已经输出矩阵分别为 A = [ 4 3 8 − 2 ] ， B = [ 0.2 0.4 0.8 − 0.3 ] ， G = [ 1 0 0 1 ] C = [ 1 0 0 1 ] ; 其中外部持续扰动 的动态特性可以由以下外部系统描述出来： w ˙ ( t ) = M ¯ w ( t ) ， w ( 0 ) = w 0 ; d ( t ) = M w (t) 上述干扰外系统中， w = [ w 1 ， w 2 ] T ∈ R 2 为干扰外系统的二维状态向量。 M ¯ 和 M 为常量矩阵，在此，我们选择常量矩阵为 M ¯ = [ − 0.4 0.8 − 2 0.1 ] ， M = [ 1 0 0 1 ] ; 的干扰外系统，该干扰系统完全可观测。 y r ( t ) 为受扰系统的参考输出，该参考输出的动态特性描述如下: z ˙ ( t ) = N ¯ z ( t ) ， z ( 0 ) = z 0 ; y r ( t ) = N z (t) 其中， 为参考输入系统的二维状态向量。 和 N 为常量矩阵，我们选择常量矩阵分别为 N ¯ = [ − 0.8 0.1 − 0.4 0 ] ， N = [ 1 0 0 1 ] ; 的参考输出系统。 现在我们对系统(20)进行解耦，根据等式(11)我们选择加权矩阵 S 1 = [ 0.4 0 0 − 0.6 ] ， S 2 = [ 0 0.8 1.6 0 ] ， K = [ 0 6 1.6 0 ] ， L = [ 2 0 0 2 ] 由此我们可知 A ˜ = A ¯ 1 = [ 4 0 0 − 2 ] ， B ˜ = S 1 − 1 B ¯ 1 L = [ 1 0 0 1 ] ， G ˜ = G ¯ = [ 1 0 0 1 ] ; 解耦后可得如下模型： y ˙ ( t ) = A ˜ y ( t ) + B ˜ v ( t ) + G ˜ d ( t ) (21) 模型(20)的最优性能指标如下 (22) 针对性能指标(22)，我们选取 Q = [ 3 0 0 3 ] ， R = [ 0.005 0 0 0.005 ] ; 解代数黎卡提方程(16)可得 P = [ 0.1441 0 0 0.1129 ] 应用MTALAB求解方程(17)，(18)可得 P 1 = [ − 0.1171 − 0.0005 0.0019 − 0.1221 ] ， P 2 = [ 0.0057 0.0002 − 0.0004 0.0046 ] 仿真结果如下图，如图1分别为最优解耦跟踪控制的输出 y 1 以及其跟踪变量 y 1 r ，图2分别为系统输出 y 2 以及 y 2r 。 图1. 最优解耦控制方法输出y 1 以及跟踪变量y 1r 图2. 最优解耦控制方法输出y 2 以及跟踪变量y 2r 同时，我们把直接给出系统进行最优跟踪后的仿真图，如图3，为最优跟踪方法的输出 y 1 以及跟踪变量 y 1 r 。图4为输出 y 2 以及跟踪变量 y 2 r 。 图3. 最优跟踪方法的输出y 1 以及跟踪变量y 1r 图4. 最优跟踪方法输出y 2 以及跟踪变量y 2r
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user: 6. 结论 本文根据带干扰的连续时间线性系统(输入及输出维数相同)，提出了一类由开环解耦控制以及最优跟踪控制结合在一起的最优解耦方法，实现了对干扰系统的解耦以及跟踪，并使得其某项性能指标达到最优。通过仿真，我们也可以看到该方法明显优于经典方法。
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user: 摘 要 本文提出了一种基于边缘检测和聚类分析的浅剖图像分层算法。利用自适应的Canny边缘检测算法有效提取了图像边缘，利用区域跟踪算法，确定了二值图像中所有目标的边界，根据k-means聚类分析算法，对多条边界进行了有效分类，实现了地层划分。以钻孔数据为参考，比较了基于边缘检测和聚类分析的浅剖图像分层算法与ISE软件处理结果的精度。结果表明，本文提出的方法在海底高程和三个层底高程的识别中，中误差为0.47米，远小于ISE的1.37米，说明该方法优于ISE处理的结果，可以为处理浅地层剖面图像提供一个新的思路和方法。 关键词 :边缘检测，聚类分析，浅剖图像，地层识别 Copyright © 2019 by author(s) and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 浅地层剖面仪应用声学原理可以有效地获取海底沉积物的分布、地质结构等相关信息，由于其具有连续走航式探测、作业方便、成本低、效率高、探测分辨率高以及穿透深度大并能获得与地质剖面相似的记录图谱等优点，在海洋工程调查和海洋地质研究中得到了广泛的应用 [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] 。