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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多功能细胞传感器集成芯片的设计及实验研究
为了实现对细胞的生长凋亡等状态和电兴奋细胞的胞外电场及胞外离子代谢的同步检测,本研究提出了将具有对应功能的叉指电极(IDE)、微电极阵列(MEA)、光寻址电位传感器(LAPS)集成在单片硅基底上,设计了细胞多功能检测的集成芯片.在集成芯片的设计上,各功能模块采用多通道布局,并且优化了电极尺寸、电极间排布、电极表面特性处理等方面的设计,以减少电极之间干扰并提高性能.在加工方面利用SiO2层同时作为MEA、IDE的绝缘层和LAPS的保护层,采用微加工技术将三种传感器融合加工于同一硅基底上.器件的评估结果显示,3种传感器的性能和相应的单独设计芯片性能相近,且满足生物相容性的要求.本集成芯片成功弥补了传统细胞传感器检测参数单一的缺陷,建立了细胞多生理参数检测的细胞传感器平台.
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液体喷射注射系统的建模与设计以及生物检测
液体喷射注射系统是一种利用高速药物射流对人体进行药物注射的注射系统.针对以弹簧为驱动力的液体喷射注射系统,提出计算喷射压强的物理模型及喷射流进入软体的物理模型,并对喷射压强的物理模型进行了实验校核.设计一种自制的喷射注射系统,并根据所提出的喷射压强模型和一种进口喷射注射系统的参数测定,确定自制喷射注射系统的系统参数.后对自制的喷射注射系统和进口喷射注射系统进行生物检测,对两种喷射注射系统用离体的仿皮肤凝胶材料进行扩散度测试.结果显示两种喷射注射系统均有较好的喷射扩散性能.在对活体大白兔用两种喷射注射系统注射胰岛素后,定期观测其血糖;从血糖下降指标看,两种喷射注射系统的效果接近.
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基于HHT边际谱熵和能量谱熵的心率变异信号的分析方法
基于希尔伯特-黄变换(HHT)理论,依据广义信息熵的概念,提出基于HHT边际谱熵和能量谱熵的概念和熵分析方法.对常规信号和混沌时间序列信号进行复杂性研究,结果表明本方法在刻画信号复杂度变化、抗脉冲干扰方面优于Lempel-Ziv复杂度和功率谱熵方法.将其应用于MIT-BIH标准数据库的实际心率变异(HRV)信号分析,结果显示HHT边际谱熵和能量谱熵能从HRV信号中敏感地检测出生理和病理状态的变化,统计学分析优于传统的功率谱熵方法,为临床HRV信号及其他复杂生理信号的分析提供一种有效的分析方法.
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单脉冲经颅磁刺激对视皮层神经活动抑制作用的初步实验研究
为了研究单脉冲经颅磁刺激(sTMS)对视皮层神经活动的影响,利用多通道生理记录仪,分别记录下11名右利手志愿者sTMS作用于视皮层前后的视觉诱发电位(VEP).采用叠加平均和巴特沃斯低通滤波的方法处理后,对比分析这两种情况下的VEP峰时特征,发现sTMS刺激将引起VEP峰值发生的时间有一定延迟.初步的实验结果表明,sTMS对视皮层神经活动有抑制作用,从而引起VEP产生了滞后,为将经颅磁刺激应用于研究视觉中枢神经活动提供了实验证据.
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基于大规模人群调查的心电数据库的构建
建立基于大规模人群调查的心电数据库是心电研究中一项重要的基础性工作.本研究依据"中国人生理常数调查研究和数据库"的心电数据,建立了一个以10 s十二导联同步心电信号为主要内容的关系型数据库.该数据库包含波形数据、心电可视化图形、多类心电测量数据、诊断结果、人口学信息和基本健康资料,并提供便捷的数据查询、更新和管理服务.目前该数据库记录的样本总量已达25 821人,人口覆盖我国四省15个县市,涉及多个民族.该数据库的建立为心电信息学的研究提供了丰富的资源.
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全数字B超动态滤波器的设计与实现
为在全探测深度内获取佳分辨力的超声回波图像,本研究基于现场可编程门阵列(FPGA)设计了一种动态滤波器,将全数字B超的探测深度平均分为64段,采用64个32阶带通滤波器与之对应,完成人体超声回波信号的动态滤波处理.所设计滤波器应用于128阵元、3.5 MHz的全数字B超设备中,并与使用常值滤波器的图像进行了分析比较.通过对仿组织超声体模的检测显示,在图像的探测深度、远场分辨力和噪声滤除等方面都有了较为明显的提高.
