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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基于独立成分分析的时间自相关方法在功能磁共振激活区自适应提取中的应用
传统基于ICA的激活区检测手段是将分离后的独立成分与参考信号做相关性分析.实际问题中,不同区域的脑血流动力学响应情况不同,因此往往得不到标准的参考信号.针对此类问题,提出时间自相关方法(TSC)与ICA方法结合,在不需要参考信号的情况下,通过检测体素点各周期的时间序列相关性,对fMRI数据进行激活区提取.应用5-邻域ICA方法对fMRI数据逐点处理,然后应用时间自相关算法检测各时间序列周期间的相关性,选择大的自相关系数作为该体素点的信号值.再通过2变换将相关系数分布转换为服从N(0,1)的Z分布,提取出具有显著性差异(a=0.05)的激活区.将自相关算法应用于仿真数据和12组双手握拳运动的真实fMRI数据的处理,结果表明该方法能够准确提取出仿真数据中的激活区.对真实数据的处理,该方法在空间准确性上与GLM方法无显著性差别(0.465 3±0.136 8 vs 0.490 5±0.134 1),在时间准确性上显著优于GLM方法(0.636 4±0.011 1 vs 0.369 2±0.010 9),具有良好的脑功能激活区检测及空间定位能力.
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多通道电阻抗方法胃动力测量机制研究
建立多通道电阻抗信号与胃收缩传导过程的关系,明确生物电阻抗方法检测胃动力的测量机制.应用COMSOL软件建立圆柱容积导体模型,模拟胃环行肌收缩传导过程,进行电磁场正问题仿真计算,获取边界测量电压波形.设计专用实验装置,制作了不同电导率的三层琼脂模型,模拟胃部和胃收缩扰动,完成盐水槽动态模拟实验.仿真研究结果表明,轴向和径向激励模式下,边界测量电压波形清晰显示了胃收缩发生的部位及传导过程,相邻通道间存在明显的相位差.模拟实验结果中,对于电导率为1.35 S/m的被测琼脂模型,轴向激励模式各测量通道出现双波谷的时间差约为9 s;径向激励模式各测量通道出现双波谷的时间差约为6 s,与各测量通道的电极安放位置和间距正好相对应.胃内容物为高电导率和低电导率情况下,边界电压波形的变化趋势相同,方向相反.参数δ,U和Umax/Umin定量评价结果表明,靠近激励电极的测量通道,电压敏感性和均值较高.多个通道测量的电阻抗信号,能够有效地反映胃内容物电导率的变化、胃不同部位的收缩、以及胃运动传导的时相关系.
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大鼠海马神经元群体对于高频电刺激的响应
脑深部电刺激(DBS)在帕金森和癫痫等疾病治疗中的应用不断发展,但DBS对于神经元的作用机制尚无定论.为了研究DBS对于大脑神经网络的作用,在麻醉大鼠海马CA1区的输入和输出轴突纤维上,分别施加正向和反向高频电刺激(HFS),考察CA1区锥体神经元的同步动作电位(即群峰电位)发放情况.结果表明,50 Hz的正向HFS可以诱发持续发放的群峰电位,而100和200 Hz的正向HFS诱发的群峰电位却要少得多.在不同频率的反向HFS中,每个刺激脉冲均诱发群峰电位,但它们的幅值逐渐减小;而且,刺激频率越高,幅值减小得越快.可见,作用于轴突的HFS对于上游和下游神经元群体都具有兴奋作用,但频率越高,兴奋作用越小.这些结果,对于深入了解DBS的作用机制以及安全有效地推广其临床应用都具有重要的意义.
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基于记忆学习法的放疗中呼吸运动预测技术的研究
对胸腹部肿瘤进行实时跟踪放疗时,需要通过预测来补偿系统延迟.然而,由于呼吸运动的复杂性,传统方法难以满足要求.本文应用一种基于记忆学习法进行呼吸预测,该方法首先存储训练数据到记忆中,然后查找相关数据应答当前查询.在此基础上,采用“滑窗法”动态更新训练数据集,并针对预测过程中出现的“病态矩阵”采用脊回归进一步改进算法,使算法的精确性和鲁棒性有了很大提高.实验使用POLARIS红外定位系统采集了10例正常人体表的红外反射标记物的呼吸运动数据样本,平均幅度约为20 mm(9.2 ～37.8 mm),采用改进后的基于记忆学习法(预测步长为1 s),平均绝对误差约为0.3 mm(0.08～0.8 mm),每次估值耗时约1 ms.所提出的方法能够准确和实时捕捉复杂的呼吸运动轨迹.