虽然，野外工作获得的浅地层剖面图谱已经能够反映海底地质构造的一些特点，但是海底下伏地层岩土类型、分布和结构非常复杂，并且浅地层剖面仪所基于的声学方法和技术也具有一定的局限性，导致了诸如非自激自收导致的地层厚度畸变、特殊反射界面导致的空间变形以及地层中声速变化导致浅地层剖面地层失真等诸多问题，使观测数据质量大幅降低，严重影响剖面的解释，甚至造成地层界面模糊不清而无法进行解释 [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] 。而在资料后处理和解释方面，大都根据经验，采取人工或浅剖软件自动分层的方式对海底浅剖图像进行分层，由于浅剖图像的复杂性，导致了人工和相关软件无法正确地对地层进行有效识别，致使其高分辨率的潜在优势无法得到更好的利用。而浅剖图像作为一种图像，也具有纹理和边缘等基本图像的特征 [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ] 。 在图像边缘检测中，传统的边缘检测算子是依据图像的每个像素邻域内灰度值的变化，采用数学方法中的一阶或二阶方向导数的变化来检测边缘。这些算子结构简单，实现速度较快，但是对噪声影响较大，Canny算子基于最优化算法的边缘检测算子，该算子在处理高斯白噪声污染的图像方面优于其他传统的边缘检测算子，因而得到广泛应用 [ 14 ] [ 15 ] [ 16 ] 。 本文利用Canny算子对浅剖图像进行了边缘检测，然后利用区域跟踪算法检测出的图像边缘，给出二值图像中所有目标的外边界和内边界，最后利用k-means聚类分析对边界进行分类，根据分类的结果确定了各层边界，并与ISE软件分层结果和钻孔数据进行了对比，得到一些有益的结论。
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user: 2. Canny边缘检测 Canny算子的基本思想是采用二维高斯函数的任意方向上的一阶方向导数为噪声滤波器，通过与图像卷积进行滤波，然后对滤波后的图像寻找局部梯度最大值，并以此来确定图像的边缘 [ 17 ] 。 1) 用高斯滤波平滑图像。 Cammy算法选用一维高斯函数，分别按行和列对图像进行平滑去噪。所选高斯函数为： G ( x ) = 1 2 π σ e − x 2 2 σ 2 (1) 式中， σ 为高斯曲线标准差。 2) 用一阶偏导有限差分计算图像的梯度幅值方向。 Cammy算法采用2 × 2邻域一阶偏导的有限差分计算平滑后的数据阵列 I ( x ， y ) 的梯度幅值和梯度方向。 和 y 方向偏导数的2个阵列 P x [ i ， j ] 和 P y [ i ， j ] 分别是 P x [ i ， j ] = ( I [ i ， j + 1 ] − I [ i ， j ] + I [ i + 1 ， j + 1 ] − I [ i + 1 ， j ] ) / 2 (2) P y [ i ， j ] = ( I [ i ， j ] − I [ i + 1 ， j ] + I [ i ， j + 1 ] − I [ i + 1 ， j + 1 ] ) / 2 (3) 像素的梯度幅值和梯度方向用直角坐标到极坐标的坐标转换公式计算，用二阶范数来计算梯度幅值为： (4) 梯度方向为： θ [ i ， j ] = arctan ( P y [ i ， j ] / P x [ i ， j ] ) (5) 3) 对梯度幅值进行非极大值抑制，保留局部梯度值最大的点。 为了提取单像素边缘，必须细化梯度幅值图。在梯度幅值图像中， M [ i ， j ] 的极大值所在位置附近会产生屋脊带，只有细化这些屋脊带才能精确的确定边缘的位置，只保留幅值局部变化最大的点。在非极大值抑制过程中，Cammy算法使用3 × 3大小，包含8方向的邻域对梯度幅值阵列 M [ i ， j ] 的所有像素沿梯度方向进行梯度幅值的插值。在每个点上，邻域的中心像素 m [ i ， j ] 与沿梯度方向的2个梯度幅值的插值结果进行比较，如果邻域中心点的幅值 M [ i ， j ] 不比梯度方向上的2个插值结果大，则将 m [ i ， j ] 对应的边缘标志位赋值为0，这一过程把 M [ i ， j ] 宽屋脊带细化为一个像素带，并且保留了屋脊的梯度幅值。 4) 用滞后阈值检测并连接边缘。 Cammy算法利用双阈值算法对非极大值抑制图像进行两次阈值分割，得到低阈值图像 N 1 ( x ， y ) 和高阈值图像 N 2 ( x ， y ) 。由于 N 2 ( x ， y ) 由高阈值得到，因而含有很少的假边缘，但有间断，于是就在 N 1 ( x ， y ) 的8邻域位置不断收集边缘，直到将 N 2 ( x ， y ) 连接起来。
