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無明顯認知障礙的終末期腎病患者腦改變:多模態(tài)磁共振成像研究

發(fā)布時間:2020-08-22 03:00
【摘要】:第一章無明顯認知障礙的終末期腎病患者腦局部一致性改變:靜息態(tài)功能磁共振成像研究目的:應(yīng)用靜息態(tài)功能磁共振成像(fMRI)區(qū)域同質(zhì)化研究計算方法前瞻性地研究和檢測無明顯認知障礙的終末期腎病(ESRD)患者的早期顱腦局部一致性(ReHo)值的改變。材料與方法:2013年9月至2014年9月期間,在廣東省第二人民醫(yī)院腎移植科招募31例終末期腎病患者(男24例,女7例)和31例年齡及受教育程度較匹配的正常對照被試(男21例,女10例)行腦靜息態(tài)血氧水平依賴功能磁共振檢查,31例終末期腎病患者平均年齡為39.9±9.6歲(24-61),受教育時間11.8±3.3年(3~16年)。31例正常對照被試平均年齡為42.7±8.5歲(26-61歲),受教育時間10.8±2.8年(6-16年)。所有研究對象均得到南方醫(yī)科大學心理健康學會倫理調(diào)查研究委員會批準,并簽署了知情同意書。所有研究對象均無任何精神疾病或重要神經(jīng)系統(tǒng)疾病(如:嚴重大腦損傷,中風,癲癇或明顯的病灶);缺血疾病包括急性缺血性腦血管疾病、急性外周動脈閉塞、晚期肝衰竭或心衰竭;心電圖測定無癥狀冠狀動脈缺血;糖尿病病史;藥物濫用包括藥物成癮、酗酒及吸煙史。所有被試均為右利手。此次研究,所有的患者在磁共振掃描進行了神經(jīng)心理測試包括一個簡易智能狀態(tài)量表(MMSE)且分數(shù)大于等于28,以保證他們無明顯認知障礙。應(yīng)用飛利浦雙梯度高場強(1.5T超導(dǎo)型)磁共振掃描儀進行腦靜息態(tài)功能磁共振掃描,信號接收線圈為16通道頭頸(NV)線圈。首先采集兩個常規(guī)成像序列包括T1WI序列和T2-FLAIR序列,來篩查臨床上的靜息病灶。靜息態(tài)腦功能數(shù)據(jù)采集采用GRE-EPI序列,TR/TE=3000/50ms,平行于前后聯(lián)合的軸位33層,層厚為4.5mm,無層間距,分辨率128×128,視野230×230 mm2,共得到240個動態(tài),靜息態(tài)腦功能掃描時間為8分鐘。借助基于Matlab7.6分析軟件平臺的SPM8腦成像處理軟件對靜息態(tài)腦功能磁共振數(shù)據(jù)進行預(yù)處理,具體預(yù)處理步驟包括:①手動去除前十個動態(tài)掃描,防止磁場達到穩(wěn)態(tài)前的一過性信號改變;②時間差異校正(slice timing);③頭動校正(realignment),靜息態(tài)腦功能磁共振掃描過程中被試頭動偏移1;1.0mm的數(shù)據(jù)從本研究中去除;④標準化(normalization)處理:將頭動校正后的數(shù)據(jù)標準化到MNI模板(重采樣的最后分辨率為3x3x3 mm3)并轉(zhuǎn)化到Talairach and Tournoux空間;⑤基于高斯隨機場理論選取半高寬(FWHM)為8的平滑核進行空間平滑。進一步的預(yù)處理及ReHo計算需要借助REST軟件實現(xiàn)。在ReHo值計算前,需要將平滑后的數(shù)據(jù)進行低頻濾過(temporally filterd)和去線性飄移(lineardetrends),并采用0.01-0.08Hz的帶寬以去除高頻噪聲和低頻漂移的影響。