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基于药性组合的延缓衰老保健食品设计
目的:针对延缓衰老,提供一种基于药性组合的保健食品设计方法.方法:以延年益寿名方还少丹为原方,基于药性组合模式,用二分图和贪婪算法进行延缓衰老保健食品定性配方设计,基于方剂药性特征,用非线性约束规划优化算法进行延缓衰老保健食品定量设计.结果:经过比较,发现由食物/中药组成的新方为菠萝9％、茯苓7％、胡桃仁30％、李子1％、桑椹14％、核桃13％、桃仁8.5％、香橼8.5％、薤白8％、杏1％,在主要药性定量上与还少丹基本相同,主要药性为温、甘、肝、肾.结论:基于药性组合设计出的延缓衰老保健食品从中医理论和现代药理研究证明了结果的可靠性,为衰老与延缓衰老医学生物学领域的研究提供新的思路.
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基于2D-3D配准的术中腓骨旋转不良检测方法
目的 通常检测腓骨旋转不良的方法是对术中踝关节2D X射线影像做目视评估,但主观判断往往导致结果误差较大;目前公认的准确检测腓骨旋转不良的方法需借助术后3D CT数据,但会为患者引入较大的辐射量.为此,本文提出了一种基于2D-3D配准技术准确识别术中腓骨旋转不良的低剂量、低成本的精准复位腓骨的可行方法,以此验证所提方法的可行性.方法 研究对象为单一腓骨CT数据,初始位置定义为参考位,然后借助Mimics软件对其做不同程度的旋转变换,生成12组腓骨旋转畸形测试位的CT数据,模拟术中腓骨的不同姿态,包括6组腓骨内旋和6组腓骨外旋.测试位腓骨术中C臂图像由投影仿真程序生成.通过将术中C臂图像和参考位CT数据做2D-3D配准来识别这12组测试位相对于参考位的旋转不良程度.得到的结果和金标准比对,从而评估2D-3D配准的准确性;其中,金标准为参考位和12组测试位的3D-3D配准结果.另外,因为与投影轴平行方向检测位移不敏感,故本文用两幅正交位投影的配准结果做补偿.结果 10次测试12组数据配准结果在绕x轴、y轴和z轴旋转的平均角度(及沿3个方向的平均位移)误差分别为1.19°(0.56 mm)、0.72°(0.84 mm)和0.81°(0.65 mm);标准差依次为0.43°(0.38 mm)、0.51°(0.47 mm)和0.58°(0.5 mm);大误差分别是2.13°(1.76 mm)、2.74°(1.90 mm)和2.10°(2.16 mm).结论2D-3D配准方法可为临床腓骨复位提供精度更高的监控工具,其误差远小于目前10°旋转的目测误差.相比于术前CT做手术规划、术后CT做手术评估,本文方法借助术前CT和术中C臂图像不仅可达到准确评估的目的,而且可实现术中动态评估,故其辐射剂量更低,患者医疗成本更低,治疗更及时、更有效.
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一种用于肝癌微波消融空间定位的优化算法
目的：在肝癌微波消融手术前，优化算法可自动计算出佳进针路径，从而保证完全消融肿瘤的同时对正常组织损伤小。本文提出一种基于三维肿瘤图形信息的术前规划的优化算法。方法首先在理论上将微波消融针的消融范围当作一个以进针方向为长轴的椭球体，然后通过不断改变球心位置及进针方向，找出一个可完全包含肿瘤的小消融椭球，后针对椭球形状及不规则肿瘤模型，将计算得到的消融效率作为评判算法优劣的标准。结果对于与消融椭球形状相同的肿瘤模型，消融效率可达99.5%以上，而对于其他肿瘤图形，消融效率取决于其形状及所用消融针类型。结论上述结果证明了本算法的正确性及可行性，且本算法对不同形状的肿瘤及不同类型的微波消融针均适用。
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基于对数域连续小波变换电路的心电图QRS波检测
为满足植入式心脏起搏器之类的医疗设备低功耗、实时处理等应用要求的需要,提出了基于低电压、低功耗对数域连续小波变换电路的心电图QRS波检测方法.为便于用模拟VISI实现小波变换,用混合粒子群算法构造了类高斯一阶导数小波.以平衡式对数域积分器为积木块,设计了用于QRS波检测的连续小波变换电路,该电路由冲激响应为类高斯一阶导数小波函数的反褶及其伸缩的滤波器组构成.由该电路实现心电信号的小波变换,进行QRS波检测.仿真结果表明了该方法的可行性.
