中国生物医学工程学报杂志
Chinese Journal of Biomedical Engineering 중국생물의학공정학보
- 主管单位： 中国科学技术协会
- 主办单位： 中国生物医学工程学会
- 影响因子： 0.61
- 审稿时间： 1-3个月
- 国际刊号： 0258-8021
- 国内刊号： 11-2057/R
- 论文标题 期刊级别 审稿状态
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一种全开放磁共振成像装置单平面梯度线圈的新型设计方法
针对全开放磁共振成像系统的特点,提出了一种单平面梯度线圈的新型设计方法.将电流密度用二维傅立叶级数展开,根据误差平方和与一个惩罚函数建立目标函数.使目标函数小化,得到电流密度的表达式.应用流函数技术离散电流密度,得到线圈的绕线形式.为了验证理论的正确性,利用Biot-Savart积分方程计算该线圈绕线产生的梯度磁场.采用这种方法,设计了梯度强度为40mT/m,电流为114.474A的x梯度线圈.结果表明,应用所提出的方法设计的线圈可以产生所需要的线性度很好的磁场.该方法也可以用于双平面或者双平面自屏蔽梯度线圈的设计.
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鼠骨髓来源的内皮祖细胞的体外培养及生物学特性的研究
培养和鉴定从鼠骨髓中分离的内皮祖细胞(EPCs),观察其在体外增殖、分化过程中相关细胞表型的变化.采用密度梯度离心方法获得鼠骨髓单个核细胞,用EGM-2培养基诱导其分化,于培养4d、7d、10d、14d、21d后用免疫荧光双标技术(CD34、VWF和FLK1)鉴定EPCs,用MTT法分析EPCs的增殖情况.于诱导分化后的1d、4d、7d、10d、 14d、21d,用蛋白免疫印迹法检测VWF蛋白的水平,用实时聚合酶链式反应法检测VEGFR 2(FLK1)、VWF的mRNA表达变化,并与未诱导培养的细胞进行比较.鼠骨髓单个核细胞经诱导培养,4d细胞开始贴壁,7d细胞大多变为梭形,排列成铺路石样.MTT结果表明,10d时EPCs达到增殖高峰(P<0.05);免疫染色表明,培养7d的细胞约90%呈VWF-CD34双荧光阳性;蛋白免疫印迹法检测结果表明,培养1d的细胞无VWF表达,培养4d后表达逐渐增强,10～14d达到高峰,21d后减弱;实时聚合酶链式反应法检测结果表明,培养1d的细胞FLK1和VWF的mRNA表达低(P<0.01),4d后表达逐渐增强,14d达到高峰,21d后减少,未诱导细胞无表达.试验成功地从鼠骨髓单个核细胞中分离培养出EPCs,在其体外扩增分化为成熟内皮细胞的过程中,P0～P3在1～21d期间FLK1和VWF等内皮细胞标志蛋白表达逐渐增强,P3在21d后略有下降.该细胞可作为构建血管组织工程支架的较为理想的种子细胞.
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考虑流固耦合作用的主动脉弓血液流动分析
流固耦合作用对血液的流动速度、回流速度和壁面剪应力有较大的影响.但迄今已有的研究工作较少考虑血液-血管相互作用和生理脉动作用的影响.可能难以真实地反映血液在主动脉弓中的流动情况.将升主动脉、主动脉弓和降主动脉联系起来.根据生理脉动流条件,利用有限元软件,分析流固耦合作用下主动脉弓中的血液流动问题.研究表明,流固耦合作用对血液流动速度、回流速度和壁面剪应力的变化趋势影响较小,对血液回流速度幅值、壁面剪应力幅值影响较大.结果表明:在心脏收缩与舒张转换期,主动脉内的血液向心室方向反流;考虑流固耦合作用总体上降低血液回流速度的幅值;在流固耦合作用下,壁面大剪应力幅值比非流固耦合偏低约25%.
