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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基于运动跟踪获取人体呼吸曲线的初步研究
4D-CT的实现需要在采集CT图像的同时,同步获取患者的呼吸曲线,再据此对CT图像进行排序和三维重建.本研究提出一种基于运动跟踪获取人体呼吸曲线的方法.即在人体腹部贴上标记物,用两台摄像机在CT扫描过程中成正交位同步跟踪呼吸运动,将得到的视频提取为单帧图像,利用区域生长算法提取标记物的质心,并跟踪质心的运动,描绘坐标的任意维度与时间的关系曲线,即得到的呼吸曲线.通过此方法获得了正常人在深呼吸时的呼吸曲线,并在该曲线上确定了屏气模式下7个时相点的位置,腹部表面在z轴方向上的运动幅度大,约为3.5 cm.实验结果表明该方法切实可行,并且相比于其他的呼吸信号提取方法,具有简单易行的优点.
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基于遗传算法反求耳结构弹性模量
本研究通过力学反问题原理,利用已知的位移求解耳结构弹性模量.随机产生遗传算法的初始种群,使用自编的Matlab算法程序,对初始种群进行遗传迭代计算,把已知的目标位移与种群位移的均方差作为目标函数,以目标函数值小控制迭代进化的方向.通过耳结构的鼓膜凸和镫骨底板2个控制位移以及砧镫关节周围的8个控制位移这两个算例求解正常砧镫关节的弹性模量,并使用耳结构的鼓膜凸和镫骨底板2个控制位移求解病变砧镫关节的弹性模量.结果表明,使用基于遗传算法的反问题方法计算耳结构的弹性模量是可行的,并且具有稳定性和不受结构力学性能影响的特点,相对误差分别为0.05%和0.2%、0.03%,可为临床病变耳提供有效的力学参数.
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新一代重组人粒细胞集落刺激因子的工业化发酵、复性和纯化
工业化大规模发酵、复性和纯化突变型人粒细胞集落刺激因子(rhG-CSFa),并测定其体外生物学活性.利用定点突变和DNA重组技术获得突变型G-CSF(rhG-CSFa).通过40 L发酵罐发酵基因工程菌株获得rhG-CSFa包涵体,经过一系列透析后,通过离子交换柱和分子排阻层析进行纯化,并使用高效液相色谱技术对纯化后的rhG-CSFa进行纯度分析.利用G-CSF依赖细胞株(M-NFS-60)测定纯化后的rhG-CSFa体外活性效价.结果表明,rhG-CSFa表达量占全菌蛋白的31.2%,通过优化复性条件,rhG-CSFa复性率达到11.36%,纯化后rhG-CSFa的纯度达到99.11%.体外活性实验显示,与野生型G-CSF相比,rhG-CSFa在相同浓度下能诱导NFS -60细胞株获得更高的细胞增殖率.rhG-CSFa工程菌株能够高表达rhG-CSFa,可用于工业化大规模生产,生产的rhG-CSFa具有较高的生物活性、稳定性和纯度.rhG-CSFa大规模生产的成功为该药物未来的临床运用打下了良好的基础.
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胶原/丝素电纺纳米纤维膜体外培养肝细胞的研究
本实验采用静电纺丝技术制备胶原/丝素纳米纤维支架,对支架上培养的人肿瘤肝细胞HepG2进行形态学观察、细胞功能和代谢功能检测.胶原/丝素纳米纤维支架以六氟异丙醇(HFIP)为溶剂通过静电纺丝技术制备,5种支架材料胶原和丝素配比分别为10∶0、7∶3、5∶5、3∶7、0∶10.扫描电镜结果显示制备的纤维平均直径在550 ~1100 nm之间,随着丝素含量的增加纤维平均直径增加.细胞培养结果显示HepG2细胞在材料表面生长状态良好并与支架材料紧密结合.随培养时间延长,常规培养组细胞在第5d后逐渐死亡,失去细胞功能,胶原/丝素纳米纤维支架组细胞在4~9d内能够维持稳定状态,其尿素合成、蛋白分泌与常规培养组有明显差别,其中丝素含量为50%组的细胞状态和细胞功能高于其它组.实验表明胶原/丝素纳米纤维支架材料细胞相容性良好,较之常规培养细胞增殖效果明显,维持功能表达时间延长,有望用于改善人工肝生物反应器中的细胞活性,维持细胞功能表达.