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user: 3. 浅剖图像的边缘和边界检测 在绘制地层线时，可以采用自动跟踪和手动绘制两种方法。自动跟踪是利用浅地层剖面仪配套的处理软件进行跟踪。而地层线在自动追踪后，即使进行了平滑处理，差异非常大，显得参差不齐。特别是当海域沉积环境复杂，在这样的情况下使用自动追踪，是不能完成地层划分的。因此，在复杂地层线的绘制中，主要采用的是手动绘制地层线，这样有利于清晰的反映地层的分界，有利于地层划分工作。然而人工划分地层受人为因素影响较大，且效率比较低。 浅地层剖面图像是反映海平面变化，在冲积平原或近岸环境中反映沉积环境的变迁过程。剖面声图显示的具有一定灰度的点状、块状和线状图形组成的图像层理，反映了不同性质的海底浅部地层特征。 图1是浅地层剖面仪的彩色图像，从图像中可以看出，每次信号的变化都对应着一层强声学反射层。从图1可以看出，图像是由S型的线状和块状图形组合而成的S型复杂层理，通常表示三角洲及浅海环境，沉积物粒度从细到粗的沉积序列。同时，图1还包括了由不连续、不整合的点状图形组合的杂乱层理，表示高能量沉积环境，反映了沉积后基底瓦解，崩积后残、堆积等沉积过程。另外，从图1中还可以看到，图像中存在没有灰度的点状、块状和线状图形，几乎是一片空白带或干扰图像，即无声反射带。在灰度图像(图2)中，各地层图像像素的灰度值变化不明显，其特征与原始彩色图像基本一致。 图1. 浅剖原始图像 图2. 浅剖灰度图像 利用Canny边缘检测方法对灰度图像进行了边缘检测。在边缘检测中，利用平滑后的图像梯度幅值矩阵，寻找图像中可能的边缘点，然后利用双门限检测通过双阈值递归寻找图像边缘点，实现了边缘提取。在Canny边缘检测时，高斯滤波参数和高低阈值的选取通常采用人工的方式设定，为减少人为因素的影响，本文采用了自适应的Canny边缘检测算法，得到了高低阈值和平滑参数分别为0.6、0.3和1.3。如图3所示，提取的图像边缘由多条长短不一的点状和线状图形组成。 为了获取二值图中对象的轮廓，包括外部轮廓与内部边缘，采用了区域跟踪算法，确定了二值图像中所有目标的外边界和内边界。通过区域跟踪，一些连通的闭合的边缘像素被确定为边界，如图4所示。在图4中，图像多个部分都包含一些边界，其中，红色区域表示较好的连通性，表明该区域的地层反射强度较强。对于识别出的各个边界是否属于同一类别，需要进行聚类分析。本文利用了k-means聚类分析的算法，对多条边界进行了分类。 图3. Canny边缘检测 图4. 区域跟踪识别的边界
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user: 4. K-means聚类分析 k-means是基于划分的聚类算法。该算法简单、快速，是一种得到最广泛使用的聚类算法 [ 18 ] 。k-means以k为参数，把n个对象分为k个类别，以使类内具有较高的相似度、类间的相似度较低。根据一个类别中对象的平均值进行相似度的计算，对大数据集的处理，该算法是相对可伸缩和高效率的 [ 19 ] 。 k-means使用迭代的方式在各聚类内最小化到聚类中心的距离和，迭代过程中算法在聚类间不断改变点的归属直到距离和不再减小，最终得到一组紧凑、分类良好的聚类。为了查看分类效果的好坏，可以绘制输出结果聚类切片的轮廓图。轮廓图用来衡量一个聚类中的点与相邻聚类中点的接近程度。返回的silhouette值在−1~1之间，1表示点离其他聚类很远，0表示点离另一个类很近，−1表示点可能被赋错了类，平均silhouette值越大，表明分类结果越理想 [ 20 ] 。本文利用k-means算法对图像边界分别进行了2、3、4和5个类别的聚类分析，聚类的结果如图5(a)、5(b)、5(c)和5(d)所示。 从图5可以看出，在(a)的第2类，(c)的第1类和(d)的第4和第5类中，均有负值存在，说明(a)、(c)和(d)三个图的部分边界点可能被分错了类。而(a)、(b)、(c)和(d)的平均silhouette值分别为0.6005、0.6732、0.5419和0.5319，(b)的分类结果的平均silhouette值最大，且没有负值出现，说明对于浅剖图像的边界分为3类是最为合理的。利用k-means算法对图像的边界分为三类的结果如图6所示。 图5. K-means聚类分析结果 图6. 海底各地层的k-means聚类结果 从图6中可以看出，该海域的浅剖图像被分为了三类，即三个主要地层。根据最靠近各类边缘的边界，本文利用最小二乘进行了拟合，拟合的直线如图6所示。由此可见，各地层被拟合的边界直线进行了划分，从而实现了浅剖图像各地层的自动划分。