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鱼皮胶原蛋白海绵组织相容性的体内实验研究
为评价鱼皮胶原蛋白海绵作为植入型生物材料的组织相容性,对草鱼皮胶原海绵的体内细胞附着性、免疫原性、致炎性、稳定性与形变进行了实验研究,并与猪皮胶原海绵相比较.鱼皮酸溶性胶原蛋白(FA)、鱼皮酶溶性胶原蛋白(FP)和猪皮酶溶性胶原蛋白(PP)海绵均为细纤维组成疏松多孔显微结构.2mm× 2mm×8mm杆状胶原海绵植入SD大鼠后肢(每组n=6)长收肌1周,3种材料内部均有大量有核细胞入驻.比较炎性细胞浸润面积,FP组((7.93±0.77)mm2)与PP组((7.49±1.03)mm2)没有显著差异,FA组((9.81±1.42)mm2)与其他两组具有显著性差异.FP组材料截面变形但边缘清晰,疏松纤维结构完整.FA组材料边缘模糊,内部见散在断裂纤维.PP组材料边缘已失去,未见纤维结构.昆明小鼠(每组n=5)接受胶原蛋白溶液注射后检测血清特异性IgG水平,酶联免疫吸光度值FA组(0.602±0.036)、FP组(0.518±0.019)、PP组(0.390±0.085),仅FA组与PP组间有显著性差异.以上结果显示三种材料均适于细胞附着,FP的免疫原性及致炎性接近于PP,FP海绵体内稳定性好于FA海绵与PP海绵.实验结果表明3种检测材料中鱼皮酶溶性胶原海绵(FP)具有组织相容性优势.
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3D-EIT系统电极优化设计
探究三维电阻抗成像系统电极结构对数据测量及图像重建的影响.考虑到电极形状和电极在边界上的分布状态对成像效果的影响,在构建的3D电阻抗系统模型及层间准对角激励相邻(QBD)测量工作模式下,对方形电极(Ⅰ型)、圆形电极(Ⅱ型)、同心圆复合电极(Ⅲ型)和方圆复合电极(Ⅳ型)4种形状电极,就0.2到0.7之间8种不同电极占空比(DR)情况进行对比研究.采用重建图像的相关度R,敏感场的灵敏度均匀性P,测量电压动态范围D进行评价.对比结果表明,在DR为0.4～0.5之间,4种电极结构下的图像相关度R均优于其他DR情况,而且Ⅳ型电极的R和P指标略优于Ⅰ～ Ⅲ型,但复合型电极(Ⅲ和Ⅳ型)在DR为0.3和0.35时边界测量电压动态范围D偏大,稳定性差.对三维场域中5个高度不等(7.5～30 cm之间)、电导率相同的物体,采用共轭梯度算法进行图像重建.数据经归一化处理,截取2个电极层、1个电极间层及2个电极外层共5个等间隔的不同断层图像进行对比,4种电极模型下的成像结果均与真实分布相吻合,Ⅳ型电极所成图像伪影略小,效果较好,与指标评价结果一致.本研究为QBD模式的三维电阻抗成像系统确定了电极形状及电极分布,为进一步研究三维空间的电阻抗分布奠定基础.