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基于真实解剖模型的心脏导管射频消融有限元仿真
利用有限元方法对心脏导管射频消融过程进行仿真,并对消融区的温度分布和损伤尺寸进行估算是当前研究的热点.目前绝大多数研究都集中在对简单模型的仿真,没有考虑到真实心脏的解剖结构,然而消融的结果与射频电极插入处的心脏形状密切相关.为研究心脏解剖结构对消融结果的影响,本研究提出利用真实病人的CT心脏数据进行有限元分析.首先,利用获取到的心脏内壁的结构网格,构建更接近真实环境的模型,同时支持电极插入位置和接触模式的任意设置.然后,通过M atlab调用COMSOL脚本语言进行生物热传导的有限元仿真分析,采用Pennes热力学方程并使用50℃作为损伤界定标准,获得消融区的温度分布和损伤尺寸的仿真结果.仿真结果发现:由于心脏结构的不规则导致损伤区域的轮廓并不完全对称,消融损伤区域的尺寸随着电极偏转角度和深度的变化而不同,其大小与电极偏转角度和插入深度正相关.这些发现表明,本研究所提出的方法可根据心脏结构估算特异性的损伤结果.
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6岁儿童头部有限元模型的构建与验证
借助6岁儿童医用头部CT扫描图片,通过图像分析处理,提取几何参数,重构生成三维几何模型.对几何模型进行有限元前处理,构建了一个6岁儿童头部有限元模型.模型中包含颅骨、骨缝、脑脊液、大脑、小脑、脑干、脑室等各个器官,共有44 886个节点,11 675个壳单元,37 482个六面体单元.各器官材料属性采用来自参考文献的数据.仿真分析计算中,力加载时窗为11 ms时,模型的CPU计算时长低于1h.采用Nahum尸体实验数据与仿真结果进行对比.仿真分析结果显示:成人头部撞击时撞击压与对撞压的形成规律同样适用于儿童头部碰撞.在7 900 N力作用下,尸体头部撞击侧大压应力为140 kPa,对撞侧大压应力为- 60 kPa,而儿童头部的值分别为220.2 kPa和-135.2 kPa;在HIC值均为775的作用下,成人头部撞击侧和对撞侧大压应力分别为140 kPa和-60 kPa,而儿童头部的值分别为160 kPa和-89 kPa.这表明,在相同作用力或HIC值下与成人相比,儿童头部更容易受到损伤.
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基于高频双向电流的神经选择性兴奋
安全有效的神经选择性兴奋方法具有重要的科研和临床应用价值.提出使用单相位内小电量高频双向电流进行神经选择性兴奋,并在基于Frankenhaeuser-Huxley(F-H)方程的有髓神经单电缆神经纤维模型上进行仿真实验.小电量电刺激信号由具有一定频率的高频电流和具有一定延迟时间(d)的测试脉冲组成.通过改变测试脉冲出现的时间延迟(d)和高频电流频率,探讨选择性兴奋5 ~ 16 μm范围内某一直径附近神经的可能性.结果显示,高频双向电流刺激停止后,较粗神经的兴奋阈值升高幅度较大.当延迟时间d为0.83、0.84、0.85、0.86、0.87、0.88和0.90 ms时,电刺激可以分别实现对5、7、8、9、10、11和15μm附近神经的选择性兴奋.当高频电流频率为5、6、7、8、9和10 kHz时,电刺激可以分别实现对7、8、10、11、14和16 μm附近神经的选择性兴奋.相对于其他神经选择性兴奋方法,本研究使用的电刺激波形具有电量小的特点,对于提高神经电刺激的安全性、延长电刺激时间具有重要的意义.