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user: 5. 对比与分析 本文利用ISE软件对浅地层剖面图像进行了分层处理。通过进行相关设置，过滤了水体上部的噪声，再从地层附件开始跟踪水底线，设置完成后，软件会自动跟踪出水深线，然后跟踪地质分层线，即可计算各个地质分层，ISE软件分层处理的结果如图7 (红线)所示。为了比较本文采用的分层方法与现有浅剖图像处理的常用ISE软件的优劣性，本文以钻孔数据为参考(如图8所示)，比较了本文划分的地层与ISE软件的划分结果。 由钻孔数据分析可知，该海底地层中，海底高程为−11.7米。第一层为粉土，黄褐色–灰褐色，饱和，中密，局部稍密，具层理，上层部分含较多粉砂薄层，局部夹粘性土薄层，含粘性团块，夹灰黑色条带，土质均匀性较差，第一层层底高程为−15.8米。 图7. ISE软件分层 图8. 钻孔柱状图 第二层为淤泥质粉质粘土，局部出露为粉质粘土，黄褐色为主，局部为灰褐色，颗粒细腻，切面光滑，局部夹粉土薄层并含粉砂颗粒，偶含粉砂颗粒，夹灰黑色条带及灰色斑块，第二层层底高程为−18.7米。 第三层为粉土，灰褐色，饱和，中密，具层理，土质均匀性差，含较多粘性土，第三层层底高程为−21.7米。 本文比较了几种方法的分层结果，如表1所示。 Table 1 Comparison of different methods (unit: m 方法 海底高程 第一层层底高程 第二层层底高程 第三层层底高程 ISE −12.4 −17.2 −22.4 −24.6 本文 −12.7 −15.7 −19.1 −22.4 钻孔 −11.7 −15.8 −18.7 −21.7 表1. 各种方法分层结果对比(单位：m) 从表1中可以看出，ISE软件能够实现自动分层，但在与钻孔数据的对比中，除海底高程与钻孔数据差异较小外，其余各层高程与钻孔数据相差较大，最大为第二层层底高程，相差3.7米，一方面与该海域地层复杂有关，另外，在实际的处理中，人为干预的因素也是一个重要影响因素。而本文采用的分层方法与钻孔数据对比，最大为海底高程，相差1米，最小为第一层层底高程，仅相差0.1米。利用与钻孔数据的差值计算的中误差，ISE软件为1.37米，而本文采用的方法计算的中误差为0.47米，远远小于ISE，因此，本文采用方法的精度明显高于ISE软件分层结果。
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user: 6. 结论 本文对浅地层剖面图像进行了图像处理，利用自适应的Canny边缘检测算法有效提取了图像边缘；通过区域跟踪算法，确定了二值图像中所有目标的外边界和内边界。利用了k-means聚类分析算法，对多条边界进行了分类。以钻孔数据为参考，比较了本文提出的方法与ISE软件处理结果的精度。结果表明，本文提出的方法在海底高程和三个层底高程的识别中，中误差为0.47米，远小于ISE的1.37米，说明本文提出的方法优于ISE处理的结果，可以为处理浅地层剖面图像提供一个新的思路和方法。
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user: 摘 要 CRISPR/Cas9系统是一种先进的基因编辑技术，人工设计先导RNA (single-guide RNA， sgRNA)介导外源表达的Cas9蛋白特异性的结合、切割基因组靶点，切割后的DNA有非同源末端连接(non-homologous end joining， NHEJ)和同源重组(homologous recombination)两种修复方式，以构建基因特异性敲除或敲入细胞。The membrane associated RING-CH (MARCH)家族由一系列结构相关的蛋白组成，目前，在人类基因组中至少有11个已知成员(MARCH-1–11)。MARCH2参与囊泡运输的调节，如突触囊泡的形成、细胞内运动、胞外分泌和内吞。在本研究中，我们针对MARCH2基因第二外显子设计了CRISPR/Cas9干扰靶序列，并应用蛋白质印迹方法对其基因剔除的有效性进行了验证，结果显示在两个MARCH2等位基因都含有移码突变，证实我们应用CRISPR/Cas9系统成功构建了MARCH2敲除的细胞系，这将是MARCH2功能及相关机制研究的强有力的工具。 关键词 :MARCH2，CRISPR/Cas9，基因敲除，移码突变 Copyright © 2019 by author(s) and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 CRISPR (clustered regularly interspaced short palindromic repeat)是一段串联重复序列，先后在原核生物大肠杆菌基因组中以及细菌和古细菌中发现CRISPR的存在，并且CRISPR具有抵御外来噬菌体入侵的功能 [ 1 ] [ 2 ] 。CRISPR中重复序列和间隔可变序列分别21~48 bp、21~72 bp，CRISPR基因座转录加工为成熟的crRNA。CAS基因定位在CRISPR基因座附近的区域，编码具有核酸酶和解旋酶活性的蛋白，与crRNA形成的蛋白核酸复合物可以识别DNA序列上的PAM (protospacer adjacent motif)区域，特异性切割DNA双链，发挥免疫防御功能 [ 3 ] [ 4 ] 。利用此特性可将其用作人工核酸内切酶，对基因组特定位点进行遗传修饰，精确编辑基因组 [ 5 ] 。