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心脏再同步治疗快速优化新算法
目的 提出新的心脏再同步治疗(CRT)优化算法,并验证其合理性.方法 根据心脏电机械偶联原理,将体表心电图和超声心动图指标的数量关系用新公式表述,通过前瞻性随机对照研究比较新算法与现有方法的差异.41例患者随机分为新算法组(21例)及腔内心电图(IEGM)组(20例),每例均分别用新算法、传统超声心动图法及IEGM法优化,即刻比较3种方法的主动脉血流速度时间积分(AVTI)及耗时.然后新算法组采用新算法提供的优化参数,IEGM组采用IEGM法提供的参数并进行远期随访.结果 即刻比较:新算法的AVTI优于IEGM法[(22.32±3.48)cm对(19.22±3.07)cm,P＜0.05],新算法耗时较传统超声心动图法减少[(18.80±3.30) min对(203.81±20.12) min,P＜0.01].随访18个月,新算法组左心室射血分数较IEGM组高[(0.37±0.03)对(0.32±0.04),P＜0.05],血浆脑钠肽水平较IEGM组低[(3245.24±644.56) ng/L对(3636.62±560.98) ng/L,P＜0.05],终点事件发生率较IEGM组低(P=0.045).结论 新算法用于CRT优化准确、快速,具有合理性及临床推广价值.
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多叶准直器参数对调强放疗计划的影响
调强放疗计划的设计和实现需要有逆向优化算法的治疗计划系统及配置多叶准直器的直线加速器,一旦优化得到目标函数值小则每个机架角的通量强度转化成计划实施所需的子野序列.但除目标函数设置外,射野数目和方向、多叶准直器参数等的改变也会影响优化算法,进而影响靶区和邻近正常组织剂量~([1]).
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调强适形放射治疗的剂量学验证
理论上,调强适形放射治疗(intensity modulated radiation therapy,IMRT)与常规放射治疗相比较的优势,一是提高了靶区的剂量,二是减少了周围正常组织或关键器官的照射剂量.IMRT技术与常规放射治疗技术相比远为复杂,逆向计划的优化算法在某些方面还不成熟,放射治疗中还存在众多不确定因素,IMRT实施后的剂量准确与否直接关系到治疗的终结果.虽然远期的治疗结果是检验IMRT计划乃至剂量准确性的金标准,但遗憾的是,至今还没有关于该技术治疗恶性肿瘤长期结果的报道.因此,治疗前的剂量验证仍是确保剂量准确的关键步骤[1,2].笔者拟从技术方面探讨IMRT剂量验证的研究进展.
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调强适形放射治疗计划的优化目标与临床评价
调强适形放射治疗(intensity modulated radiation therapy,IMRT)计划的设计过程非常复杂.在患者的CT图像上勾画靶区和危及器官(organ at risk,OAR)并确定与照射野有关的物理、几何参数后,还需要进行的关键环节主要有:(1)定义优化标准,包括目标函数和约束条件;(2)使用优化算法;(3)临床评价.其中,合理定义优化目标并进行临床评价是IMRT成功的前提.因此,如何定义优化标准以及如何从多个计划中筛选出符合临床要求的计划是IMRT技术中关注的热点问题之一.笔者拟对IMRT计划优化的目标函数类型与计划的临床评价方法的现状做一综述,并在此基础上探浇讨今后的研究趋势[1-4].
