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数字化医学影像技术的进展分析
随着科技社会水平的不断发展,计算机数字技术有了长足的进步和广泛的应用.将数字技术和临床医学结合起来的数字化医学,丰富了临床技术手段,为临床诊断工作高效性提供了扎实的工作基础.随着社会科技水平和医学技术的不断快速发展,诊断手段也日益更新,如结合分子生物学的现代分子影像学.本文结合文献和影像手段的现状、进展,对分析不足提出了可行性建议,强调了超声技术的发展现状和未来展望.
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骶骨次全切除术后骨盆有限元模型的建立及验证
背景:由于位置较深以及复杂的结构,目前对于骶髂关节的生物力学的了解并不全面,而对于该部位重建方式的生物力学研究则更少.目的:建立高位骶骨切除术后的骨盆有限元模型,并进行有效性验证,为骶髂关节重建方式的有限元评价提供平台.时间及地点2008-01/03存解放军第二军医大学长海医院骨科实验室完成了三维有限元模型的建立与验证.材料:调取非腰椎、骨盆病变的成年男性骨盆CT扫描图像,扫捕范围从下腰椎至坐骨结节,共有DICOM格式的CT图像132幅.方法:分别构建完整骨盆和经S1>神经孔上缘水平施行骶骨次全切除术后的缺损骨盆的三维有限元模型.模拟Hugate等的生物力学实验情况,对完整骨盆模型施加3 000 N,对缺损骨盆模型施加1 000 N的垂直载荷进行计算,得到相应的位移和刚度,然后再与文献中的结果:进行比较.主要观察指标:选择L5>的大下沉何移(U3)以及由此计算得到的刚度作为评价骶髂关节的稳定性的指标.结果:完整和缺损骨盆模型中L5>的大下沉何移分别为7.99 mm和7.68 mm,由此计算得到的刚度分别为375 N/mm和130N/mm;文献中相应工况下的骨盆位移分别为(10.73±5.10)mm和(11.71±5.74)mm,刚度分别为(353±231)N/mm和(101±49)N/mm.结论:成功建立了保留骶髂关节活动的骶骨次全切除术后骨盆的有限元模型,计算结果:与文献中报道的结果:较好地吻合.可认为有效,能够用于各种骶髂关节重建方式的有限元评价.
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超顺性氧化铁在细胞内外对磁共振信号的影响
背景:目前关于超顺磁性氧化铁在进行细胞标记和作为网状内皮细胞系统特异性对比剂时对周围质子驰豫时间影响的报道差异较大.目的:验证超顺磁性氧化铁在细胞内外对磁共振信号的影响有否差异,以选择佳的磁共振扫描方法.设计、时间及地点:对比观察,细胞成像实验,于2006-06/2007-01在川北医学院附属医院医学影像研究所和风湿免疫研究所完成.材料:超顺磁性氧化铁采用Resovist(SHU555A),由德国先灵公司惠赠.将大鼠骨髓基质干细胞用铁质量浓度分别为0,4.2,8.4,21,42,84 mg/L的氧化铁-多聚赖氨酸复合物标记.方法:应用GE Signa EXCITE 1.5T MR扫描仪对19只含不同质量浓度超顺磁性氧化铁的EP管及不同质量浓度铁标记后的磁标记细胞悬液进行体外MR成像. 主要观察指标:超顺磁性氧化铁在不同磁共振序列上随质量浓度改变其信号改变的规律;低质量浓度时细胞内外超顺磁性氧化铁对磁共振信号影响的差异.结果:①在细胞外:T1WI信号强度随超顺磁性氧化铁质量浓度的增加先升高后降低,在T2WI上随质量浓度的增加信号降低,在低质量浓度时,T1WI及T2*WI较T2WI更敏感,以T2*WI敏感(P < 0.05).②在细胞内:MR信号强度随培养液中铁质量浓度的增加而增加,在FSE T1WI,铁质量浓度≤ 21 mg/L时,各组间信号强度没有显著性差异,当质量浓度为42 mg/L和84 mg/L时信号强度较对照组明显升高(P < 0.05).在FSPGR T1WI,当铁质量浓度≥ 8.4 mg/L时,各管信号强度明显高于对照管(P < 0.05).在FSE T2WI及GRE T2*WI上,当质量浓度为4.2 mg/L时,信号强度较对照管信号强度明显降低(P < 0.05),且T2*WI信号降低较T2WI明显(P < 0.05).结论:低质量浓度的超顺磁性氧化铁在细胞内外对MR信号的影响是不同的,T2*WI为检测超顺磁性氧化铁较敏感而特异的序列.