CRISPR/Cas9系统就是基于此原理人为优化的基因组编辑系统，人工设计先导RNA (single-guide RNA， sgRNA)介导外源表达的Cas9蛋白特异性的结合、切割基因组靶点 [ 6 ] ，切割后的DNA有非同源末端连接(non-homologous end joining， NHEJ)和同源重组(homologous recombination)两种修复方式。在无外源的同源DNA存在时，切割的DNA可通过NHEJ连接结合，这样在切割位点就会引入插入或缺失序列，进而引发目的基因编码的蛋白产生移码突变以实现对目的基因的敲除。如果有同源片段存在，切割的DNA则发生同源重组，将外源片段整合到基因组中，以实现基因的敲除、敲入或突变等。 MARCH2 (membrane associated RING-CH protein 2)是MARCH家族成员之一，含有RING结构域，具有E3泛素连接酶活性，调节多种细胞活动如细胞运输、DNA修复和信号转导 [ 7 ] 。MARCH2作为跨膜泛素连接酶家族成员之一，近来被报道与病毒免疫逃逸蛋白有密切关系 [ 8 ] 。MARCH2最初的作用主要是通过与syntaxin 6 (STX6)相互作用参与囊泡运输 [ 9 ] 。泛素化过程被广泛称为蛋白的“死亡之吻”，因为如果将一个小分子泛素附在蛋白上，就会使此蛋白失去活性，这个小分子泛素就是一个标签，它向蛋白运输载体发出信号使其运输蛋白到蛋白酶体以降解之。作为E3泛素连接酶家族成员之一，MARCH2可以泛素化几种底物，如DLG1 [ 10 ] ，β2AR [ 11 ] ，和CFTR [ 12 ] 。 我们选用目前最先进CRISPR/Cas9基因编辑技术来构建稳定敲除MARCH2的细胞系作为MARCH2功能研究更有效的工具。
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user: 2. 材料和方法 2.1. 材料和试剂 兔抗人MARCH2多克隆抗体购自美国Abcam公司；ACTB/b-actin抗体购自Tianjin Sungene公司；Megatran 1.0转染试剂购自Biotum公司；细胞和组织基因组DNA提取试剂盒购自华中海威公司；PX330-MARCH2-sgRNA质粒购自上海南方模式生物科技发展有限公司；MARCH2 DNA引物购自Invitrogen公司。 2.2. 合成sgRNA寡核苷酸序列并构建载体 由上海南方模式生物科技发展有限公司设计CRISPR干扰靶序列，并针对人类的MARCH2基因构建CRISPR-Cas9表达载体。 Guide RNA靶序列如下： Guide RNA target site 1：GCCCGTAGCCTCCACGACCTTGG Guide RNA target site 2：TCCAAGGTCGTGGAGGCTACGGG 载体构建：载体PX330-GFP使用Bbs I酶切电回收，分别与MARCH2-V-Gui-F/R，MARCH2-V-Gui-F2/R2退火产物连接转化，涂布于氨苄平板上，37℃培养过夜。次日，分别挑取3个单克隆，使用引物u6-gui-id-f测序。 质粒纯化：测序正确的克隆接种4 ml LB，使用QIAGEN Plasmid Midi Kit抽提质粒，溶于Nuclease-Free Water中，−30℃保存待用。 2.3. PX330-MARCH2-sgRNA质粒转染细胞 正常培养HCT116细胞至密度为60%~70%，用Megatran 1.0作为转染试剂，将质粒PX330-MARCH2-1-sgRNA和PX330-MARCH2-2-sgRNA转染细胞。在荧光显微镜下观察发现，转染了PX330-MARCH2-sgRNA的细胞多数表达绿色荧光，表明质粒转染细胞成功。 2.4. 单克隆筛选、DNA提取及PCR 细胞转染PX330-MARCH2-sgRNA质粒后，正常培养48小时后，收细胞，进行流式分选，铺96孔板，每孔一个细胞。待2周左右，单个细胞长成克隆时，显微镜下仔细观察每一个孔的细胞，若发现非单克隆的细胞需要将其标注出来剔除筛选之外。传两代后，取出单个克隆的一部分细胞提取基因组DNA。按照试剂盒操作步骤进行操作，以2 μl DNA作为模板进行PCR扩增，送公司测序及分析。MARCH2 DNA的上游引物为5’-AGA TGG TGC AAA CTG AGG CT-3’，下游引物5’-AAC TAG CCA GGT GTG GTG AC-3’ [ 13 ] 。 2.5. Western blot鉴定 为检测CRISPR/Cas9系统对内源基因表达水平的影响，将测序结果为阳性单克隆的细胞培养48 h后，收取蛋白样品进行Western blot检测。比较野生型HCT116细胞与转染Cas9-MARCH2质粒的细胞的MARCH2蛋白表达水平，鉴定利用CRISPR/Cas9系统敲除细胞内源MARCH2的效率。