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基于改进头脑风暴优化算法的隐马尔可夫模型运动识别
目的 克服隐马尔可夫模型(hidden Markov model,HMM)训练过程中易陷入局部优问题,提高基于HMM的人体运动识别准确率.方法 提出一种基于带差分步长的头脑风暴优化(brain storm optimization with differential step,BSO-DS)算法来改进HMM训练过程的方法,进而利用该方法对实际人体运动视频进行运动识别,并将结果与经典的基于Baum-Welch (BW)算法的HMM识别结果进行比较分析.结果 本文所提方法在解决HMM训练问题时,可以得到更大的log-likelihood值,所得到的HMM可以更好地表达训练数据,其运动识别准确率达到92.2％,较BW算法有较大提升.结论 BSO-DS算法可以有效搜索全局优,更好地解决HMM的训练问题,同时提升了运动识别准确率,为人体运动分析提供了新思路.
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宫颈癌腔内联合组织间插植近距离后装治疗中IPSA和HIPO逆向优化算法的比较分析
目的 比较宫颈癌腔内联合组织间插植三维后装计划中模拟退火逆向优化(IPSA)和混合逆向优化(HIPO)剂量分布的差异,为宫颈癌腔内联合组织间插植后装治疗逆向计划优化方法的选择提供依据.方法 选取2016年12月至2017年5月于河北省沧州中西医结合医院43例宫颈癌患者资料,所有患者原后装治疗计划采用IPSA优化,基于原图像信息,给定同样的初始约束条件,不进行手动优化,直接计算IPSA和HIPO计划,对高危靶区(HR-CTV)剂量体积参数D90、D100、V100％,以及均匀性指数(HI)、适形指数(CI)、危及器官(OAR)(膀胱、直肠和乙状结肠)D2cm3的数据进行评价.结果 两组间HR-CTV的D90、D100以及CI剂量差异无统计学意义(P＞0.05),但HIPO组HR-CTV的V100％为(87.72±0.49)％;HI为(0.51±0.08),明显高于IPSA组的(85.01±0.55)％,HI(0.42±0.06),差异具有统计学意义(t=2.54、3.02,P＜0.05).对于OAR,与IPSA计划相比,HIPO计划中膀胱的D2cm3(3.42 ±0.17)Gy,直肠的D2cm3(3.04±0.37)Gy,明显低于IPSA计划膀胱的D2cm3(3.57±0.28)Gy,直肠的D2cm3(3.21±0.48) Gy,差异具有统计学意义(t=0.27、0.19,P＜0.05).乙状结肠D2cm3剂量两者差异无统计学意义.结论 在宫颈癌腔内联合组织间插植后装治疗中,采用HIPO优化比IPSA优化可以获得更好的靶区HI以及减少膀胱和直肠的受照剂量.