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融合实时超声影像的多模态肌肉运动特性研究
人体肌肉活动是一个复杂过程,常用的研究方法包括肌电信号、肌音信号、超声影像等.提出一种多模态方法,联合这三种信号对肌肉活动特性进行研究.研发了多通道运动信号采集系统,对包括超声影像在内的多种信号进行实时同步采集.开发了一种新的图像追踪算法,实现肌肉边界的自动追踪.对膝关节伸展时股直肌等长收缩的情况进行研究,对采集的各种信号进行特性分析,并联合多种参数对关节力矩进行估计.研究表明,这三种 信号的线性组合与关节力矩之间存在显著的线性关系,拟合度达到0.99,高于分别用3种信号进行线性拟合的情况.与单独研究一种信号相比,这种多模态的方法能提供更多关于肌肉运动的信息,为进一步深入研究提供一种可行的方法.
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基于小波分析的人体平衡指标提取方法研究
为了定量评测人体的平衡能力,本研究以典型的二阶系统为模型结构,对采集得到的脉冲激励下的重心波动信号进行连续小波变换,计算出人体在外部激励下恢复原平衡状态下的调节时间,并以此作为评价平衡能力的指标.与解析法相比,此方法削弱了局部数据信息中随机干扰对结果的影响,将模型拟合度提高了近20%,可实现人体平衡指标准确提取.通过对100个样本多方向激励下调节时间的计算,验证了此方法的可行性,并统计出正常人平衡调节时间的参考范围为2-20 s.
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基于Typodont模型的MDD与MBT矫治器排齐阶段切牙三维移动变化研究
在Typodont模型上分析MDD与MBT矫治器排齐阶段切牙的三维移动变化,为固定矫治器的改良及应用提供参考.以安氏Ⅱ类1分类错(牙合)为标准,硅橡胶取印模后,加入树脂牙和蜡制作相同的Typodont模型10副,MDD和MBT每组各5个样本.采用ATOS流动光学三维扫描仪,获得初始的三维数字化模型,以Typodont颌架底座定位确定数字化水平向、矢状向及垂直向三维坐标系.45℃恒温水浴下依次使用0.36、0.41、0.46 mm镍钛圆丝排齐20 min,每次水浴后扫描模型获得新的三维数字化模型.Geomagic软件以三维坐标系为重叠标志将每次水浴后的三维数字化模型与初始数字化模型重叠,重叠后通过色图分析得出8颗切牙近远中切角点发生的三维移动变化.应用SPSSI7.0软件包对实验数据进行t检验.结果表明:水平向,37%的标志点负方向移动,75%的数据有统计学差异(P<0.05),其中MDD组移动变化小的占81.5%;矢状向,91.7%的标志点唇向移动,83.4%的数据有统计学差异(P<0.05),其中MDD组移动变化小的占73.3%;垂直向,所有标志点均为(牙合)向移动,86.1%的数据有统计学差异(P<0.05),均为MDD组移动变化小.安氏Ⅱ类1分类错(牙合)排齐阶段使用MDD矫治器具有轻力矫治的特点,并可缓解切牙唇向、(牙合)向的不利移动.
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复杂性腰椎管狭窄症减压和椎间融合的有限元分析
精确建立复杂性腰椎管狭窄症LSS的退变腰椎有限元模型,进而分析减压手术结合椎弓根内固定、椎体间盘融合的效果.选取复杂性LSS患者采集CT数据,采用专用生物力学软件建立退变腰椎全节段模型,自适应划分网格并交互生成附属组织结构,同时构建正常腰椎模型和三种手术治疗模型,用相同边界条件进行对比分析.复杂性LSS模型活动度比正常模型减少20%左右;而单纯减压模型出现不稳,活动范围增加近40%;结合椎弓根内固定稳定性部分提高、活动范围只增加25%,而进一步结合椎体间盘融合后腰椎弯曲刚度超过正常模型.在应力方面,单纯减压的应力出现较大增加、达到1.7倍左右,结合椎弓根内固定和椎体间盘融合有比较明显的减压作用.显示单纯的减压手术虽然可以缓减神经疼痛,但可能进一步造成腰椎稳定性的破坏,结合椎弓根内固定不能提供全面的稳定性,进一步结合椎体间盘融合的治疗效果比较稳定.