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口腔修复体模型曲面局部变形设计研究与实现
牙齿表面形态的设计技术是口腔CAD/CAM系统的关键环节之一,修复体表面形态的设计和修改将对患者患牙咬合的舒适性有重要影响.研究了一种基于细分空间连续的修复体表面局部变形设计算法,首先由初始网格抽取牙齿模型的特征控制网;其次利用Loop细分构造细分连续空间;接着通过建立局部坐标的参数化方法,映射修复体模型到细分连续空间;后通过直观、实时调整特征控制网格修改细分空间,进行修复体形态的局部变形设计.通过前、后磨牙的变形设计应用实例证实本研究算法的有效性、稳定性.
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缓释bFGF微球体外降解和释药性质研究
通过体外降解释药实验,初步探索bFGF微球在体外的降解释药特点.以PBS液为体外降解和释药介质,初步研究bFGF微球体外降解和释药特点.bFGF微球与空白微球体外降解和质量丧失趋势一致,各个指标之间差异无显著性.约在10d时PLGA的重均分子相对质量下降一半,14～18d时微球质量下降一半,说明微球质量丧失滞后于重均分子相对质量下降.突释期内微球体外释放度仅为19.26%,21d后体外累积释放度高达85.46%,释出bFGF浓度稳定,其平均浓度为(72.47±6.26)ng·mL-1,微球的体外释药规律符合Higuichi方程(r=0.9978).本实验bFGF微球与空白微球降解和吸收趋势一致.聚合物的质量和形态结构变化相对滞后于重均分子相对质量的下降,降解可能主要发生在分子链断裂.
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基于传热学分析的导管导向机器人驱动控制技术研究
为了保证手术安全性,防止导管导向机器人形状记忆合金(SMA)驱动器产生过热现象,本研究设计了一种导向机器人电阻反馈驱动控制系统.在对SMA驱动器进行了详细的传热学分析的基础上,确定使用脉宽调制(PWM)电源驱动SMA驱动器时的电流计算方法,开发适用于导管导向机器人的电阻反馈驱动控制系统.在血管模型中模拟了介入手术的插管过程,按照预定的模拟手术路线,在电阻反馈控制系统的控制下,成功地完成了导向机器人进入目标血管分支的实验.实验结果表明,整个模拟介入手术准确迅速,导向机器人的应用大大降低了手术的难度.
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基于多尺度熵的心电图分析
使用Costa等提出的算法研究心电图(ECG)的多尺度样本熵(MSE)的特性.研究发现,心电图MSE均值随着心脏健康状况的变差呈下降趋势.健康人的心电图的MSE波动范围比较稳定在某个范围之内;而冠心病人的波动范围则相对较大;心梗病人的MSE变动范围比较小.波动范围收敛在相对低的多尺度熵值区域.研究表明MSE均值和波动范围的变动情况可以比较有效地揭示心脏健康状况,尤其是MSE波动范围的大小变化情况表征了心脏疾病演化的动态过程(在疾病形成之中其熵值的波动范围变化大),是一个早期发现病症较为灵敏的参数,具有重要的临床诊断意义.
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一种基于B超图像的亚像素级HIFU束损伤监控方法
目前基于超声引导的HIFU治疗系统尚无低费用、实时、有效的监控方法.提出一种基于B超的图像方法,分析HIFU焦域位置相关矢量场与HIFU对软组织造成的束损伤间的关系.采用新鲜猪肉组织为标本,对其进行不同剂量的HIFU分组辐照,获取辐照前后的B超图像,并记录软组织相应的损伤程度,同时记录植入式热电偶测得的参考温度.对辐照前后HIFU焦域位置B超图像进行二维亚像素级互相关分析.结果表明,B超图像亚像素级相关分析矢量场可反映组织发生凝固性坏死的位置,其相关距离可以反映组织束损伤程度.基于B超图像相关性的亚像素级监控方法,可以帮助HIFU临床医生实时有效地监控HIFU束损伤程度,及时调整HIFU治疗剂量,提高治疗效果.
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基于三维纹理的医学体数据实时切割
随着三维数据可视化的不断发展,传统的体绘制方法如Ray-casting、Splatting、Shear-warp算法等已经不能满足用户在虚拟环境中对图像质量、实时性和交互性方面的要求.本研究提出了一种基于三维纹理的体数据任意面切割方法,利用计算机硬件支持的三维纹理技术和任意切面像素提取算法,构建了一种新颖的可观察医学体数据任意切面的软件仿真平台.实验证明该平台能以大于30帧/s的帧率实现体数据的交互重建和任意面的实时切割,且能得到清晰的切面图像,在医学分析、培训和临床辅助诊断方面有着广泛的应用前景.