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体外充电植入式人工心脏起搏器的设计
背景:人工心脏起搏器长期植入人体,使用寿命至关重要,目前尚没有可充电的植入式人工心脏起搏器问世.目的:探讨植入式人工心脏起搏器体外充电技术,以期降低人工心脏起搏器寿命对电池能量的依赖.方法:利用某种对人体无创、无害的介质,把体外能量隔离传输给植入体内的接收转换装置,进而对人工心脏起搏器可充电电池的能量给予补充,以延长使用寿命.结果与结论:试制了可充电人工心脏起搏器实验样机,完成了一期动物实验,同时以超声波为能量传输载体进行了隔离无创充电试验,对相关技术做了探讨.
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彩色多普勒和经颅多普勒对椎动脉型颈椎病牵引治疗效果的评价
背景:适宜方向、角度的牵引对于椎动脉型颈椎病疗效显著.选择性血管造影被公认为是确定血管疾病的"金标准",核磁共振血管造影虽为无创性检查,却存在检查时间较长、易受人为因素影响、具有一定侵袭性等不足.目的:通过彩色多普勒和经颅多普勒加转颈试验,对不同牵引方向和牵引角度治疗前后椎动脉型颈椎病患者血流参数变化进行比较分析.方法:选择椎动脉型颈椎病患者240例,根据解剖学角度按病变部位(上颈段病变、下颈段病变、混合型)和牵引方式、角度(坐位前倾分1°～10°、11°～20°、21°～30°组,坐位后伸1°～10°、11°～20.、21°～30°组,坐位中立位组)分组,以局部按摩为对照组.通过彩色多普勒加转颈试验检测治疗前后椎动脉窄部位血管内径、收缩期峰值速度、平均血流速度.通过经颅多普勒加转颈试验测量治疗前后左、右椎动脉和基底动脉的收缩期峰值血流速度、平均血流速度等血流参数,并进行比较分析.结果与结论:①根据解剖部位确立了椎动脉型颈椎病的类型.椎动脉型颈椎病根据病变部位划分为上颈段(C1～C3)、下颈段(C4～C6)和混合型,这从椎骨形态和力学角度等方面为临床牵引治疗提供了指导.②确定了佳牵引角度.即上颈段椎动脉型颈椎病患者坐位后伸11°～20°牵引疗效较好,下颈段椎动脉型颈椎病患者坐位前屈11°～20°牵引疗效较好,混合型椎动脉型颈椎病患者坐位前屈1°～10°疗效较好.③确立了彩色多普勒及经颅多普勒超声检测是指导椎动脉型颈椎病牵引治疗的简便、无创、安全可靠、重复性好的验证手段.
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智能下肢假肢传感器的应用
背景:下肢运动是一种复杂的运动,采用合适的传感器获取人体运动生理信息,成为智能假肢控制的前提.国际上现有的下肢假肢控制信息源为与运动信息有关的物理量,这类信息可以直接反映人体运动的生物力学特性,采集比较简单,非常适合实时控制.现有智能下肢假肢产品根据采用的控制方法不同选择一种或几种传感器测量人体运动信息.目的:研究一种能够采集智能下肢假肢控制所需人体运动信息的传感器系统.方法:对智能下肢假肢带固定式气缸阻尼器的四连杆机械机构进行运动分析,得出四连杆后臂下轴电位计输出信号与膝关节弯曲角度的对应关系,同时,选取合适的霍尔传感器安装位置,解决了其中存在的双值问题.设计了传感器输出信号采集实验,通过跑步机速度调节来保证步行速度安全可控,测量不同步速下脚尖离地时刻膝关节弯曲角度,分析采集结果找到了它们之间的对应关系.结果与结论:脚尖离地时刻膝关节弯曲角度随着步行速度增大而增大,采用二次曲线拟合取得了较好效果.实验结果显示,水平步行状态下,采用电位计和霍尔传感器作为检测手段能够检测下肢假肢的步速,也能区分支撑期和摆动期.