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一种生物相关性优先的两步卵巢癌化疗疗效敏感基因选取方法
作为卵巢癌主要诊疗手段之一的化疗,费用昂贵,副作用大,且患者反应的个体差异很大.本文提出一种首先依据诊断结果(卵巢癌化疗疗效)相关性进行特征选择,然后利用蒙特卡洛方法对特征基因排序,终建立预测化疗反应模型的方法,克服了过度依赖分类率的弊端.首先利用奇异值分解,基于散点图和Kolmogorov-Smimov test(K-S test)的定性和定量分析非生物因素对基因表达谱的影响,结合化疗反应样本的聚类图进行基因筛选;然后采用基于信息增益的随机森林方法精选基因,得到与化疗相关的敏感基因.实验结果表明,此方法与经典方法( SVMRFE、T-test)相比,所选取出的特征基因具有较好的分类能力且保持稳定;从生物学角度分析显示,此方法所得到的敏感基因与化疗疗效的联系更加紧密,50个基因中,有4个( NR2F2、CLDN3、PURA、ClORF38)直接与卵巢癌相关;17个(US01、TCF7L2、NR2F2等)与肿瘤或癌症直接相关,或与肿瘤密切相关的生物过程(例细胞生长与繁殖、新陈代谢、细胞循环、DNA修复等)相关.
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非局部主成分分析极大似然估计MRI图像Rician噪声去噪
由于MRI图像中噪声呈Rician分布,直接使用现有针对高斯噪声的去噪方法将引入误差.基于此本研究使用Rician噪声模型改进现有极大似然估计去噪的高斯模型,同时引入非局部主成分分析,在非局部区域选择灰度和纹理均具有较高相似性的像素进行优复原估计.使用非局部主成分分析不仅克服现有局部性去噪方法模糊边界的缺陷,而且具有更高的图像细节信息复原能力.分别应用所提出的方法、局部极大似然估计去除Rician噪声方法、采用参数修正非局部均值去除Rician噪声方法、无特定噪声模型的全变差方法,对不同噪声等级和不同纹理复杂度的图像进行定性和定量的去噪实验.结果表明,所提出的方法可在保持图像细节和纹理信息的前提下有效去噪,较之现有方法效果更好.
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应用共词分析法揭示生物医学工程领域的研究主题
基于期刊论文关键词,探讨共词分析法揭示生物医学工程领域研究热点及其主题结构的适用性.首先利用CNKI和万方数据知识服务平台,检索《国际生物医学工程杂志》、《生物医学工程学杂志》和《中国生物医学工程学报》3种期刊自创刊到2011年12月5日刊载的中文文献,得到有效论文11 574篇,共包含34 221个关键词.然后经过数据清洗,从中提取出38个高频关键词,总频次为16 968次.并以此为基础,利用TDA软件制作关键词共词矩阵,将其导入SPSS和Ucinet软件生成聚类和共词网络图谱.后结合聚类和共词网络图谱将主要研究内容分为5个方面,其中生物材料、人工器官与组织工程领域包含12个高频关键词,占高频关键词总频次(简称总频次)的34.7%;生物力学领域包含7个高频关键词,占总频次的11.4%;生物信号及医学图像领域包含9个高频关键词,占总频次的25.7%;信号测量及超声诊断应用领域包含5个高频关键词,占总频次的12.1%;其它领域包含5个高频关键词,占总频次的16.1%.研究结果可较为客观地反映生物医学工程领域的研究热点及其主题结构,为科研人员分析生物医学工程领域及其子领域的主题结构及研究趋势提供一些思路.