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小口径微孔聚氨酯人工血管的动物体内植入研究
将内径4mm的聚氨酯微孔人工血管植入Beagle狗体内,置换一段腹主动脉,研究血管内腔的内皮细胞化过程.该小口径血管具有以下特点:内腔偶联水蛭素以增加抗血栓性;顺应性接近天然血管;血管内表面孔径为40μm,并且管壁的孔径由内到外呈梯度增大.植入初始,人工血管内腔先吸附血浆纤维蛋白.14d见有少量梭形内皮样细胞生成.41d后形成完整内膜,由表面的内皮细胞单层和其下的平滑肌细胞组成.90d后生成稳定的内膜,平均厚度223μm.偶联水蛭素组和无偶联水蛭素组的通畅率分别为88.9%和75.0%.结果表明,改善抗血栓性、顺应性和微观结构可提高小口径人工血管的性能,有效促进内腔自然内皮细胞化,显著提高长期通畅率.
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颅-脑在头部受直接撞击时相对位移的模拟研究
颅脑相对运动所产生的相对位移是造成头部损伤的原因之一.以往的研究均是采用真实实验的方法,这样做不仅成本提高,而且也会引起一些社会伦理问题.本研究利用二维的颅脑弹簧-质量系统模型和2个二维颅脑有限元模型,模拟了颅脑在受到撞击时所产生的相对位移.在这些模型中,脑、颅骨通过脑脊液耦合成为一个整体.其中,在弹簧-质量系统模型中,脑脊液以弹簧和阻尼组成的黏弹性系统模拟;而在有限元模型中,脑脊液以线弹塑性模拟.3个模型都有效地求得了与实验相吻合的颅脑大相对位移.对有限元模型与弹簧-质量系统模型的模拟结果也进行了比较分析.终得出:在受到外界冲击时,颅脑之间产生的相对位移不超过5mm.
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HA/PDLLA复合材料体内引导成骨过程的组织学研究
为获得羟基磷灰石(HA)/外消旋聚乳酸(PDLLA)复合材料体内引导成骨的实验依据,采用HA/PDLLA复合材料和纯PDLLA材料对照组进行骨内植入实验,通过X线和组织学观察,从组织学角度研究了HA/PDLLA复合材料在体内引导成骨的过程和实际愈合效果,并探讨了成骨机制.体内植入实验的组织学观察结果表明HA/PDLLA复合材料具有良好的生物相容性、适度的生物降解性能、一定的生物学活性和骨传导性能.HA/PDLLA复合材料植入机体后,体内的无菌性炎症轻微,新骨形成速率高于纯PDLLA材料.HA微粒的存在可提高复合材料的机械性能,避免材料过早丧失力学强度.
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应用于APT驱动模式的NOSER成像算法
研究将NOSER成像算法应用到电阻抗成像中的APT驱动模式的成像性能.APT模式采用单一电流源,硬件紧凑易于实现.NOSER算法基于小二乘法,以一个均匀电阻率分布作为初值,取牛顿法迭代算法的第一步.给出在APT系统应用NOSER算法所需各个计算步骤的推导过程和分析,综合形成一种在硬件上易于实现,又在重构图像上有较好分辨率的成像方式.仿真结果表明,在APT系统上应用NOSER算法,获得了优于广泛采用的反投影算法的成像性能.
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扇形束CT超短扫描优质重建算法研究
本研究提出一种基于π线的扇形束CT超短扫描优质重建算法,新算法仍采用经典的FBP重建算法框架,当且仅当满足通过感兴趣区域的任一直线均与扫描轨道相交时,就可以有效地进行该区域的精确重建.新重建公式中回避了投影数据的求导运算,将加权Hilbert滤波转化为Hilbert滤波与Ramp滤波的组合形式.由于实际重建过程中要对离散数据进行处理,新算法中导数的回避将增加数值计算稳定性,提高重建图像质量.为验证新算法理论分析的有效性,通过与经典的超短扫描重建算法作对比实验,结果印证了新算法可完成超短扫描优质重建,在数值计算稳定性与重建图像质量提高两方面均有尚佳表现.