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腔内心电图指导心脏再同步化治疗术后手动优化新算法的研究#
目的：提出新的腔内心电图(IEGM)指导心脏再同步化治疗(CRT)手动优化算法(手动法),并验证其合理性。方法：通过前瞻性自身对照研究比较手动和传统的自动及超声优化的参数及急性血流动力改变,包括房室间期(AV)、室间间期(VV)、主动脉血流速度时间积分(AVTI)。分析三种方法参数的相关性,并以重复测量的方差分析进行多重比较。结果：37例患者均分别采用手动法、自动法及超声法,测每种方法优化后的主动脉血流速度时间积分(AVTI)并统计耗时。结果手动法AV (156.76±52.28) cm,VV(16.76±22.24)cm ,AVTI(20.33±3.55)cm；自动法AV (152.97±53.12)cm,VV(24.05±22.91)cm ,AVTI(18.57±3.34)cm；超声法AV (167.57±46.51)cm,VV(18.92±23.78)cm ,AVTI(24.79±4.15)cm。相关分析示三种方法参数间呈正相关,P<0.05；重复测量的方差分析及多重比较显示：手动法与超声法VV间期差异无统计学意义,P=0.499,其它三种方法两两之间参数差异均有统计学意义,P<0.05。手动法耗时(5.23±1.88)min、自动法耗时(1.98±0.50)min均较超声法耗时(196.44±16.55)min明显减少,P<0.05。结论：新的手动法用于CRT优化具有合理性及临床推广价值。
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一种选择照射弧的自动优化算法
提出剂量斥力、剂量引力的概念,并给出了计算公式.对X刀治疗计划设计中照射弧的选择问题建立了有约束优化的数学模型,提出了在缩减的相空间内依据斥力场和引力场分布,采用模拟退火算法自动选择优照射弧组合的实现方案
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基于样本熵的生物医学信号复杂度分析方法及其优化算法
介绍了样本熵的严格定义,阐述了样本熵的性质及在生物医学信号处理方面的意义.基于样本熵的定义,通过引入二值距离阵,将两向量距离的比较转化成了一系列的逻辑判断,对样本熵的算法进行了优化,提出了一种较为快速实用的样本熵计算方法.该算法减少了计算冗余度,加快了计算速度.后,对样本熵信号复杂度分析方法在中医推拿量化研究领域的应用前景进行了讨论.
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口腔科复诊患者分时段预约诊疗服务序列优化算法
目的:通过优化序列算法,建立分时段预约就诊序列优化模型,有效缩短预约患者的总候诊时间.方法:以上海交通大学医学院附属第九人民医院口腔科预约复诊患者为研究对象,收集该科常见病的诊断名称、治疗牙位和医师花费的诊疗时间.统计后估算每种疾病的平均诊疗时间,参考"平行机"理论模型,依照"诊疗时间短优先服务"规则,优化口腔科预约诊疗序列.结果:预约诊疗顺序优化后患者的总等候时间缩短35.1％.结论:优化序列算法能够优化分时段就诊序列,从而有效缩短患者候诊时间,改善患者就医体验.
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基于分子动力学的后装治疗计划驻留时间优化算法
介绍一种新的基于分子动力学的用于求解驻留时间的优化算法.为了获得后装治疗中驻留时间的优序列,本文对用于放射治疗的基于分子动力学的调强优化算法进行了进一步发展.将投放到参考点的实际剂量与其处方剂量的差值的平方和作为目标函数,同时考虑到后装治疗对驻留时间的特殊要求,引入时间平滑因子的概念,以约束驻留时间的差异,并将其合并到总的目标函数中,在优化过程中予以综合考虑.优化过程中,目标函数为分子系统的系统能量,驻留时间为分子位置.驻留时间达到优结果时,其系统能量低.利用临床病例对算法的有效性进行了验证.临床病例中的数据验证表明,该优化算法能够满足临床应用的要求.
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两种不同优化算法在胸部肿瘤调强放射治疗计划中的对比研究
目的:研究直接子野优化(DMPO)算法与多目标优化(MCO)算法在胸部肿瘤放射治疗计划设计优化过程中的差异.方法:选取20例食管癌患者,将患者在Pinnacle3计划系统的CT图像、勾画的靶区、设计参数和剂量信息等资料,通过DicomRT协议从Pinnacle3计划系统传输到RayStation计划系统中.保持照射野设置、处方剂量不变,改用MCO算法重新优化治疗计划,比较两种优化算法在剂量分布、靶区适形指数(CI)与靶区均匀指数(HI)、危及器官(OAR)剂量、计划设计与执行效率的差异性.结果:两种算法优化的计划结果均能基本满足临床剂量要求,与DMPO相比,MCO计划靶区PGTV适形指数CIpgtv斛和均匀指数HIpgtv以及靶区PTV的适形指数CIptv均差别不大,但危及器官的受量明显小于前者,其中肺的V10、V20、V30、平均剂量Dmean-1,心脏的V30、V40和平均剂量Dmean-h以及脊髓大剂量D1cm3-s和平均剂量Dmwan-s,均存在显著性差异;从计划的设计时间上来看,MCO计划组明显短于DMPO计划组,而从执行效率上来看,两者差异不大.结论:对于食管癌同期加量三维调强放疗计划,与DMPO算法相比,MCO算法可得到更低的OAR剂量,并且在临床应用上明显提高工作效率.