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基于细胞3D打印技术的肿瘤药物筛选细胞芯片研究
现有的药物筛选评价技术中,动物筛选模型存在种属差异和周期长等缺点,高通量筛选和细胞筛选模型则与体内环境差异大,药物筛选准确率低.细胞3D打印技术为在体外构建仿真的组织器官模型提供了可能,当其与细胞芯片技术结合则为体外构建高效准确的药物筛选模型提供了新的技术空间.本研究构建了含有多个叉指电极(IDEs)阵列的细胞芯片,用细胞3D打印技术在芯片上组装了卵巢癌细胞HO-8910和人肝间充质干细胞HMSC-H组织模型,并通过对组织模型内细胞阻抗变化的检测,反映细胞生长、贴附、增殖、凋亡的过程及药物对细胞活性的影响等,终基于该模型检测了抗癌药物顺铂和环磷酰胺对肿瘤细胞的杀伤和肝毒性.结果显示:支架微丝直径和孔径约为200～300 μm,肿瘤细胞和肝细胞在三维结构里生长良好;DMEM作为电解液,芯片在104Hz可准确检测到三维结构中细胞增殖引起的阻抗变化,20 h后阻抗升高69.6％;基于该筛选模型,能同步检测到药物的抗肿瘤作用和肝毒性,并筛选出需要肝的二次代谢产物才能产生抗肿瘤性的药物环磷酰胺.
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一种面向诊疗协议的知识表达及转化方法
基于佳循证依据来规范医疗行为,能够有效提高医疗质量和保障医疗安全.而各类循证医学诊疗协议(如标准医嘱集和临床路径),在临床实践中并未得到普遍认可和广泛利用,其中一个重要原因是诊疗协议在临床信息环境中被简化为套餐式的医嘱集,缺乏对于个体的适应性和复杂知识的执行力,因此被临床工作者称为“菜谱医疗”.本论文提出一种诊疗协议的知识表达和转化方法,在支持传统规范化表达的临床诊疗协议的同时,能够管理、调用和集成各类个性化的临床决策支持应用,以支持个性化执行和完成复杂医学知识的转化.基于此方法设计和实现了一个临床知识转化平台,通过与临床信息系统的集成可以智能推荐诊疗方案,并提供可扩展的个性化执行环境,允许以插件的形式转化复杂临床循证知识,为个性化和精细化的循证医疗提供了一种技术解决方案.
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基于空间FCM与MRF方法的乳腺MRI序列三维病灶分割研究
针对乳腺DCE-MRI病灶分割,提出一种空间FCM聚类与MRF随机场相结合的三维分割方法.首先,对MRI图像进行空间FCM粗分割,提取病灶粗轮廓.然后,在其基础上进行MRF精分割,并结合病灶三维信息:用相邻切片分割结果对应标号矩阵初始化MRF精分割标号场,同时用该张切片粗分割所得隶属度矩阵对MRF精分割进行参数自适应调整.用该方法与空间FCM、水平集、模糊MRF方法对50例MRI数据进行分割对比实验,得到良、恶性病灶分割重叠率分别为76.4％、75.5％;相比于空间FCM的68.7％、69.5％,水平集的70.8％、72.6％以及模糊MRF的72.9％、73.6％有明显提升.对所有175例MRI数据分割结果进行非监督评价,得到良、恶性病灶区域均匀性均大于0.92;区域内差异性良性病灶92％小于150、恶性病灶98％小于150;区域间差异性良性病灶87％大于0.25、恶性病灶90％大于0.3.综上表明,该方法具有较高的分割精度.
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基于运动估计的肺4D-CT图像冠矢状面超分辨率重建
肺4D-CT在肺癌放射治疗中发挥着重要的作用,但肺4D-CT数据层间的分辨率低,导致每个相位3D数据的肺冠矢状面均为低分辨率图像.本研究提出一种基于运动估计的超分辨率重建技术,以提高3D数据的冠矢状面图像分辨率.首先,分析图像退化模型;然后,采用基于完全搜索块匹配的运动估计法,估计出不同“帧”肺冠矢状面图像之间的运动场;后,以此运动场为基础,采用迭代反投影法(IBP),重建高分辨率的肺部冠矢状面图像.使用一个公共可用的数据集来评价所提出的算法,该数据集由10组肺4D-CT数据组成,每组数据包含10个相位.在每组图像中,选取不同相位的冠矢状面图像进行实验.结果表明,与传统的插值方法(如近邻插值、双线性插值法)相比,图像边缘宽度均显著降低(近邻插值9.93±0.59,双线性插值8.04±0.69,新算法5.41±0.60,P＜0.001);较双线性插值,图像平均梯度显著提高(5.41±0.59 vs 7.49±0.75,P＜0.001),新方法不仅能获得视觉上清晰的图像,而且量化评价指标也有明显提高.主观和客观实验结果表明,所提出的新方法能有效提高肺4D-CT冠矢状面图像的分辨率.