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金属生物材料表面微磁场对血液相容性影响的研究
用溶胶-凝胶法在316L不锈钢及NiTi合金基片上制备含SrFe12O19,磁性粉末的TiO2薄膜,磁化后在材料表面建立微磁场.用透射电镜(TEM)分析磁性粉末的尺寸及形貌,并用X射线(XRD)、粗糙度仪对薄膜的成份及表面粗糙度进行分析.腐蚀实验表明,含磁粉的TiO2薄膜能够减少金属材料受到体液的腐蚀,阻止毒性镍离子等的析出.动态凝血时间和溶血率的测定结果表明,用含磁粉的TiO2薄膜产生的微磁场可使316L不锈钢和NiTi合金动态凝血时间延长,溶血率下降,说明试样表面的微磁场使材料具有较好的血液相溶性.
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注射型藻酸钙/BMP复合材料的制备及成骨性能研究
研究藻酸钙(CaAG)/BMP-2复合材料的成骨性能,并观察骨髓基质细胞(BMSC)的加入对成骨性能的影响.采用藻酸钠、骨形态发生蛋白-2(BMP-2)和氯化钙(CaCl2)混合制备藻酸钙/BMP复合材料,以加有骨髓基质细胞的该材料为对照,进行体外观察和肌袋试验,通过用X射线、ALP染色、Von Kossa染色、HE染色、新生骨计量等方法,研究其诱导成骨活性.CaAG-BMP组和CaAG-BMP-BMSC组均在4～6周形成新生骨组织,两组标本均为编织骨形态,X线检查、AKP染色、Von Kossa染色、HE染色提示成骨过程相似.两组在新生骨计量上无显著性差异.藻酸钙/BMP复合材料可在肌肉环境下有效形成一定体积的新生骨组织;应用骨骼肌异位诱导成骨原理,该复合材料在成骨过程中无需加入外源性的种子细胞.
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图像算法方式的细胞追踪
细胞运动研究是研究细胞的重要组成部分.针对细胞运动图像序列,提出一种基于复合型Mean-Shift算法追踪细胞移动的方法,并就这一方法在追踪细胞移动过程中所涉及的问题进行分析,提出核心参数选择方案,并描述了图像预处理的过程.应用该算法对目标细胞进行追踪,以细胞运动轨迹图像序列方式来显示追踪效果,对每个目标细胞追踪十次来验证算法的正确性,结果表明平均追踪时间约为22s,追踪正确率为100%.
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应用HL7标准建立心电信息数据库
心电图是临床应用广泛的检查技术之一,临床和研究工作都积累了大量的心电图数据.之前常用的心电信息数据格式,很难使用查询语句实现对注释信息等高级内容的检索,成为多元心电信息数据挖掘发展的瓶颈.HL7-aECG是HL7研究组于2004年发布的应用于心电信息交流领域的数据标准,并希望该标准成为心电信息交流领域的统一标准.本研究使用HL7-aECG提供的XML schema表作为数据组织结构标准,将现今常用的MIT-BIH格式的心电信息数据转换为符合HL7-aECG标准的心电信息数据,在建立数据库的基础上,实现对心电数据标注信息的检索.证实了HL7-aECG作为下一代心电信息数据格式标准的实用性,为多元心电信息数据挖掘工作提供借鉴.
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模拟舰船冲击对人体下肢骨骼轴向压缩损伤特性研究
目的非接触性水下爆炸在极短的时间内产生巨大的加速度,引起舰船装备的破坏和人员严重损伤,尤其是人员下肢骨骼极易受到冲击损伤,严重影响舰船战斗力.材料与方法为了研究舰船冲击运动对人体下肢主要骨骼的损伤,采用12具新鲜的下股骨骼(包括股骨、胫骨、距骨、腓骨、跟骨)人体尸体标本,模拟舰船冲击运动的特性,在冲击机上进行静态和动态压缩测试实验.结果获取人体下股骨骼在静态和动态载荷作用下的压缩特性,如破坏载荷、压缩变形等,并对数据进行分析计算,得到下肢骨骼过载加速度估算值、骨骼损伤特点、动荷系数等参数,提出现有的下肢骨骼的冲击损伤耐受性及标准.结论在人体下肢骨骼中,跟骨和股骨的破坏载荷应是低的,其动态抗压性能也较差,这与舰船冲击伤以跟骨及股骨损伤发生率较高的实际情况相符合.