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速度向量成像技术定量评价兔充血性心力衰竭收缩期应变率
背景:超声速度向量成像技术可反映各个方向的心肌及血管壁运动,量化心肌组织及血管壁在多个平面运动的结构力学向量,重复性及准确性高.目的:应用超声速度向量成像技术评价兔充血性心力衰竭形成过程中收缩期应变率变化,提供早期定量评价心力衰竭及心功能分级的数据.设计、时间及地点:自身对照实验,于2007-05/2008-01在重庆医科大学附属儿童医院儿科研究所完成.材料:新西兰纯种大白兔12只,耳缘静脉注射盐酸阿霉素2mg/kg,1次/周,共8周,洗脱4周,制备慢性充血性心力衰竭模型.方法:分别在给药前及给药第4,8,12周末时使用Simens公司的Acuson Sequoia512超声诊断仪,应用超声速度向量成像技术测量每只兔左室各个节段收缩期应变率.超声检测完毕后取左室游离壁心肌做苏木精-伊红染色.主要观察指标:不同时间左室收缩期应变率变化;相同时间不同节段的应变率变化:相同时间基底部、中间部及心尖部应变率变化;建模成功后心肌病理变化.结果:模型兔于给药1周死亡2只,给药第6,7周各死亡1只.随着给药时间增加,左室收缩期应变率数值绝对值逐渐减低(P<0.05),依次为0周>4周>8周>12周;相同时间不同节段的应变率变化不大(P>0.05);相同时间基底部、中间部及心尖部应变率变化差异无显著性意义(P>0.05);苏木精-伊红染色显示建模成功.结论:应用速度向量成像技术可以早期定量诊断心力衰竭及判断心功能.
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可穿戴式多参数监护装置信号处理平台的设计与实现
背景:可穿戴式多参数监护装置具有生理信号检测和处理、信号特征提取和数据传输等基本功能模块,可实现对人体的无创检测、诊断.目的:将信号处理平台运用到对时效性和精确度要求较高的可穿戴式多参数监护装置中,提高ECG信号QRS波检测的检测速度和检定准确率.方法:提出了一种新型可穿戴式多参数监护装置信号处理平台的设计思路,应用TMS320VC5509系列DSP系统实现改进后的LADT压缩算法结合小波变换和阈值检测ECG信号中QRS波的方法.结果与结论:采用硬件DSP的方法显著提高了QRS波检测的速度,其结果可以用于穿戴式多参数监护装置异常心电检测的实际应用.
关键词： 穿戴式多参数监护装置 DSP LADT 小波变换 数字化医学 -
基于逆向工程个性化三维仿生膝关节股骨和胫骨部分的精确建模
膝关节置换后,要求患肢达到负重、伸屈及旋转活动,稳定性好,这就要求假体的几何形状耍与人体相匹配并使其植入后与人体运动规律相一致,才能使假体与周围保留的软组织协调运动,这一切都得依赖于精确的膝关节假体设计与制造.文章利用三维镭射扫描和计算机辅助设计技术对人膝关节进行扫描并对所输出的点云数据进行处理,利用逆向工程软件Geomagic和计算机辅助设计软件UG进行膝关节三维实体模型重建,得到了非常精确的膝关节三维模型.为人体复杂的各类骨关节的三维设计提供了一种新的思路.
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急性心肌梗死后猪血清内皮型一氧化氮合酶的表达:体外低能震波物理能量的影响途径
背景:体外心脏震波治疗通过体外导入心肌的低能震波物理能量,使活体内血管再生因子及其受体表达上调,促进缺血组织的血管新生和加速侧支循环建立,但其具体作用机制尚不完全明确.目的:观察体外心脏震波治疗对急性心肌梗死后猪血清内皮型一氧化氮合酶水平的影响.方法:以冠脉左前降至远端栓塞法制作猪急性心肌梗死模型.造模后以抽签法随机分为2组:实验组于术后1,3,5 d接受3次体外心脏震波治疗,200击,点,共12点,能量为0.09 mJ/mm~2.以单纯心肌梗死为对照组.于术前,术后即刻、1 d、3 d、5 d、1周、2周、3周、4周采用酶联免疫反应方法检测血清内皮型一氧化氮合酶水平.结果与结论:实验组及对照组术后即刻血清内皮型一氧化氮合酶水平均较术前明显减少.实验组术后1 d接受体外心脏震波治疗后内皮型一氧化氮合酶表达开始升高,而对照组内皮型一氧化氮合酶呈下降趋势,说明实验组导入体内的超声波能量在心肌缺血局部产生了正性作用.第3次接受体外心脏震波治疗治疗后内皮型一氧化氮合酶表达达高峰,可持续两三周,第4周下降.对照组内皮型一氧化氮合酶随时间推移逐渐减少,两组间比较差异有非常显著性意义(P＜0.01).结果说明体外心脏震波可通过效地促进内皮型一氧化氮合酶表达治疗急性心肌梗死.