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基于N线模型的超声探头自动标定方法
在超声引导下的介入治疗等应用中,利用三维定位系统跟踪超声成像平面的位置和姿态,从而定位病灶位置.对超声探头与定位系统的传感器间的空间变换关系进行标定,是影响整体系统精度的重要环节.广泛应用的基于N线模型的标定方法要求手工拾取超声图像中亮斑标志点的坐标并识别其对应的N线组编号.传统的人工点选方法容易引入主观定位误差和编号错误,且耗时较长.对此,提出一种预测标志点位置、在其邻域进行搜索、确定N形目标点坐标和编号的自动标定方法,以提高探头标定的精度和效率.实验表明,新方法与传统方法相比,精密度从1.57 mm提高到0.63 mm,标定误差从2.66 mm降低到1.80 mm;处理每帧图像所需的平均时间为0.067 s,节省大量人工操作的时间,并保证标定的精度.
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应用脊椎CT个体化数据植入椎弓根螺钉器械研究
研究脊椎的CT个体化数据,研制椎弓根螺钉植入专用器械,用于椎弓根螺钉植入手术,提高植入准确率,缩短手术时间.根据椎弓根螺钉植入手术过程中,需要严格掌握椎弓根螺钉进针点位置及水平面角和矢状面角的要求,研制一种能够准确确定椎弓根螺钉进针点及水平面角和矢状面角的专用器械,在CT横截面图像上测量椎弓根轴线与骨结构表面的交点到棘突根部的水平距离,作为进针点左右方向位置参考,在CT矢状面上测量椎弓根轴线与骨结构表面的交点到横突中线的距离,作为进针点上下方向位置参考,利用上述距离数据,结合术中暴露的上述骨结构标志,确定进针点位置,在CT图像上测量每个脊椎椎弓根轴线的水平面角和矢状面角,记录脊椎椎弓根轴线的个体化数据,利用器械上的两个以进针点为顶点相互垂直的量角器,指导椎弓根螺钉植入的水平面角和矢状面角,快速准确完成椎弓根螺钉植入手术,在成人2男2女4具尸体的第三颈椎至第一骶椎上植入184枚铝合金椎弓根螺钉,验证椎弓根螺钉植入专用器械的使用效果.结果表明,在4具尸体标本的C3至S1脊椎上共植入了184枚椎弓根钉,进针点左右方向平均误差是(1.4±0.3)mm,头足方向平均误差是(1.6±0.3)mm,椎弓根螺钉水平面角平均植入误差是(1.8±0.5)°,矢状面角平均植入误差是(2.2±0.4)°,无一例椎弓根穿破或骨折.应用脊椎的CT个体化数据,借助椎弓根螺钉植入专用器械,可以使双侧椎弓根螺钉快速、准确地沿椎弓根中轴线对称植入,具有推广意义.
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增强型体外反搏对早期动脉粥样硬化斑块局部应力环境影响的实验与仿真研究
采用动物实验与数值仿真相结合的方法,研究增强型体外反搏(EECP)对发生早期粥样硬化斑块动脉的局部应力水平的影响,评价临床中该疗法增加粥样硬化斑块失稳的风险.首先以3.5月龄左右雄性猪2头为实验体,进行反搏前后状态的基础血流动力学在体测量,反搏压介于0.025 ～0.04MPa;进而建立血流动力学数值仿真模型,模拟斑块出现及生长过程中,EECP对其局部应力水平及应力震荡特性的影响.模拟计算结果显示,EECP使动脉的应力水平及应力震荡特性均有显著增加;早期小规模斑块的存在令局部应力水平进一步提升,但将降低应力的震荡水平.EECP使两实验体的动脉内压峰值水平高提升10.62％及16.18％,此时若动脉存在斑块(H=0.2D),其局部壁面切应力(WSS)峰值水平将分别提高135.54％及235.71％,震荡剪切指数(OSI)达到0.083及0.069.由于反搏产生的高舒张压明显提升了斑块的局部应力水平,同时反搏的“双脉冲”作用模式使动脉的OSI水平大幅增加,我们推测其慢性作用可能会促进斑块本身疲劳的进程,从而对斑块的稳定性产生不利影响;但EECP对心动周期里壁面切应力水平的提升可能对斑块本身的发展具有抑制作用.