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口腔预备体颈缘线裁剪算法
由于高质量全瓷冠、桥体制作的需要,基于CAD/CAM的口腔修复体制作技术成为研究的热点.口腔预备体特征线的三角网格裁剪技术是口腔CAD/CAM修复工艺中的关键环节之一,对口腔修复体制作质量有重要影响.提出一种渐进三角网格裁剪算法:首先,采用"种子"区域扩展进行网格粗裁剪;然后,采用三角片剖分技术完成三角片的精裁剪;后对剖分后的边界三角片进行优化,获得边界均匀的裁剪曲面.应用实例证实本算法是有效的、可行的,可满足临床应用要求.
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用于荧光分子断层成像的小动物躯干部分三维表面轮廓重建研究
目的:基于CCD的荧光分子断层成像(FMT)近年来取得了快速发展,非接触式荧光分子断层成像技术(FMT)需要获取成像对象的三维表面轮廓,用于荧光团浓度重建的前向模型.方法:提出一种在白光条件下基于反投影法的三维轮廓提取方法,在获取360°的CCD照片后,滤波反投影重建断层,经过相应的图像平滑处理,得到轮廓边界,校准后重建出表面轮廓.结果:仿体实验和小动物实验结果表明,该方法具有毫米量级的重建精度.结论:该方法能够很好地重建躯干部分表面三维轮廓,较其他表面轮廓提取方法简单、实用,而且能够顺利地结合到荧光成像的工作流程中去,不需要单独成像,保证了整个成像过程的连续性.
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约束参数Gabor滤波器及细胞分割
对活细胞进行精确计数,是体外抗病毒试验中测定药物抗病毒效果的重要手段.在进一步研究分析Gabor滤波器和所要分割的细胞图像特征的基础上.提出了带约束参数的Gabor滤波器,即根据Heisenberg测不准原理,用频域中高斯核的标准差来约束空域中高斯核的标准差;进而用标准差来约束Gabor滤波器中的中心频率的取值范围.达到提高效率和精度的目的.将带约束参数的Gabor滤波器用于细胞图像的增强,进而获得更高精度的分割和计数结果.对采集到的细胞图像进行大量实验,准确率达98.8%.
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基于隐含形状表示和边缘信息融合的非刚体图像配准
本研究提出基于隐含形状表示和边缘信息融合的多分辨率网格非刚体图像配准算法,使用从全局到局部的层次变换模型覆盖整个变换域,解决有较大局部形变的图像配准问题.首先用隐含形状表示图像的外部轮廓,将轮廓作为距离函数的零水平集隐含地嵌入到高一维的距离变换空间,在该隐含嵌入空间中使用互信息方法,实现了一个具有平移、旋转、尺度不变性的全局配准框架,对齐图像外部轮廓.然后选择基于B样条的多分辨率网格FFD模型进行局部配准,兼顾了结果精确度和计算效率.算法采用了与图像边缘信息融合的方法,强调图像边缘信息在配准中的贡献,得到平滑、连续且保证一对一映射的变换域.后将该算法分别应用于脑部MR、CT图像的配准,得到令人满意的效果.
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基于挥鞭样损伤研究的颈部有限元模型的建立及验证
研究人体颈部在挥鞭样损伤中的生物力学特性及损伤机制,建立一个基于人体解剖学结构的颈部三维有限元模型.该模型是通过人体颈部的螺旋CT扫描图像,利用三维重建和网格划分技术,得到六面体有限元模型,并对模型进行后碰撞验证分析.得出颈椎在挥鞭运动过程中的变化规律,以及C7-T1的大过伸角度20°和椎间盘所受大应力值16MPa.该模型的建立,可作为今后颈椎生物力学损伤研究以及其他相关领域研究的理论研究依据.