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两步优化与直接子野优化计划系统直肠癌VMAT计划的比较
目的 比较两步优化的计划系统(TPS A)与直接子野优化的计划系统(TPS B)的直肠癌容积调强弧形放疗(VMAT)计划的计划质量和执行效率的差异.方法 选取25例术前放疗/术后预防照射的直肠癌患者,行CT图像扫描后统一勾画靶区和危及器官,分别在两个TPS中制定直肠癌的VMAT计划,比较两个TPS中靶区剂量分布、危及器官受量、剂量跳数(MUs)和执行时间(Tdelivery)的差异.结果 在TPS B靶区覆盖率比TPS A略优的前提下,TPS B中靶区PTV1、PTV2的适形性和均匀性要优于TPS A.两系统中左、右股骨头的受照剂量D5和Dmean相似;小肠的D30、D50、Dmean和膀胱的D30、D50、Dmean,TPS B较TPS A低.TPS B的剂量跳数和执行时间均低于TPS A,平均值分别为341 MUs和123 s、483 MUs和178 s.结论 直肠癌的容积调强计划,二者均能满足临床需求;TPS B的计划在靶区剂量分布和危及器官受量方面有明显优势,并且减少了剂量跳数和治疗时间.
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MVision图像质量优化算法研究
目的 优化MVision协议重建图像的画面质量,提高图像的空间分辨率、软组织对比度,减少图像的噪声信号和"吸盘"伪影.方法 采用了平滑滤波、边缘增强、边缘保留和MVision解剖滤波等各种图像优化算法,对MVision协议的原始重建图像进行优化处理,并将通过不同算法处理后的各图像序列进行配准比较.结果 经过平滑滤波后的图像与经边缘增强、边缘保留处理后的图像相对比,前者软组织显像更清晰,而后者图像空间分辨率更高,但出现较多噪声信号.同时,结合解剖滤波处理后的图像,其吸盘伪影也基本消失.结论 通过有目的性地选用各种MVision协议图像优化算法,可以在不同程度上实现对MVision图像质量的优化.
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肾小球滤过率估算模型研究
肾小球滤过率(GFR)是重要肾功能指标,能精确定量反映肾功能,具有准确、灵敏、稳定,且重复性好的特点.目前GFR主要用放射性同位素标记物99mTc-DTPA清除率来测定,测定过程繁琐,时间较长,费用高,遭受放射性损伤.用其它易于获取的肾功能参数,通过预测模型估算GFR是当前国际上正在研究的方法.针对中国人群数据,本文对已有的三种GFR的计算模型,用多元函数优化技术进行了模型系数优化,提高了计算准确性;并用BP神经网络技术建立了新的GFR估算模型,经过计算,新模型的均方根误差和P30误差均优于原公式,得到了更为简单和高精度的结果.
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近红外光断层成像逆问题的优化算法
我们给出了近红外光断层成像逆问题的求解方法,建模和仿真可以获得生物组织的光学系数分布.根据有限元求解玻尔兹曼方程的正向问题方法,利用有限元方法多物理场耦合分析软件包(Femlab)进行建模和正向问题的求解,将此结果作为优化仿真时的数据;把成像逆问题的求解转化为一个优化问题来处理.通过仪器测量数据与理论数据构造标准差优化函数进行光学参数的优化,多参数无约束优化算法主要采用了多种编码的多群体遗传算法.后给出了利用Femlab和遗传算法求解近红外光断层成像逆同题的完整步骤和仿真结果,验证了本文的方法准确地解决了近红外光断层成像的逆问题.