接著再應(yīng)用REST軟件來計算每個既定體素的肯德爾和諧系數(shù)(Kendall's coefficient concordance, KCC)值,最后可獲得每個個體的KCC圖。將單個體素的KCC值除以全腦平均KCC值就生成了標準化的ReHo圖。基于SPSS13.0統(tǒng)計軟件包應(yīng)用雙獨立樣本t檢驗統(tǒng)計分析終末期腎病患者和正常對照組間的頭動、年齡、頭動、受教育年限的差異,P0.05認為有統(tǒng)計學意義;赗EST工具包,應(yīng)用SPM8軟件,分別對兩組被試ReHo統(tǒng)計腦圖進行隨機效應(yīng)分析,具體統(tǒng)計方法包括兩組被試的單樣本t檢驗分析及兩組被試之間比較的兩樣本t檢驗分析,所得結(jié)果再進行多重比較驗證以降低假陽性率。P0.05(多重比較校正)認為有統(tǒng)計學意義。多重比較校正采用閾值校正的方法,通過REST軟件里面的AlphaSim程序完成。應(yīng)用Spearman相關(guān)分析評估ReHo值與MMSE分數(shù)、透析時間之間的關(guān)系。采用Xjview8.1軟件(www.alivelearn.net/xjview)和REST軟件來顯示結(jié)果。結(jié)果:(1)與對照組相比,ESRD病人組左側(cè)額中回、雙側(cè)顳上回及的顳中回ReHo值增高。(P0.05,多重比較校正)(2)與對照組相比,ESRD病人組顯示右側(cè)顳中回皮層的ReHo值明顯減低。(P0.05,多重比較校正)(3) ESRD病人組與正常對照組的MMSE得分均為正常(≥28),且兩組間MMSE分值無統(tǒng)計學差異(P0.05); ESRD組的ReHo值改變與透析時間沒有顯著的相關(guān)性。(P0.05,多重比較校正)結(jié)論:我們的研究發(fā)現(xiàn)ESRD患者顱腦異常活動主要分布于與記憶(顳葉)、認知功能(額葉)相關(guān)的腦區(qū),此外這些腦區(qū)也是默認網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分。這些腦區(qū)自發(fā)性神經(jīng)元的異;顒訛檠芯縀SRD患者認知障礙潛在的神經(jīng)機制提供了客觀依據(jù),同時也證實了功能磁共振局部一致性研究方法是檢測ESRD患者潛在認知損害的早期腦改變的一種有價值的非侵入性的成像技術(shù)。第二章 無明顯認知障礙終末期腎病患者腦結(jié)構(gòu)及功能的改變:基于體素的腦灰質(zhì)形態(tài)及默認網(wǎng)絡(luò)靜息態(tài)功能連接研究目的:應(yīng)用靜息態(tài)功能磁共振成像(fMRI)基于體素腦形態(tài)學分析法及基于種子點功能連接法前瞻性地研究和檢測無明顯認知障礙的終末期腎病(ESRD)患者的顱腦結(jié)構(gòu)及功能損害的早期證據(jù)材料與方法:所有的研究被試、納入及排除標準納入及排除標準同第一部分。將所有被試原始數(shù)據(jù)導(dǎo)入個人電腦工作站,采用MRIcro軟件將原始DICOM格式圖形轉(zhuǎn)化成為NIfTI文件格式,然后用SPM8軟件包以及VBM8工具包進行結(jié)構(gòu)像的分析。主要步驟包括:(1)以前聯(lián)合為坐標原點,手動調(diào)整所有被試的的原始圖像;(2)將所有調(diào)整后的原始結(jié)構(gòu)圖像進行一次分割,再導(dǎo)入DARTEL內(nèi)運算獲得每一個個體的灰質(zhì)圖像;(3)應(yīng)用這些分割后的灰質(zhì)圖像,在DARTEL內(nèi)制作灰質(zhì)模板;(4)圖像標準化:(5)將灰質(zhì)密度圖像進行Jacobian參數(shù)校正;(6)圖像平滑;(7)空間轉(zhuǎn)化,應(yīng)用SPM8軟件對空間轉(zhuǎn)化后的MRI圖像進行數(shù)據(jù)分析后,將灰質(zhì)體積減少的腦區(qū)疊加到結(jié)構(gòu)圖像上,并用不同的顏色顯示出來。