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小波变换在量子点编码识别中的应用
背景:为实现更多种类的量子点编码,量子点的荧光发射峰必定出现重叠,这就造成了量子点编码识别的困难.目的:应用小波变换对重叠峰展开技术,对两种相邻波长量子点的编码进行识别.方法:在显微镜引导下,以375 nm的紫外光激发单个量子点编码微球的荧光光谱,被光纤光谱仪采后,应用小波变换对数据多维展开,然后经过样条函数处理,再通过小波反变换重构波谱展开的光谱.结果与结论:为了使处理数据的长度为2~n,在原始数据进行了插值运算.经过小波变换处理后,峰位置保持不变,能够提取编码荧光光谱的特征值.通过小波变换,混合微球的荧光光谱被展开,能够识别出两种量子点编码,提高了识别的分辨率.通过提高对相邻光谱的编码的识别,量子点编码的颜色必将增加,从而显著丰富编码的信息量.结果提示用小波变换对光谱进行处理后,可以实现对不同波长的荧光展开,提高了识别效率,为实现肿瘤标志物的高通量检测奠定基础.
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动态颈段MRI在脊髓型颈椎病早期诊断中的价值
背景:常规MRI对脊髓型颈椎病的判断往往会出现与症状不一致的现象.可能是因为常规的中立仰卧位静态平扫忽略了在人体中承重和动态下脊髓的器质性改变.目的:评价动态颈段MRI对脊髓型颈椎病早期诊断的价值.设计、时间及地点:病例一对照观察,在广西中医学院第一附属医院进行.参试者:①正常组:正常人10名.②亚健康组:有颈肩部不适但可排除颈椎病的亚健康人20名.③MRI不支持组:有脊髓型颈椎病的症状、体征但常规MRI未见异常者20名.④CSM组:脊髓型颈椎病患者20名.4组受试者性别、年龄有可比性.方法:所有受试者进行JOA评分测定,并拍颈椎正侧位X射线片,进行颈段中立位及动态MRI检测,动态MRI检测体位包括过伸位和过屈位.主要观察指标:①JOA评分.②X射线片中测得的颈椎前凸角、椎管矢径、椎体及椎管矢径比.③颈段中立位及动态MRI中椎管矢径及脊髓矢径与椎管矢径比.④中立位及动态MRI下的脊髓受压呈波浪样压迹或串珠样改变例数.结果:70名受试者均进入结果分析.①MRI不支持组、CSM组患者的JOA评分及颈椎前凸角、椎管矢径、椎体及椎管矢径比均小于正常组和亚健康组(P<0.05).②MRI检测中,所有受试者过伸位椎管矢径小于中立位,而脊髓矢径与椎管矢径比大于中立位(P<0.05).③CSM组动态MRI检测显示脊髓受压呈波浪样压迹或串珠样改变均为阳性结果;正常组均为阴性;MRI不支持组常规MRI均为阴性,而动态MRI检测均为阳性.结论:动态颈段MRI在诊断脊髓型颈椎病中灵敏度高于常规颈段MRI.
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基于灰度投影和阈值自动选取的舌像分割方法
背景:传统的中医舌诊是通过目视观察舌像,凭借医生的临床经验准确诊断疾病,缺乏客观的诊断方法与标准,从而影响了这种诊断方法的有效性.因此,有必要运用计算机视觉等技术,实现舌诊的定量化和客观化.舌体分割是舌象识别诊断系统的前提工作,分割的好坏直接关系着后续工作的成败.目前已经提出的舌体分割方法很多,但是得到的结果很难保证准确性,而且算法的抗干扰能力很差.目的:旨在设计一种新的舌像分割方法,能够有效地分离出舌体部分.方法:针对舌图像的灰度和颜色特点,提出了一种基于灰度直方图投影和阈值自动选取相结合的舌图像分割方法,首先对舌像的亮度灰度图像分别进行水平和垂直方向的灰度投影,以确定舌体所在的区域,然后采用自动选取阈值的Otsu法,对该区域进行分割.结果与结论:舌体图像的准确分割对于舌诊的数字化实现是很重要的.281幅舌像的实验结果证明了该算法的有效性.