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基于乳腺肿瘤模型的感应式磁声成像正问题研究
感应式磁声成像(MAT-MI)是一种融合磁感应技术和超声断层扫描技术的新型生物电阻抗成像方法,兼具电阻抗成像高对比度和超声断层扫描技术高空间分辨率的优点.本研究结合电磁场理论推导了MAT-MI在电导率均匀媒质内部和电导率发生突变的两种不同媒质分界面上的声源计算公式,揭示了MAT-MI声源与电导率的关系.模拟物理环境构建三维柱状线圈和乳腺肿瘤模型,借助有限元分析软件ANSYS进行时变电磁场分析,并应用电磁场有限元分析的结果,计算乳腺和肿瘤内部及边界的声激励源分布,应用自由空间波动方程格林函数解计算MAT-MI空间声场分布.仿真结果表明,所推导的计算公式能够直接应用电磁场有限元分析的结果,有效地计算乳腺肿瘤模型的声源和空间声场分布,MAT-MI将是乳腺肿瘤早期筛查、检测和诊断的一种潜在的和有效的医学辅助手段.
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坦克乘员热应激解决的试验研究
夏季坦克、装甲车舱内的高温环境常使乘员处于高度的热应激状态,严重影响乘员的工效和战斗力.针对这一问题,研制了一种气冷式微环境系统.模拟了坦克舱高温环境及坦克兵着装状况,进行了热暴露试验,验证了该系统的有效性.6名身体健康的青年男性志愿者在温度、湿度分别为45℃、50%的高温环境舱中,进行了有微环境冷却的致冷组和无致冷的对照组的热暴露试验,时间均为90 min.结果表明:致冷组的直肠温度、平均皮肤温度、心率、出汗率、热积、主观感觉等指标均显著低于对照组(P<0.05),致冷组的综合热应激指标在生理安全限内,而对照组的已远超过生理安全限,说明采用气冷式微环境冷却系统能够有效解决坦克乘员的热应激问题.
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基于概率和引力优化模型的医学图像配准
基于互信息的配准方法,其目标函数经常存在许多局部极值,给配准的优化过程带来很大困难.提出一种基于概率模型的引力优化算法,在空间中随机构造参考物体与浮动物体,根据牛顿万有引力定律,搜索空间中质量大的物体.利用该算法,实现以归一化互信息为相似性测度的医学图像配准实验.实验结果表明,这种方法能够有效地克服互信息的局部极值,在配准精度、配准时间和抗噪性方面都有较好的性能.
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基于经验模态分解和Hilbert变换的QRS综合波检测算法
提出一种新的有效结合经验模态分解(EMD)和Hilbert变换的QRS综合波检测算法.采用EMD将心电信号分解成一系列内蕴模式分量(IMFs),舍去对应于高频噪声的IMF1和IMF2,舍去对应于低频噪声的后两个IMFs和趋势项,能有效地抑制高频噪声和基线漂移.将降噪后的信号进行Hilbert变换,得到对应的解析函数,利用其包络,进一步抑制高大P波、T波等对QRS综合波检测的影响,采用自适应阈值进行QRS综合波检测.经MIT-BIH Arrhythmia Database全部数据检测验证,平均正确检测率可达到99.78%,表明本算法具有较高的正确检测率和良好的抗噪性能.
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光学参数的选择对光动力疗法制备小鼠抗肝癌肿瘤疫苗效果的影响
光功率密度的大小直接决定耗氧量的多少,在光动力疗法(PDT)中的作用至关重要.为了研究光功率密度对PDT制备肿瘤疫苗效果的影响,研究采用两种功率密度(5 mW/cm2 和25 mW/cm2 )的激光,能量密度分别为2 J/cm2和10J /cm2.实验表明:在5 mW/cm2 ×2 J/cm2条件下制备的疫苗抑瘤率可以达到70%～80%,而25 mW/cm2 ×2 J/cm2制备的疫苗抑瘤率只有40%～50%;5 mW/cm2 ×10 J/cm2制备的肿瘤疫苗抑瘤率为25%～30%,25 mW/cm2 ×10 J/cm2制备的疫苗抑瘤率为20%～25%.结果表明:与高功率密度激光相比,低功率密度制备的肿瘤疫苗更能有效刺激小鼠的免疫系统,使得CD4+、CD8+、CD19+ 的细胞数增加.在功率密度为5 mW时,能量密度达到2 J/cm2,制备的肿瘤疫苗能够较大程度地刺激小鼠的免疫系统,对肿瘤的抑制为有效.