在上述圖像處理的過程中,我們可同時自動得到全腦室的容積、全腦白質(zhì)及全腦灰質(zhì)體積。應(yīng)用SPM8對所有被試功能圖像進行預(yù)處理,接著我們應(yīng)用一種基于種子點功能連接方法分析預(yù)處理圖像,首先在VBM及ReHo的基礎(chǔ)上定義了六個種子點,通過平均種子點區(qū)域內(nèi)所有體素(voxels)的時間序列我們可以得到每一個種子點的參考時間序列,接著每一個時間序列進行時域的帶通濾波(0.01-0.08Hz)。然后基于Pearson相關(guān)法將種子區(qū)的時間序列和全腦的每個體素的時間序列進行相關(guān),并將得到的每一個像素的相關(guān)系數(shù),并通過Fisher轉(zhuǎn)換產(chǎn)生接近于正態(tài)分布相關(guān)系數(shù)。最后應(yīng)用SPM8軟件,分別對兩組被試VBM結(jié)果進行隨機效應(yīng)分析,包括兩組被試的單樣本t檢驗分析及兩組被試之間比較的兩樣本t檢驗分析,結(jié)果進行多重比較以降低假陽性率。P0.05(多重比較校正)認為有統(tǒng)計學意義。結(jié)果:(1)正常對照組相比,ESRD患者在多個皮質(zhì)和皮質(zhì)下區(qū)域出現(xiàn)了灰質(zhì)萎縮,這些結(jié)構(gòu)包括雙側(cè)前額葉(眶回皮質(zhì))、雙側(cè)背外側(cè)前額葉皮層、前扣帶、顳上回、顳中回、舌回、海馬回、殼核、尾狀核、島葉(P0.05,已校正)。(2)當基于雙側(cè)前額葉皮質(zhì)眶回為種子點時,ESRD患者表現(xiàn)出降低的功能連接在雙側(cè)小腦后部、右背外側(cè)前額葉皮層、雙側(cè)前扣帶回,表現(xiàn)出增強的功能連接在雙側(cè)前額葉皮質(zhì)眶額回、雙側(cè)頂上小葉;當基于左背外側(cè)前額葉皮層為種子點時,ESRD患者表現(xiàn)出增強的功能連接在顳上回;當基于右背外側(cè)前額葉皮層為種子點時,ESRD患者表現(xiàn)出降低的功能連接在雙側(cè)小腦后部、左側(cè)顳下回及右背外側(cè)前額葉皮層,表現(xiàn)出增強的功能連接在雙側(cè)前額葉皮質(zhì)眶額回、左側(cè)的中央后回;當基于左側(cè)顳中回為種子點時,ESRD患者變現(xiàn)出增強的功能連接在右額上回中部;當基于后扣帶回為種子點時,ESRD患者表現(xiàn)出降低的功能連接在左側(cè)顳中回、右側(cè)前扣帶回、雙側(cè)的額上回中部;當基于腹內(nèi)側(cè)前額葉皮層為種子點時,ESRD組僅出現(xiàn)右側(cè)丘腦區(qū)功能連接顯著降低。(3) ESRD患者異常的功能連接與其透析時間及臨床實驗室檢查(血鈣、血鉀、血紅蛋白、血肌酐、血尿素氮)無明顯相關(guān)。結(jié)論:應(yīng)用形態(tài)學分析及靜息態(tài)功能連接分析方法,我們觀察到無明顯認知障礙的ESRD患者結(jié)構(gòu)及功能改變。這些變化指出無明顯認知障礙ESRD在常規(guī)透析治療后會導(dǎo)致腦灰質(zhì)結(jié)構(gòu)方面的改變,且進一步影響腦區(qū)間的功能連接。第三章無明顯認知障礙終末期腎病患者大腦功能網(wǎng)絡(luò)拓撲特性的研究目的:1、利用高分辨磁共振檢查技術(shù)及腦功能小世界網(wǎng)絡(luò)圖論分析方法探討無明顯認知障礙的終末期腎病患者腦網(wǎng)絡(luò)拓撲屬性的改變情況。