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医学图像的零树小波编码
背景:医学数字图像必须是高质量的、高分辨率,所以数据量很大,如此巨大的数据量不利于图像存档与传输系统的运行和数字化医院、远程医疗的实现.因此,图像压缩成为图像存档与传输系统要解决的重要问题.目的:分析零树小波变编码算法原理并编程实现对医学数字图像的压缩,使之能够满足医学图像的传输和诊断要求.方法:应用嵌入式零树小波编码算法,探讨小波基和小波变换层数的选择,编程实现对医学数字图像的压缩.结果与结论:选择双正交小波基对医学图像进行4层小波变换实现压缩,获得了较高的峰值信噪比,取得了较好的压缩效果.
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以函数为描述方式观察实验动物臂丛神经的应力松弛特性
背景:臂丛神经损伤缝合吻接有必要了解臂丛神经应力松弛力学特性.以往的研究多以臂丛神经的单项拉伸力学性质研究居多,关于臂从神经应力松弛、蠕变黏弹性力学性质的报道较少.目的:以函数为描述方式观察分析实验动物臂从神经的应力松弛力学特性,为临床提供实验参数.设计、时间与地点:以函数为描述方式的单因素观察性实验,于2007-03-01/10在吉林大学力学实验中心完成.材料:雄性6月龄SD大鼠由长春市高新医学动物实验中心提供.方法:在日本岛津电子万能试验机上对大鼠臂丛神经进行应力松弛实验,应变增加速度为1%/s,设定时间为7200s,采集100个实验数据,以一元线性回归分析的方法处理实验数据.主要观察指标:应力松弛数据和曲线,应力与时间的变化规律.结果:实验动物臂丛神经试样7 200 s应力松弛量为0.316 MPa.应力松弛曲线是以对数关系变化的,应力松弛初600 s变化较快,之后应力缓慢下降,达到7 200s曲线基本平衡.结论:应力松弛曲线是以对数关系变化的,臂从神经具有黏弹性力学特性.
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应用 Twin-block矫治器后Ⅱ类错(牙合)患者面型突度软硬组织的改变
背景:国内外研究证实Twin-block矫治器不仅能有效地改变硬组织,还能有效地改变软组织侧貌,那么在软硬组织的改变间是否存在一定的关系和规律呢?目的:评价分析Twin-block功能矫治前后面型突度软硬组织的改变,并与自然生长组面型突度的改变进行对比.方法:选择Hagg手腕骨片为FG-G期的安氏Ⅱ类1分类下颌后缩患者31例,其中以接受Twin-block功能矫治的Ⅱ类错(牙合)患者17例作为实验组,以放弃正畸治疗的Ⅱ类错(牙合)患者14例为对照组,分别在治疗前后拍摄头颅侧位片.比较Twin-block功能矫治前后和自然生长前后侧位片面型突度软硬组织的改变.应用无常量的一元线性回归方程,分析软硬组织改变量的线性关系,并对Twin-block组和自然生长组的数学回归方程进行对比分析.结果与结论:发现在Twin-block治疗前后,上下齿槽座相对于鼻、颏位置的改变与上下唇凹点相对于鼻、颏位置的改变具有显著相关性,即A-E改变量与Ss-E改变量、B-E改变量与Si-E改变量,具有线性相关性,其中Si-E改变量与B-E改变量相关系数Pearson=0.839大,说明二者的相关程度好.对照组2对标志点无线性关系.通过统计分析得到Twin-block治疗前后面型突度软硬组织改变量关系的线性方程:Si-E=0.745 B-E,Ss-E=0.276 A-E.线性方程不仅有助于解释Twion-block矫治促进下颌骨生长的同时,安氏Ⅱ类1分类下颌后缩患者的面型突度也随之发生明显的临床观察结果,而且有助于预测Twin-block矫治器面型突度的改变.