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user: 3. 结果 3.1. 应用CRISPR/Cas9基因编辑技术构建沉默MARCH2的细胞系 CRISPR/Cas9系统通过引进插入或缺失可以精确敲除靶基因，为观察缺失整个蛋白后的表型提供必要工具。为了进一步证实MARCH2的功能，我们应用CRISPR/Cas9基因编辑技术构建敲除MARCH2基因的HCT116细胞系。我们针对MARCH2基因第二外显子设计的CRISPR/Cas9干扰靶序列为TCC AAG GTC GTG GAG GCT ACG GG，通过载体构建、质粒纯化、转染、流式分选、单克隆培养、测序、分析、鉴定得到了敲除MARCH2基因的细胞系。 经过一系列克隆筛选，我们得到了4个Cas9-MARCH2克隆。序列分析显示这些突变大多导致移码，提前出现终止密码子(TGA)，翻译提前终止使得MARCH2的RING domain和PDZ domain缺失，不能行使其功能(图1A~D)。简单描述这些突变如下：克隆1：GT → GCT；克隆2：AGGTCG → AG；克隆3：TCGTGG → C；克隆4：缺失性突变(No. 28~35 GCTACGGGCCTCGGACCGCCCCAG)和点突变(No. 54 GCC → ACC)。 3.2. 沉默MARCH2的细胞系的Western blot鉴定 Western blot鉴定结果显示，CRISPR/Cas9靶向敲除MARCH2导致MARCH2蛋白表达水平消失(图2)。
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user: 4. 讨论 基因编辑技术是基因功能研究的工具。早期，同源重组技术用于基因编辑，但效率非常低。人工核苷酸技术的出现提高了基因编辑的效率。除了CRISPR/Cas9系统之外，人工核苷酸系统也包括锌指核苷酸zinc finger nuclease (ZFN)和激活转录因子效应核酶activating transcription factor effector nuclease (TALEN) [ 14 ] 。ZFN和TALEN通过DNA蛋白识别特异靶点：ZFN上的锌指结构单元能识别三个基本序列；TALEN通过重复可变区repeat variable diresidue (RVD)能识别特异碱基，根据ZFN结构或RVD组合，可以设计分子蛋白结合任何基因组中的DNA序列，因而能识别并剪切特异的DNA序列 [ 15 ] [ 16 ] 。CRISPR/Cas9系统是蛋白和核酸组成的蛋白核酸复合体，应用先导RNA识别DNA序列 [ 17 ] [ 18 ] 。因此，Cas9蛋白被用于切割靶序列。基因组的大小决定靶标DNA序列通常超过10 bp。因而，ZFN或TALEN系统必须依赖ZFN蛋白单位的目的序列或RVD排列和组合，使得质粒构建过程耗时费力。同时，CRISPR/Cas9系统的识别依赖单导RNA和目的DNA的碱基互补配对，只需要23 bp大小的单导RNA对应不同的靶标即可，这样显著简化了质粒构建的任务。 在CRISPR/Cas9基因编辑技术出现之前，细胞水平基因功能研究主要依靠RNA干扰技术，为基因功能和机制的分析提供了不小帮助。然而，RNA干扰的短暂性和不完全性可能影响基因功能的正确判断。CRISPR/Cas9技术在基因水平上能引起移码框突变，因此，目的基因被敲除。它是比RNA干扰技术更有效的研究基因功能的工具。在近来的研究报道中，通过CRISPR/Cas9全基因组文库进行的黑色素瘤耐药基因的筛选提供了RNA干扰文库相关的这些基因的成功识别 [ 19 ] 。 MARCH2是二次跨膜蛋白，由N端RING domain中间的二次跨膜区和C端的PDZ domain构成。已有功能研究证明，MARCH2是高尔基体和内体之间运输的调节分子 [ 9 ] ，MARCH2作为E3连接酶能降解细胞表面受体如转铁蛋白受体(TfR， transferrin receptor)和共刺激分子B7.2 (CD86)，能与β 2 AR相互 图1. CRISPR/Cas9敲除MARCH2基因序列图A克隆1的序列图GT → GCT；B：克隆2的序列图AGGTCG → AG；C：克隆3的序列图TCGTGG → C；D：克隆4的序列图，缺失性突变(No. 28~35 GCTACGGGCCTCGGACCGCCCCAG)和点突变(No. 54 GCC → ACC) 图2. Western blot检测Cas9-MARCH2细胞的内源性MARCH2表达 作用，促进β 2 AR的内吞和溶酶体降解 [ 11 ] 。MARCH2也能定位在HEK293T细胞细胞膜上，通过其PDZ motif与DLG1 (discs large homolog 1， scribble cell polarity complex component)相互作用促进DLG1泛素化，减弱DLG1在细胞连接点的表达，影响细胞的极性 [ 10 ] 。最近的研究发现，在CFBE细胞(囊性纤维化支气管上皮细胞，Cystic fibrosis bronchial epithelial cell line)中MARCH2通过与CAL (CFTR相关的配体)和STX6结合泛素化并降解CFTR [ 12 ] 。MARCH2在HIV-1感染中表达升高，通过包膜蛋白易位和降解抑制HIV-1产物，在监管和调节HIV-1感染相关的过程中发挥举足轻重的作用 [ 20 ] [ 21 ] 。我们前期的研究发现MARCH2参与了肿瘤的发生和进展，但其作用机制尚不清楚，本研究应用先进的CRISPR/Cas9基因编辑技术成功建立沉默MARCH2的细胞系，将为MARCH2的功能和机制的研究提供有效的工具。