2、探討無明顯認知障礙的終末期腎病患者腦網(wǎng)絡(luò)拓撲屬性的改變與其認知功能改變、腎功能功能損害及透析時間之間的關(guān)系。材料與方法:本研究納入了22個ESRD患者(男16例,女6例)和29個年齡以及性別匹配的健康對照組(男19例,女10例)的靜息態(tài)功能MRI數(shù)據(jù)。22例終末期腎病患者平均年齡為38±10.5歲(18-61),受教育時間11.4±3.3年(4-16年)。29例正常對照被試平均年齡為42.1±8.4歲(28-61歲),受教育時間12.5±3.4年(6-19年)。所有研究對象均得到南方醫(yī)科大學心理健康學會倫理調(diào)查研究委員會批準,并簽署了知情同意書。對所有ESRD患者行MMSE評分,并完善相關(guān)實驗室檢查(包括血肌酐、血尿素氮、血K+、血Ca+、血紅蛋白、膽固醇)。所有被試均為右利手,所有排除標準均同第一部分。儀器設(shè)備同第一部分,通過獲取常規(guī)成像序列包括T1加權(quán)和T2-FLAIR成像,探查臨床上靜息態(tài)病灶。靜息態(tài)腦功能數(shù)據(jù)采集采用GRE-EPI序列,TR/TE=3000/50ms,平行于前后聯(lián)合的軸位22層,層厚/層間距為4.5/0mm,分辨率128×128,視野230×230 mm2,240個動態(tài);采用3D快速場回波序列(FFE)進行高分辨T1加權(quán)像采集,具體掃描參數(shù)如下:25/4.1ms(TR/TE),30°翻轉(zhuǎn)角,層厚/層間距為1/0 mm,矩陣256×256,視野230×230 mm2,平行于正中矢狀面進行全腦采集。數(shù)據(jù)預(yù)處理使用了spm8軟件包(http://www.fil.ion.ucl.a.uk/spm/software/spmβ/)。我們首先刪除了前10個時間點的數(shù)據(jù)以保證被試對MRI環(huán)境的適應(yīng),同時防止磁場達到穩(wěn)態(tài)前出現(xiàn)一過性異常信號。接著將剩下的數(shù)據(jù)進行時間差異校正和頭動效應(yīng)校正。最后所有校正后的數(shù)據(jù)被配準到蒙特利爾神經(jīng)研究所(MNI)標準空間,并進一步進行了帶通濾波(0.01-0.1Hz)和去除線性趨勢。這里,我們將六個頭動參數(shù)、全局信號、白質(zhì)、腦脊液以及這些信號的一階差分作為協(xié)變量從每個體素時間序列回歸掉。整個大腦功能網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建是通過將整個大腦分為1024個區(qū)域,然后計算兩兩區(qū)域間自發(fā)的低頻神經(jīng)活動信號之間的相關(guān)性而得到。功能腦網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點為模板中1024個腦區(qū),網(wǎng)絡(luò)中的連接為各個腦區(qū)之間的平均時間序列的皮爾森相關(guān)系數(shù)。為了去除掉網(wǎng)絡(luò)節(jié)點間的虛假連接,我們對每個相關(guān)矩陣進行閾值處理,只有那些很顯著的連接(P 0.05, Bonferroni校正)被保留了下來,皮爾森相關(guān)系數(shù)代表的就是這些連結(jié)強度。然后,我們從全局和局部水平分析了構(gòu)建的大腦網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)屬性。