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阵发性和持续性房颤的分类方法研究
目前,人们对房颤维持和终止的机制还没有完全了解,因此对阵发性房颤和持续性房颤的分类具有非常重要的研究意义.鉴于此,本研究提出一种新的分类方法.根据主成分分析从单导联心电信号中提取出房颤信号,其次计算提取到的房颤信号的特征,后用分类器对阵发性和持续性房颤进行分类.提出将房颤波的复杂度作为房颤波波动复杂度的表征.对阵发性和持续性房颤分类的实验结果表明,预测的总正确率是90%.在1 000次随机性实验中,高分类正确率可达到92%,平均正确率为77.12%.该方法可以很好的对两类房颤进行分类,对预测房颤的自发性终止有一定的指导意义.
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基于中枢模式发生器控制的电刺激步行康复系统设计与实验
研发功能性电刺激(FES)康复系统来实现下肢瘫痪病人的行走运动.控制器采用基于中枢模式发生器(CPG)的仿生控制机理.针对基于递归神经振荡器的CPG模型,研究关键参数(激励性输入、时间常数、感觉反馈、输出阈值)对CPG输出幅值、频率、相位以及占空比的影响.建立包含12个神经元的CPG网络,以控制双腿的4个关节(左/右髋关节和膝关节)和八组肌群(左/右髂腰肌、臀大肌、股直肌和腘绳肌).所搭建的实验系统和平台,包括悬吊减重系统、助行系统、电刺激系统和运动检测系统.在正常受试者参与的实验中,受试者在CPG控制的电刺激作用下产生非自主行走运动.实验结果表明,受试者双腿的髋关节和膝关节角度与正常人自主行走时的数据达到定性吻合,验证所设计的CPG控制器在FES康复系统中的可行性与有效性.
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基于快速平稳小波变换的特征提取方法分析fMRI数据
多尺度特征提取方法( MFE)利用离散小波变换,通过只重构有用信号所在小波尺度的方式,有效去除了fMRI数据里的干扰成分.但部分尺度重构会导致混频发生,而离散小波变换的结果对小波选取比较敏感.为此,本研究把有用信号低频率所对应的小波尺度选为舍弃尺度,利用平稳小波变换矩阵算法代替常规的逐体素算法,用sym2、syml0和sym20等3个小波分析了视觉组块型和事件相关型fMRI试验数据.结果显示,所选舍弃尺度的方法避免了混频现象,3个小波给出了相同的且比SPM8更好的分析结果.在时间消耗上,3个小波基于矩阵算法分析一个被试的组块型数据只耗时61 s,sym2基于逐体素算法耗时42 min,SPM8耗时63 s.因此,所提出的方法是一种实用性更强的MFE方法.
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血液透析数据集成采集技术的研究
研究血液透析机的内置和外置通讯设备,实现透析机系统数据集成采集,建立智能化血液透析信息系统,对于提高透析质量具有十分重要的意义.本研究实现的血液透析系统数据集成采集设备,可将透析机的各项参数实时传输到患者的透析记录中,并自动存贮数据,方便医务人员实时监测患者透析过程中的情况,免去手工记录数据的工作,从而提高工作效率.其硬件采用32位高速嵌入式处理器、大规模闪速存储技术和表面封装技术(SMT)工艺设计;软件采用实时操作系统Vmax构建应用平台,应用软件采用C语言编制,可实现与各种血液透析机数据同步的功能,并可通过专用网络向上位计算机实时传输透析机在治疗过程中的各种治疗数据和血液透析机的运行参数.实际应用表明,该血透数据集成采集技术具有成本相对较低、临床适用性好等特点,具有较好的应用前景.
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基于Log-Euclidean矩阵的脑白质扩散张量场的正则化处理
在临床诊断时为了较快获得数据,扩散张量图像的质量常常不能得到保证,其正则化处理特别重要.为此,本研究提出一种基于Log-Euclidean矩阵的新算法对张量图像进行评估预处理,首先对张量特征值进行自然指数运算以实现张量场到Log-Euclidean矢量场的转换,再通过有限差分法计算矢量场梯度函数小值,从而实现矢量场的去噪平滑,之后对矢量场取自然对数运算映射回张量空间.在1名志愿者脑扩散张量图像上进行白质纤维束跟踪测试,结果表明该方法有效避免了白质纤维柬跟踪中杂从的出现,提高了跟踪平滑性.