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喉关节的建模及数值模拟研究
运用MIMICS软件对喉关节进行个性化三维数字模型重建,并对重建喉模型进行有限元分析.为后续对喉关节进行针对结构特点的细化建模、材料遴选和具有关节的人工喉软骨支架的生物3D打印提供必要依据.导入CT图像到MIMICS软件,对281层、层间距为1.25 mm的CT螺旋扫描图像进行图像去噪、分割和平滑处理,创建三维模型,对三维模型进行修复,得到完整、精确、清晰的喉关节三维模型.然后使用ANSYS有限元分析软件进行分析.验证主要还是通过与原始层片的比对.人体所有组织的灰度值都不相同,这个灰度在MIMICS中主要是阈值范围体现出来的.利用MIMICS软件不断试验找到喉关节的阈值范围,提取喉关节大概模型轮廓,此时的三维模型和真实人体喉关节外形结构差距比较大,所以需要利用各种方法不断对其相关处理,生成一个和人体喉关节结构相似的三维模型.获得了高精度的喉关节的三维模型,建立了三维坐标系下的可以从任意角度观察的健康人喉关节三维重建生物医学模型和三维有限元模型.该模型在外边轮廓上与真实喉关节具有较好的几何相似性,在喉发声上喉软骨和喉关节相互作用与真实喉关节具有很好的力学相似性.
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骨功能适应性重建模型及数值模拟
骨骼会受到力学因素的影响和调控,发生骨功能适应性重建.建立模拟骨重建的数值模型,定量地研究骨重建过程,有着重要的临床应用价值.目前,骨功能适应性重建模型可分为两大类:力学模型和生理模型.对这两类重建模型的原理、算法和应用等做详细论述.力学模型通过假设力学环境与骨结构之间的函数关系来预测骨重建,但不考虑其真实的生物学过程.基于不同的重建激励主要有两种力学模型:骨力学稳态模型和骨损伤修复模型.生理模型则试图从微观层次阐明骨重建的力学-生物学机制,骨重建是由破骨细胞、成骨细胞等各种骨组织细胞完成,有以基本多细胞单位的形式作用或细胞独立分开作用两种观点.这些重建模型结合有限元法应用在许多有关骨重建问题的数值计算中.通过比较分析多个数值应用的模拟结果,还讨论了重建控制方程中各参数值的设置对重建结果的影响.
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小动物正电子发射断层成像仪探测器发展
小动物正电子发射断层成像仪(PET)探测器的性能直接决定系统的性能,设计高分辨率、高灵敏度的探测器单元是小动物PET研究的热点.综述几款经典的环形探测器、平板型探测器以及商业化小动物PET的特点和性能,主要从组成探测器单元的晶体、光电倍增管层面分析总结小动物PET探测器技术的发展状况,并且展望小动物PET在新的深度效应(DOI)方法、半导体探测器以及通用电子学设计方面的发展前景.
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正常组织并发症概率模型综述
通过分析肿瘤放疗及并发症随访数据,拟合正常组织并发症概率(NTCP)模型参数,并由此预测并发症发病率、优化放疗方案、揭示正常组织放射生物学特性,是肿瘤放射生物物理学近期的研究热点.综述相关文献中提出的6种NTCP模型,并讨论建模及对比模型预测能力的方法;然后介绍近年来提出的几种改进后的NTCP模型,以及几种新的并发症预测技术.从开展临床应用的角度,对NTCP模型的研究现状、存在的问题和发展趋势做概括和总结,就NTCP模型在个体化放疗中的应用等问题进行讨论和展望.
| 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 |