我們計算了全腦網(wǎng)絡(luò)的四個全局參數(shù)(全局效率Eglob,局部效率Eloc,標準化的全局效率Eglob,標準化的局部效率Eloc)和一個局部參數(shù)(節(jié)點效率,Ei-lob);其次,將整個全腦網(wǎng)絡(luò)分為四個模塊,這四個模塊分別是默認網(wǎng)絡(luò)(Default Mode network, DMN),執(zhí)行控制網(wǎng)絡(luò) (executive control network, ECN),感覺運動網(wǎng)絡(luò)(Sensorimotor Network, SMN),視覺網(wǎng)絡(luò)(Visual Network, VN);根據(jù)劃分的模塊,我們分析計算了模塊內(nèi)部及模塊之間的功能連接情況及每個模塊的網(wǎng)絡(luò)屬性;最后,我們計算了全腦網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)以及每個模塊的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)與臨床生化指標的關(guān)系包括網(wǎng)絡(luò)局部效率、全局效率、模塊性。結(jié)果:1、ESRD患者及正常對照組的腦網(wǎng)絡(luò)均具有小世界性,但在全腦網(wǎng)絡(luò)屬性上,ESRD患者的全局效率Eglob,局部效率Eloc以及標準化的全局效率Eglob,均明顯低于正常對照組(P0.05)。2、局部參數(shù)Ei-glob方面的研究中,ESRD患者DMN中的一些腦區(qū)及VN中的一些腦區(qū)節(jié)點效率明顯低于正常人(P0.05),這些腦區(qū)主要位于雙側(cè)顳中下回、雙側(cè)額中回、內(nèi)側(cè)前額葉皮層、后扣帶回、楔前葉、頂上小葉及輔助運動區(qū)、枕下回區(qū)域。此外,模塊屬性的研究結(jié)果指出在四個模塊DMN、ECN、SMN、VN網(wǎng)絡(luò)中,ESRD患者的局部效率Eloc值、全局效率Eglob值及標準化的全局效率Eglob值均顯著低于正常對照組(P0.05)。同時模塊的功能連接的研究結(jié)果表明,兩組之間各個模塊之間的功能連接均不存在顯著的差異(P0.05):兩組之間默認網(wǎng)絡(luò)模塊內(nèi)的功能連接存在明顯差異,ESRD組DMN內(nèi)的功能連接較正常組明顯下降(P0.05)。3、ESRD患者腦功能網(wǎng)絡(luò)異常的拓撲屬性與血紅蛋白正性相關(guān)(P0.05),我們發(fā)現(xiàn)僅有感覺運動網(wǎng)絡(luò)(SMN)模塊的局部效率(Eloc)和全局效率(Eglob)與血紅蛋白濃度成明顯的正相關(guān)關(guān)系,而其標準化的局部效率(Eloc)呈現(xiàn)出與血紅蛋白濃度負相關(guān)關(guān)系(P0.05)。結(jié)論:ESRD患者不僅局部腦神經(jīng)活動存在改變,大腦功能連接的模式也存在改變,提示ESRD患者在功能整合方面也存在一定的缺陷,同時,我們的研究的另一個重要發(fā)現(xiàn)是默認網(wǎng)絡(luò)在終末期腎病患者的神經(jīng)活動改變中占有重要的地位,這些發(fā)現(xiàn)為進一步研究慢性腎病進展中大腦功能的改變的神經(jīng)生理機制提供了早期影像學證據(jù)。
【學位授予單位】:南方醫(yī)科大學
【學位級別】:博士
【學位授予年份】:2015
【分類號】:R692;R445.2
【圖文】:

界面圖,軟件操作,數(shù)據(jù)處理,界面


Fig邋1-2邋DPARSF邋data邋processing邋SO行邋fonhe邋restinTB邋State邋fM民I逡逑R}D0計算采用REST軟件進程同W往報道一致[6’40’"]。W往研究刖表明逡逑fMRI所檢測到的信號實際上就是空間上相互化鄰的多個體素,也是神經(jīng)元的活逡逑動區(qū)域。而民eHo的計算也是基于這樣一種假設(shè),即MRI信號中所提取的體素逡逑與其冊鄰的體素間存在著一過性的相似性,這些具有暫時相關(guān)的體素在同一時間逡逑序列中會呈現(xiàn)一致的變化,或者說它們存在著一種局部一致性。這種一致性我逡逑們可tU用肯德爾和諧系數(shù)(Kendairs邋coefficient邋concordance,邋KCC)來表不,當逡逑KCC值就賦于此體素來計算同一序列中的局部一致性是,其值的范圍從0至1(如逡逑計算公式1-1)這里的W即為既定體素的KCC值,范圍在0至1之間,該體素與其逡逑6逡逑

正常范圍,相關(guān)分析,雙側(cè),病例


尿素水平為17^±8.1mmol/L邋(表^1)。與正常對照組相比,ESRD患者左側(cè)額逡逑葉內(nèi)側(cè)回及雙側(cè)顛上回ReHo值明顯增高,右側(cè)榦中回ReHo值顯著減低(表1-2,逡逑圖1-4)。Pearson相關(guān)分析結(jié)果顯示ESRD組的ReHo值與透析時間沒有顯著相逡逑關(guān)性。病例組和對照組間的MMSE得分沒有顯著差異,所有被試的MMSE得分逡逑均為正常范圍(>28)。逡逑8逡逑

功能連接,種子點,冷色,額上回


ii曑;刪逡逑^WMI逡逑圖2-2兩組基于減少的灰質(zhì)體積為種子點的功能連接分析,功能連接增強的區(qū)域顯示為媛逡逑色,功能連接降低的區(qū)域顯示為冷色逡逑Fig2-2邋Between-Group邋seed-based邋扣nctional邋connectivity邋a打alysis邋wi化邋reduced邋gray邋ma打er逡逑volume邋for邋ESRD邋Patients邋and邋Controls.邋Enhanced邋ftmctional邋connectivityis邋warm邋colors,逡逑decreased邋functional邋connectivity邋is邋cool邋colors.逡逑33逡逑

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1 記者 胡德榮;上海終末期腎病患者半數(shù)為中青年[N];健康報;2012年

2 通訊員 何發(fā)斌 劉婭 記者 劉平安;四川安縣農(nóng)村透析者每月負擔不足千元[N];健康報;2012年

3 記者 孫夢;衛(wèi)生部推廣終末期腎病腹透治療[N];健康報;2011年

4 特約記者 朱海東;湖北終末期腎病參合患者血透可報銷[N];健康報;2011年

5 記者 胡芳;腹膜透析療法是亞洲地區(qū)終末期腎病患者的優(yōu)選[N];中國醫(yī)藥報;2009年

6 本報記者 姚雪青 王君平;大病保障正在加快完善[N];人民日報;2013年

7 本報記者 姚雪青 白劍鋒;自制透析室 其實不稀奇[N];人民日報;2014年

相關(guān)博士學位論文 前3條

1 馬曉芬;無明顯認知障礙的終末期腎病患者腦改變:多模態(tài)磁共振成像研究[D];南方醫(yī)科大學;2015年

2 崔舜;終末期腎病焦磷酸鹽代謝與骨礦代謝紊亂相關(guān)性的研究[D];華中科技大學;2007年

3 姚曦;浙江省終末期腎病患者流行病學調(diào)查及死亡風險預(yù)測模型構(gòu)建[D];浙江大學;2015年

相關(guān)碩士學位論文 前10條

1 黃蓮;血液透析對2型糖尿病終末期腎病患者糖代謝的影響[D];福建醫(yī)科大學;2015年

2 陳虹宇;終末期腎病患者疾病直接經(jīng)濟負擔調(diào)查研究[D];廣州中醫(yī)藥大學;2010年

3 陳宇航;731例新發(fā)終末期腎病病因分析[D];汕頭大學;2011年

4 郭洋洋;終末期腎病吸煙患者對全段甲狀旁腺激素與左心室重塑的影響[D];河北醫(yī)科大學;2012年

5 姚美英;終末期腎病患者透析延遲現(xiàn)狀及影響因素分析[D];山東大學;2014年

6 盧新星;終末期腎病血透患者的抑郁癥與生存質(zhì)量各個維度之間相關(guān)性的研究[D];中國醫(yī)科大學;2010年

7 汪剛;終末期腎病患者睡眠呼吸暫停綜合征的流行病學研究[D];第二軍醫(yī)大學;2007年

8 江興華;終末期腎病患者地氟醚半數(shù)蘇醒肺泡有效濃度的變化[D];中南大學;2008年

9 張明;維生素B_(12)和葉酸對終末期腎病病人高同型半胱氨酸血癥的治療作用[D];第一軍醫(yī)大學;2001年

10 張艷;終末期腎病維持型血液透析患者治療依從性量表的編制[D];中南大學;2012年



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