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基于汉英语码转换的ERP信号特征提取研究
本研究的目的是应用事件相关电位(ERP)技术,探索汉英语码转换的机制,以提高汉英双语表达和双语教学的水平.首先,采用一种基于时间间隔因素的语码转换范式和脑电信号采集技术,提取了汉英语码转换的ERP信号;随后,对预处理后的ERP信号提取了5种特征:潜伏期、波峰值、功率谱、小波子带能量和小波熵;其中,前两种特征是大多数语码转换的研究中主要提取的特征,后3种是结合随机信号的特征提取算法提取的新特征;后,采用特征分布图和三因素重复测量方差分析表对5种特征分析讨论.3种新特征的结果表明,长间隔的N2效应大于短间隔的,且时间间隔因素的零假设成立的概率均小于0.05,主效应达到显著水平;但潜伏期、波峰值的分析中未出现前面现象,说明3种新特征比潜伏期、波峰值更有效.通过分析3种新特征,可得出结论:长间隔的N2效应比短间隔的显著,验证了盛行的抑制假说.
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4种腔内隔绝术用覆膜支架老化特性的比较研究
针对4种不同品牌的腔内隔绝术用覆膜支架(SG),在临床使用后表现出的不同程度和不同类型等老化现象,从组成SG的织物覆膜、金属支架及其缝合线等3个方面,以及织物覆膜的表观性能、纺织结构性能和力学性能等3个层次,分析比较了4种SG各自的结构特点和性能优势.研究表明,较低的纬向紧度(55.09%)易引起经纱滑移,而较高的织物紧度( 114.55%)可保证织物组织结构的稳定性.同时金属支架和织物覆膜的缝合方式也在一定程度上影响了SG整体稳定性.通过比较4种SG老化特性,得出了SG优化结构,建议织物覆膜采用复丝纱线,纬向单纤维拉伸性能较好的纱线会提升SG力学稳定性;金属支架采用“Z”形环状支架较菱形网状支架更有利于发挥支撑作用.研究结果提示了建立预测SG老化性能的体外疲劳模拟系统的必要性.
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基于光电容积脉搏波描记法的无创连续血压测量
为了摆脱传统血压计充气袖带的束缚、实现长期连续的血压监测,很多学者开展了基于PPG实现无创、连续血压监测的研究.阐述基于光电容积脉搏波描记法( PPG)实现无创、连续血压测量的基本原理.将当前基于PPG无创血压监测的研究分为3类,分别为心电(ECG)与PPG结合的血压测量技术、两路PPG结合的血压测量技术、脉搏波特征参数血压测量技术,分析这3类技术的基本测量原理、测量精度及其优缺点.在此基础上,论述基于PPG实现无创、连续监测血压的发展方向.
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中英双语者脑功能的研究方法
中英双语者脑功能的研究方法涉及到心理学、电生理和现代影像学技术等多种研究手段.研究中英双语者脑功能对于探索双语的神经基础,对指导外语教学与学习,以及治疗各种语言功能障碍均有重大意义.文中针对中英双语者脑功能研究手段与评估方法进行了分析总结,比较了各种方法的优缺点,并对该领域的发展趋势进行了展望.
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基于脑电的情绪识别研究综述
情绪是综合了人的感觉、思想和行为的一种状态,在人与人的交流中发挥着重要作用.情绪识别是通过获取人的生理或非生理信号对人的情绪状态进行自动辨别,以实现更加友好和自然的人-机交互.基于脑电的识别方法是一种常用且有效的情绪识别方式.文中从脑电获取及预处理、特征提取和特征选择、情绪模式的学习和分类等几个方面,介绍了基于脑电的情绪识别的研究进展、应用前景以及目前存在的主要问题.
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1999 | 01 02 |
1998 | 01 02 |
1994 | 04 |