关键词： Ⅱ类错(牙合) Twin-block矫治器 软硬组织改变 线性关系 数字化医学 -
以Photoshop 8.0图像处理软件定点测量不同骨面型错(牙合)Beta角:乌鲁木齐地区262例患者数据
背景:Beta角是一种新的反映颌骨矢状关系的测量指标,已开始被临床医生所应用.但目前很多医院还应用手工描绘测量,未采用专业测量软件.目的:对乌鲁木齐地区不同骨面型错(牙台)畸形的X射线Beta角头影测量结果进行分析,以期为临床应用提供数据,并验证Photoshop 图像处理软性测量Beta角的可行性.设计、时间及地点:观察性实验,测量设计,于2006-07/2009-05在新疆医科大学第一附属医院口腔正畸科完成.对象:乌鲁木齐地区错(牙合)患者262例,其中男94例,女168例.骨面型分组:骨性Ⅰ类119例,骨性Ⅱ类74例,骨性Ⅲ类69例.方法:拍摄X射线头颅定位侧位片扫描存储,运用Photoshop 8.0图像处理软件定点测量Beta角,对性别、骨面型的测量结果分别进行单因素方差分析及组间t检验.主要观察指标:男、女性Beta角,Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ类骨面型Beta角.结果:Beta角在性别间差异无显著性意义(P>0.05).Ⅰ类骨面型Beta角为(34.15±3.88)°,Ⅱ类骨面型Beta角为(26.42±2.65)°,Ⅲ类骨面型Beta角为(42.41±1.88)°,Beta角在不同骨面型组间差异具有显著性意义(P<0.01).结论:Beta角可作为矢状关系的评价指标,乌鲁木齐地区汉族Ⅰ类骨面型人群Beta角参考范围为30～38°.Photoshop 8.0图像处理软件可作为X射线头影测量的另一种手段.
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医院急诊病房监护中彩色图像分割技术的应用
背景:传统的急诊病房监护设备识别系统已经落后,不能很好的满足现代急诊监护的需求.目的:提出一种新的应用在医院急诊病房监护设备中的彩色分割技术,将传统的急诊病房监护设备识别系统中加入彩色图像分割的新方法,改善以往的仪表识别系统.方法:在HSI 空间中,利用直方图和色差分析,设定阈值直接提取所需刻度区域.结果与结论:该方法充分利用了仪表的彩色信息,速度快,效果好,错误率小,适合医院急诊病房监护设备的识别分析.
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面部三维特征提取与分类
临床医学中常需要对复杂的面部形态进行三维特征提取,并按照统计学的方法,对多个特征变量进行统计学分析.文章提出了基于逆向工程技术的激光面部三维数据获取与三维特征选取的方法,对30人进行了面部三维数据获取,利用多元统计分析中的聚类分析法对4项面部三维特征进行面部特征统计分析,实现面部特征分类.通过判别分析方法,建立不同类别的特征模型,通过获取待测对象进行三维数据.町判断其所属类型.结果显示通过面部三维特征提取与分类方法,可精确提取面部二维特征,测量精度可达0.02～0.2 mm,并对人脸面部三维特征进行分类与判别分析.该方法可为整形设计、面部瘫痪、脸部外科手术评估、康复研究等临床应用提供新方法.
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基于双谱分析表面肌电信号特征的提取与模式识别
背景:肌电信号在本质上是一种具有非平稳、非高斯特性的生理信号.目前基于高阶累积量的高阶谱技术广泛应用于非高斯、非平稳、非线性等问题.目的:基于非高斯AR参数模型,将双谱分析和fisher线性判别分析方法相结合进行表面肌电信号特征提取.方法:针对表面肌电信号特点,从信号高阶统计处理角度,基于"非高斯AR参数模型"进行双谱分析,提取有效特征,用fisher线性判别分析降维方法构造特征向量,然后利用支持向量机实现不同动作模式的准确分类.并与多种常用表面肌电信号特征的识别准确率进行对比研究.结果与结论:利用多类支持向量机分类器对8种前臂动作进行分类,8种动作的平均识别率达到97.6%以上.通过比较发现,基于短数据的双谱特征在分类性能上优于AR模型系数、小波包系数等构造的特征,能够提高肌电假肢的实时控制的性能.