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基于虚拟通道ICA-WT大鼠视觉诱发电位少次提取
为了实现电极植入法采集到的单通道大鼠视觉诱发电位的少次提取,提出一种基于虚拟通道的独立分量分析-小波变换的大鼠视觉诱发电位少次提取方法.首先,引入虚拟通道,用快速独立分量分析方法将噪声与视觉诱发电位进行分离;然后,对分离出的视觉诱发电位进行少次叠加平均,提取出初步视觉诱发电位;后,针对虚拟通道与实际噪声不完全吻合带来的残留噪声问题,用小波变换进一步去除初步视觉诱发电位中的残留噪声.实验结果表明,基于虚拟通道的独立分量分析8次叠加平均,就能很好地提取出初步的视觉诱发电位;小波阈值法进一步去除了残留噪声;本算法成功地实现大鼠视觉诱发电位的少次提取,同时该方法可以用于单通道其他脑电信号的提取.
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ERP事件相关成分分解算法研究
当单次实验记录中包含两个或多个事件时,以不同事件时间为参考得到的事件相关电位(ERP)将导致不同事件相关的ERP成分之间形成交叉干扰,从而影响对ERP成分的正确理解.为了恢复真实的事件相关成分,Zhang (1998) 提出了一种两个事件成分分解的算法.本研究中首先分析该算法的特点, 发现其对边界条件的选取非常敏感,采用周期性边界条件的计算结果明显好于非周期边界条件的计算结果,同时发现该算法对事件时间分布形状并不敏感,仿真结果显示采用高斯分布和均匀分布的事件时间能得到相类似的结果,但算法对事件时间分布的方差也较敏感,方差越大分解的效果越好.其次,扩展两个事件成分分解的算法到3个和多个事件成分的分解.后应用多成分分解算法到真实实验数据(3事件--提示,刺激,反应),结果显示,事件"提示"引起的ERP波形在提示后大约500 ms后回到基线水平,符合心理学过程,并且有助于心理学实验设计.
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微流体Coulter法测量细胞体积的数值分析
根据Coulter原理,电信号变化幅度对应着流过电极的细胞的体积.本研究数值分析了当细胞在微流体通道内流经布置在通道壁面上的电极时,电信号的变化规律;具体分析了电极形状和尺寸、细胞尺寸、细胞体积的渗透变化、细胞高度位置、细胞形状和微通道尺寸等因素对电极间电阻变化规律的影响.计算结果表明,体积恒定的细胞流经电极区域中心位置时,电阻变化幅度大,而且这一变化幅度随细胞体积增大近似线性增大;而当细胞体积有渗透变化时,电阻变化曲线向体积较大的一端偏斜;细胞高度位置、细胞形状、微通道尺寸和电极尺寸对电阻变化大幅度均有一定的影响.
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基于B样条小波变换的视觉诱发电位的识别方法
针对已知的视觉诱发电位信号处理及特征提取存在的抗干扰能力差及识别率低的问题,提出一种基于B样条小波变换与BP神经网络的视觉诱发电位(VEP)的特征提取及识别方法.首先,对VEP进行少次平均预处理,以增强信号的信噪比;其次,基于B样条小波变换对VEP进行特征选取,并通过BP神经网络分类器对特征进行分类.与现有方法相比,所提出的方法能够较好地提取视觉诱发电位特征,对于含噪声的信号具有较好的抗干扰能力和识别能力.实验结果表明,采用B样条小波变换结合BP神经网络的方法,对视觉诱发电位的平均识别率为90.4%,优于其他方法,验证了所提出方法的正确性和有效性.