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user: 摘 要 随着我国人口老龄化进程的发展，脑卒中在我国的发病率也有所上升，且该疾病年轻化趋势日渐明显。研究发现，脑卒中已经成为全世界第二大致死性疾病，而对于世界人口第一大国的中国，脑卒中更是成为第一大致死性疾病。脑卒中不仅具有发病率高、病死率高的特点，还具有残疾率高和复发率高的特点，对患者、家庭乃至整个社会造成非常严重的负担。循证医学证实，恰当的脑卒中康复是降低致残率最有效的方法。其中，运动康复疗法是改善脑卒中患者运动功能障碍、恢复脑卒中患者日常生活能力、提高生活质量的一种重要的治疗方式。笔者对脑卒中患者的康复治疗现状进行综述，以期对运动康复在脑卒中患者康复领域的研究起到一定的参考作用。 关键词 :运动康复疗法，脑卒中，康复，现状，综述 Copyright © 2019 by author(s) and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 前言 脑卒中(cerebral stroke)又称“中风”、“脑血管意外”(CVA)。它是一种急性脑血管疾病，是由于脑部血管突然破裂或血管短暂或永久性阻塞导致血液不能流入大脑而引起脑组织损伤的一种疾病 [ 1 ]。一般来讲，脑卒中分为缺血性脑卒中和出血性脑卒中。而且研究表明，全球缺血性脑卒中的发病率高于出血性脑卒中 [ 2 ]。研究发现，约80%的急性脑卒中会出现偏瘫症状，近40%的患者出现患侧上肢功能障碍，这将限制患者上肢功能的使用和社会活动 [ 3 ]。脑卒中患者多伴随抑郁症状，脑卒中后抑郁的发病率高达50% [ 4 ]。近年来，随着我国经济迅猛发展，人群平均寿命逐年延长，加之高血压、糖尿病等基础疾病的发病率不断升高，脑卒中的发病率也呈上升趋势 [ 1 ]。同时，由于医学技术的进步，脑卒中患者的病死率有所下降，但致残率仍居高不下，据统计脑卒中的致残率高达70%~80%，对患者、家庭乃至社会造成严重的负担 [ 5 ]。运动康复疗法是一种以系统性运动锻炼为主的康复干预措施，主要是通过康复治疗师指导患者进行运动锻炼，来提高患者的运动功能的一种康复方法 [ 6 ]。笔者查阅大量的相关文献，并根据运动康复工作经验，对脑卒中患者康复治疗现状作如下综述，以期对运动康复在脑卒中患者康复领域的研究起到一定的参考作用。
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user: 2. 脑卒中患者现状 脑卒中具有发病率、复发率、死亡率和致残率高的特点 [ 7 ]。全球疾病负担(global burden of disease， GBD) 2013 (即GBD 2013)研究显示：不管是发达国家还是发展中国家，脑卒中的患病率都出现了不断升高的趋势 [ 8 ] [ 9 ]。但发达国家的脑卒中发病率、死亡率、伤残调整寿命年(disability adjusted of life years， DALY)等指标呈下降趋势，而发展中国家的脑卒中发病率、死亡率仍然呈上升趋势 [ 10 ]。并且发展中国家的脑卒中死亡率占全球75%，脑卒中所导致的DALY占全球81% [ 11 ]。研究表明，我国脑卒中的发病率、患病率、死亡率、DALY四大指标均呈现上升趋势 [ 2 ]。有研究发现，脑卒中已经成为全世界第二大致死性疾病，而对于世界人口第一大国的中国，脑卒中更是成为第一大致死性疾病 [ 1 ]。中国每年约有250万新发脑卒中病例和750万卒中幸存者 [ 12 ] [ 13 ]。此外，我国每年的脑卒中死亡人数将近达到160万，已超过心脏病成为死亡和成人残疾的主要原因 [ 12 ]。GBD 2013研究显示：2013年全球脑卒中所导致的DALY占所有疾病4.62%，而中国占9.71%，中国脑卒中的疾病负担占比是全球平均水平的2倍多 [ 9 ]。所以它不仅极大地影响了脑卒中患者的身体健康以及生活质量，而且也给社会和患者的家庭带来了沉重的经济和精神负担。