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基于Watersnake的视神经纤维的自动识别
在视神经横切面图像中,将每个神经纤维的边界精确地分割出来,是视神经形态分析的重要环节.由于神经纤维数量巨大、形态各异,单纯采用一种分割方法无法获得满意效果.采用基于Watersnake的分割方法,整合Watershed和Snake在图像分割方面的优势,分两步进行纤维分割.首先由Watershed获取纤维的粗轮廓,在此基础上由Snake经曲线演化获得纤维的精细轮廓.实验结果表明,Waternake能较好地识别神经纤维的内外轮廓,为后续的神经纤维形态分析奠定基础.
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新型生物可降解心血管涂层支架的制备及其生物相容性的研究
采用共价键连接技术,以二环已基碳化二亚胺(DCC)为偶联剂,将肝素与具有官能侧基的脱保护聚乳酸和吗啉二酮衍生物共聚物材料连接.肝素本体重量含量达到15%.与共混肝素材料的肝素体外释放实验对比结果证明该连接技术对肝素有良好的控制释放效果.并且利用独特的计算机控制喷涂工艺将共聚物的四氢呋喃(THF)溶液喷涂到支架上,制备出了心血管涂层支架,扩张后表面涂层无脱落和撕裂.涂层支架与金属裸支架对比动物实验发现,1、2和3个月的动物实验血管切片显示涂层支架无急性血栓和再狭窄情况的发生.说明该材料具有良好的生物相容性,具有广阔的应用前景.
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纳米纤维凝胶材料IKVAV多肽的自组装及其与骨髓基质干细胞的相容性研究
研究纳米纤维凝胶材料IKVAV多肽的自组装及其与骨髓基质干细胞的相容性,为其应用于神经组织工程提供实验依据.合成IKVAV多肽两亲性分子,进行自组装,用透射电镜检测.将IKVAV多肽纳米纤维凝胶与BMSCs复合培养,倒置显微镜下观察细胞生长情况,Calcein-AM/PI染色计数活细胞比例,检测IKVAV多肽对BMSCs增殖和粘附的影响.IKVAV多肽可成功自组装成为纳米纤维凝胶,其与BMSCs复合培养细胞生长良好,活细胞数达90%以上,IKVAV多肽对BMSCs增殖没有影响,并可促进BMSCs的粘附.IKVAV多肽可自组装形成纳米纤维凝胶,并且与BMSCs有着良好的生物相容性,是一种很有前景的神经组织工程支架材料.
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基于fMRI视网膜脑图的屈光参差性弱视对比敏感度皮层功能缺失研究
利用功能磁共振成像技术,对6名单眼屈光参差性弱视患者进行相位编码视网膜脑图和6cpd 4Hz 0.5水平的对比敏感度检查,研究弱视对比敏感度功能缺失在大脑视觉皮层的发生机制.首先采用VFS分区法对受试者进行视皮层功能区定位;然后基于通用线性模型(General Linear Model, CLM)构建检验统计量,计算出各体素点对比敏感度反应的T值;后进行受试者健眼与弱视眼V1～V8视网膜皮层代表区T值水平的对比分析,以及V2～V8区T差值与V1区T差值之间的回归分析.实验结果表明:弱视初、高级视皮层均存在对比敏感度功能缺失,但两者之间无明显相关性;各功能区弱视眼的平均T值均有一致性的减小,除V3a, V4与V8区外统计学差异显著(配对t检验,P<0.05);V1区T差值与V2、V3、VP、V7区T差值的回归分析无统计学意义(P>0.05).
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强光干扰下的眩光评价研究
眩光是影响视觉的一个重要因素,而眩光后人眼的恢复时间则是进行眩光评价的重要标准.目前的眩光研究都是停留在针对普通照度的眩光源的研究背景下.通过对能产生高照度的眩光源照射后的人眼视觉恢复情况的实验研究,得到在强光干扰条件下的眩光影响因素关系.根据实验数据进行人眼恢复时间计算公式的修正,提出一种在强光干扰下对眩光的客观评价方法.通过实验,基本验证了该公式在高照度情况下的有效性和客观性.
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| 1998 | 01 02 |
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