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不同粒径纳米二氧化硅的体外细胞膜毒性作用
探讨不同粒径纳米二氧化硅对体外培养细胞膜的损伤作用及其机制.20 nm、60 nm SiO2及微米SiO2对RAW264.7巨噬细胞染毒后,分别采用MTT法、显微镜及透射电镜、能谱分析、荧光漂白恢复技术(FRAP)、丙酮酸法、荧光探针2', 7'-二乙酰二氯荧光素(DCFH-DA),测定染毒细胞的活性、形态及超微结构,细胞内外Si元素分布、膜流动性,细胞外液中乳酸脱氢酶(LDH)含量和细胞内活性氧生成.试验结果显示:20 nm、60 nm SiO2及微米SiO2粒子的细胞半数抑制浓度(IC50)分别为2.07、6.82和14.71 mg/mL;染毒后细胞数量减少,呈气球样变,线粒体肿胀、破坏;细胞内吞噬泡和细胞间隙颗粒均含Si元素;31.25、125、500 μg/mL的20 nm、60 nm SiO2组及500 μg/mL微米SiO2组细胞膜荧光恢复率降低(P＜0.05);125、500 μg/mL两种粒径纳米SiO2组及500 μg/mL微米SiO2组细胞膜扩散系数降低(P＜0.05);两种粒径纳米SiO2组细胞外液中LDH活性升高(P＜0.05),500 μg/mL的20 nm SiO2较60 nm SiO2和微米SiO2致细胞荧光恢复率降低,LDH活性升高(P＜0.05);两种粒径纳米SiO2及微米SiO2可致染毒细胞内活性氧水平升高(P＜0.05).结果表明,20 nm、60 nm SiO2可通过诱导脂质过氧化引起细胞生长抑制、形态异常、超微结构改变和细胞膜损伤,相同剂量20 nm SiO2产生的毒性效应较60 nm SiO2明显,说明纳米SiO2的尺寸效应是一个值得关注的问题.
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楔形平板流动腔测量细胞硬度的数值模拟研究
细胞硬度或形变能力的测量对深入研究细胞的生物学功能及甄别细胞产生病变有着重要意义.以楔形平板流动腔作为细胞形变的加载装置,通过分析细胞在楔形平板流动腔中的运动情况,建立数学模型,通过数值模拟方法研究细胞形变系数与细胞在楔形平板流动腔内移动速度的关系,并以此测量细胞硬度或形变能力.结果表明,细胞在楔形平板流动腔内不同观测点的细胞移动速度可以作为细胞形变能力的测量依据.
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一种基于提升小波的膈肌肌电信号在线去噪方法
膈肌肌电信号传递着膈肌生理状态和呼吸系统的功能等重要信息,但用食道电极采集该信号常受到心电信号的强烈干扰.本研究以提升小波为基础,针对膈肌肌电信号与心电干扰的特征,提出了一种新的膈肌肌电信号在线去噪方法.该方法由于采用了提升小波变换和简单的阈值滤波,运算速度较传统小波方法大为提高.模拟信号的仿真实验中,用该方法去噪后的信号相对于原纯净信号其功率谱相对误差很小.将该方法应用于临床采样数据时,也能达到比较理想的去噪效果.
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一种快速扩展视野超声成像方法研究
传统超声检查中由于探头宽度或发射波束角度的限制,会导致成像视野受限,使医生无法全面了解被成像部位组织的结构特征,而扩展视野成像方法可以很好的解决这一问题.本研究改进了现有的多模块匹配技术,以提高模块匹配过程中的抗噪能力;利用变步长搜索方法极大缩短了搜索过程;优化了求解变换矩阵和图像拼接过程,提出了一种更有效的权重系数评估方法,使算法更具鲁棒性和实用性.为了验证算法的有效性,首先利用该算法对体模扫描图像进行拼接实验研究,证明该算法在扩展视野成像上应用的可行性以及良好的拼接精度;然后通过对肌腱和甲状腺等组织超声图像的研究表明,该方法不仅具有良好的成像效果,而且运算量较小,有可能实现实时成像.
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基于LS估计检测QRS波群宽度
提出一种检测心电图QRS 波群宽度的新方法,在检测出QRS波群并确定任意一点在QRS波群内的基础上,以所确定的点为基点,向前和向后逐段求出线段参数的LS估计,并求出线段的线性度,根据线段参数的LS估计和线性度确定基线,在此基线上再利用假设检验的方法,得出QRS波群的起点和终点,从而提取了QRS波群宽度这一特征参数.应用具有广泛认可度的MIT-BIH数据库的QT数据库的所有105个数据文件验证算法,在第一组专家标记的3 623个QRS波群上,平均误差为1.2 ms;在第二组专家标记的404个QRS波群上,平均误差为2.1 ms.该方法具有较强的抗噪声能力和抗基线漂移能力,计算量小,运行速度快,精度高,适于实时提取.