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user: 3. 运动康复在脑卒中患者的康复应用现状 脑卒中的功能障碍主要包括运动功能障碍、感觉功能障碍、认知障碍、情绪障碍、言语和语言障碍、心肺功能障碍、吞咽障碍及排泄障碍等 [ 13 ]。脑卒中康复的根本目的是最大限度地减轻这些障碍和改善功能，预防并发症，提高脑卒中患者日常生活能力(activities of daily living， ADL)，最终使患者回归家庭，融入社会。中国脑卒中康复治疗指南(2011完全版)提出持续规范的康复流程和治疗方案对降低急性脑血管病的致残率，提高患者的生活质量具有十分重要的意义 [ 13 ]。康复训练是脑卒中首选的康复疗法，也是恢复脑卒中患者ADL的主要手段 [ 14 ]。现代康复理论和实践证明，有效的康复训练能够减轻患者功能上的残疾，提高患者的满意度，加速脑卒中的康复进程，降低潜在的护理费用，节约社会资源 [ 15 ]。研究发现，康复的介入与不介入，能否早期介入，对于脑卒中患者的功能恢复至关重要 [ 16 ]。有研究表明，急性脑卒中患者出院早期即开始社区康复，90%可较大限度地完成生活自理，反之该比例仅为6% [ 17 ] [ 18 ]。随着医学技术的发展，出现了很多的康复治疗手段，包括物理治疗(physical therapy， PT)、作业治疗(occupational therapy， OT)、言语治疗(speech therapy， ST)、电疗、针灸、石蜡疗法、按摩等现代康复治疗方法。其中，中医结合现代康复方法治疗脑卒中是普遍接受的观点，中医在治疗偏瘫、吞咽障碍、失语症等方面有一定治疗效果 [ 19 ] - [ 24 ]。除此之外，还有一些其他康复治疗手段。当前，用各种矫形器(orthosis)来减轻肢体运动功能障碍也越来越被重视 [ 25 ]。通过这些康复治疗方法，能够使脑卒中患者在运动功能、认知功能、感觉功能、语言功能、排泄功能、吞咽功能、情绪及心肺功能等方面得到系统的康复，从而提高脑卒中患者的日常生活能力。 除了以上常规治疗手段外，运动康复治疗方法也越来越被专家们重视 [ 13 ]。国内外也有文献报道运动疗法的有效性。其中国外学者，Butler等人的研究发现，运动疗法能够有效减轻患者肌痉挛，改善肢体运动能力及日常生活活动能力 [ 26 ]。Zedlitz等对脑卒中患者实施为期12周的认知治疗和分级活动训练，结果显示，该方法不仅减轻患者疲劳状况，患者心肺功能抑郁、睡眠状况及身体耐力都有改善，且该效果在6个月随访时仍然存在 [ 27 ]。国内学者也进行了大量的研究。王晓芳将80例脑卒中患者，随机分组为对照组与观察组，每组40例，对照组使用常规康复治疗，观察组使用运动康复治疗，对两组患者的运动能力和生活能力进行评分。发现运动疗法对患者的运动能力和生活能力改善有很大帮助，其经济性和有效性均比较优秀，值得推广 [ 28 ]。徐银亮选取30例脑卒中患者为研究对象，随机分为两组。研究发现，运动康复疗法是改善恢复期脑卒中患者机体功能的一种有效方法，短期介入运动疗法，可以显著促进恢复期脑卒中患者机体功能的改善 [ 29 ]。赵秋芬的研究表明，在脑卒中患者的治疗过程中，使用传统康复治疗联合运动康复疗法能显著提高患者的运动能力 [ 30 ]。有研究表明运动训练康复治疗和任务导向型康复治疗可以改善脑卒中后的功能障碍 [ 31 ]。耿宗友等研究显示运动疗法在促进脑卒中偏瘫患者肢体运动功能恢复等方面疗效显著 [ 32 ]。沈怡等人研究采用激活步态中枢模式发生器(CPG)的运动训练方法，可以改善患者偏瘫异常步态模式和增强双侧下肢均衡使用的能力 [ 33 ]。近年来，强制性运动疗法(constraint-induced movement therapy， CIMT)逐渐成熟，且逐渐普及，在治疗脑卒中偏瘫方面获得了广泛关注 [ 34 ]。有些研究则表明急性期介入强制性运动疗法并不会加重病情，能明显改善患者的肢体功能障碍 [ 35 ]。邓梦琳的研究表明，强制性运动疗法治疗脑卒中偏瘫患者效果显著，可促进患者ADL及上、下肢功能恢复 [ 36 ]。魏丽萍的研究显示，在脑卒中康复治疗患者中应用运动康复疗法后，FMA和MBI评分均明显高于常规康复治疗，有助于恢复和改善患者的肢体运动功能 [ 37 ]。李淑珍等人的研究表明，太极拳运动可明显改善脑卒中患者的平衡功能 [ 38 ]。李玉玲等人的研究表明，坐式太极运动可改善脑卒中后抑郁(post stroke depression， PSD)患者的抑郁状态 [ 39 ]。范金梅通过探讨太极云手训练对患者心肺功能的影响，发现干预后的太极云手组肺活量、氧脉搏、收缩压、舒张压较干预前具有显著性差异(P < 0.05)，可见太极云手训练可提升患者的心肺功能 [ 40 ]。此外，其他一些运动康复治疗方法也取得了一定的进展。
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user: 4. 结语 运动康复疗法对脑卒中患者的康复治疗起到了一定的积极作用，可以显著提高脑卒中患者的运动能力，改善患者预后及减少再发风险，进而改善患者的生活质量和ADL，最终使患者回归家庭，融入社会。笔者通过查阅大量相关文献资料，发现单一的运动康复疗法不能够满足患者的康复需求。建议运动康复疗法联合其他常规的康复治疗方法作为研究方向，进行扩大样本量深入研究。