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磁驱动血泵溶血分析
测试磁驱动轴流心室辅助装置主体血泵溶血性能.利用计算流体力学(CFD)软件ANSYS,基于红细胞受到切应力和相应曝光时间的计算溶血方法预测血泵溶血性能,计算红细胞粒子随着时间推移在血泵内运动轨迹上受到破坏程度.通过体外模拟循环实验实际测试血泵体外溶血性能,计算得到血泵实际标准溶血指数.CFD计算结果转化的标准溶血指数与实际体外实验结果比较相差较大,与CFD计算简化和实际计算循环周期有很大关系.磁驱动轴流心室辅助装置主体血泵有较好的实际溶血性能,血泵实验期间无不良状况发生,可以进行进一步实验.
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脐带间质干细胞与壳聚糖支架的生物相容性研究
探讨脐带间质干细胞与壳聚糖支架的生物相容性.分离培养脐带间质干细胞,将其种植到壳聚糖支架上,观察细胞在支架上的形态特征,并检测细胞黏附性和细胞增殖活性.脐带间质干细胞能够在壳聚糖支架上黏附生长,并保持良好的细胞形态,与对照组相比,其黏附率和细胞增殖活性均无显著性差异.脐带间质干细胞与壳聚糖支架之间具有良好的生物相容性,可应用于复合材料的制备.
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几例确诊患者心室复极高频波的异常改变
为了揭示室速、室颤和心电轴偏移患者是否有心室复极高频波异常改变,推动心室复极高频波理论研究与临床实践的发展,采用德国联邦物理技术研究院诊断心电数据库文件处理与无线遥测临床试验相结合的方法,获取了2例数据库文件处理室速、室颤患者和1例临床实测心电轴偏移患者的心室复极高频波图.研究结果表明:室速、室颤患者发病前心室复极高频波确有异常改变;心室复极高频波在心电轴移诊断方面能提供常规心电图无法获取的细节信息,有助于发现心电轴偏移的根源所在.
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各向异性松质骨压缩模量和强度的数值预测
基于有限元参数化建模方法,用各向异性十四面体单胞模型来模拟棒状骨小梁构成的松质骨微结构;通过数值计算,给出压缩模量预测与已有实验结果的比较;基于该模型,进一步对松质骨的表观压缩强度进行数值预测.结果表明:各向异性十四面体单胞模型能有效地用于松质骨压缩模量和强度的数值预测,预测结果与实验数据及经验公式相吻合;相对于利用模量对强度进行预测的经验公式而言,研究所用的有限元方法能够反映各向异性对松质骨强度的影响,从而在一定程度上解释实验中强度数据的分散性.
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心电T波电交替检测算法综述
现代临床研究表明,T波电交替(TWA)是一项预测心源性猝死的重要指标.自TWA现象被发现以来,相继出现了很多TWA检测的算法,大体上可以分为频域法和时域法两大类.文中对这两大类典型算法进行系统的分类阐述,讨论它们的优缺点;对其他算法做简要论述;后探讨了影响TWA检测的因素以及TWA检测算法的发展方向.
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生物医学异构数据库集成的研究进展
随着生物医学的快速发展,不断地涌现出许多生物医学数据库.将这些相互独立的数据库有机地组织在一起,对于提高一个学科或领域的整体知识水平,以及对该学科或领域进行更深入、更全面的理解是十分重要的.数据集成可以实现数据更广泛的共享和更有效的利用,已经成为生物信息学的核心研究内容之一.介绍生物医学异构数据库集成的方法，综述生物医学异构数据库集成领域内新的研究进展,且讨论和总结各种方法的特点及使用条件.
| 年 | 期数 |
| 2018 | 01 02 03 04 05 06 |
| 2017 | 01 02 03 04 05 06 |
| 2016 | 01 02 03 04 05 06 |
| 2015 | 01 02 03 04 05 06 |
| 2014 | 01 02 03 04 05 06 |
| 2013 | 01 02 03 04 05 06 |
| 2012 | 01 02 03 04 05 06 |
| 2011 | 01 02 03 04 05 06 |
| 2010 | 01 02 03 04 05 06 |
| 2009 | 01 02 03 04 05 06 |
| 2008 | 01 02 03 04 05 06 |
| 2007 | 01 02 03 04 05 06 |
| 2006 | 01 02 03 04 05 06 |
| 2005 | 01 02 03 04 05 06 |
| 2004 | 01 02 03 04 05 06 |
| 2003 | 01 02 03 04 05 06 |
| 2002 | 01 02 03 04 05 06 |
| 2001 | 01 02 03 04 05 06 |
| 2000 | 01 02 03 04 |
| 1999 | 01 02 |
| 1998 | 01 02 |
| 1994 | 04 |
