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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交联对氧化纤维素/蚕丝蛋白复合膜结构和性能的影响
本研究的目的是探讨交联剂对纳米细菌纤维素/蚕丝蛋白复合物的理化性能的影响.一种方法是将细菌纤维素膜和氧化的细菌纤维素膜分别与蚕丝蛋白溶液直接混合;另一种方法是两者混合时加入交联剂.对复合膜进行傅里叶变换红外光谱(FTIR)、核磁共振光谱(NMR)、X射线光电子能谱(XPS)、场发射扫描电镜(FE-SEM)和力学强度测试分析.FTIR、NMR等结果表明蚕丝蛋白能结合在氧化的细菌纤维素膜上,XPS表明无论是否加交联剂,C1s、O1s和N1s能谱峰没有显著不同.BC/SF复合膜,未加交联剂的C/N摩尔比与加交联剂的C/N摩尔比相比较,从9.63减到3.94,而TBC/SF的C/N比从5.03增到7.41.FE-SEM表明加入交联剂组的膜表面比较平整,结构有明显改变,力学强度测试表明未加交联剂TBC/SF和加交联剂TBC/SF的断裂伸长率比较,有显著性差异(P＜0.01).通过添加交联剂所制得的复合膜的性能更好,并且在医用材料方面尤其在细胞化的血管支架方面的应用有一定的前景.
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基于层次式优化的多幅眼底图像融合方法
针对眼底图像配准后直接叠加产生的接缝及如何保证多幅图像融合后细节信息不丢失的问题,提出层次式优化的多频带眼底图像融合方法.该方法通过多阈值分割获取掩模图像并计算其欧式距离得到各层次图像蒙版;根据欧氏距离值及拉普拉斯能量和设计每层蒙版图像的改进加权系数.构建基于信息熵、空间频率和清晰度的图像融合联合客观评价方法进行分析.后,利用配准误差及重叠率对图像序列进行分组融合后进入下一层,对于奇数幅图像序列中没有组合的图像直接放入下一层.再根据分组规则重新分组进行优化融合,实现层次式的多幅眼底图像优化融合.通过对75组取自福建省附属第一医院眼科及眼底相机实验系统的图像序列,涉及4 898组图像对(正常眼底图像2 952对,病变眼底图像1 946对)进行测试与验证,结果表明,提出方法在有效除去拼接缝的同时,融合图像在重叠区域的RMSE值约为(0.1士0.05)像素.提出的融合方法在客观评价和主观视觉效果之间取得了较好的平衡.
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面孔表情加工的结构编码和特征编码ERP特点研究
利用事件相关电位(ERP)技术,分析面孔表情的早期和晚期加工特点,探讨面孔表情的结构编码和特征编码机制.随机呈现3种卡通面孔表情图片(中性、愉快、愤怒)及3种非面孔图片,要求14名被试者执行面孔及表情识别任务.利用Neuroscan 64导电极帽记录脑电,对面孔和非面孔、不同面孔表情诱发的早期成分N170及晚期正成分(LPC)进行分析.结果显示:面孔与非面孔图片的N170存在明显差异,在P7电极处,面孔与非面孔诱发的N170幅值分别为(-9.15±1.47)μV和(-6.91±1.21)μV;而不同面孔表情的N170差异不明显,N170不受面孔表情内容的调制.不同面孔表情在刺激后350 ～550 ms诱发了明显的LPC,其幅值存在明显差异,呈现显著的表情效应,在CZ电极处,中性、愉快及愤怒面孔诱发的LPC幅值分别为(6.11±1.79)μV、(7.49±1.31) μV和(9.89±1.77) μV).以上结果表明,面孔识别的早期与晚期加工机制不同,早期成分N170反映了面孔结构编码的加工,即对整个面孔轮廓的表征;而面孔的情绪加工主要体现在晚期成分,LPC反映面孔的特征编码加工.
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基于超像素和支持向量机的阴道细菌自动检测
阴道受到细菌感染引发的阴道炎疾病可能导致异位妊娠、不孕、急慢性盆腔炎等严重疾病,目前形态学人工观察是临床诊断该类疾病的主要方法,但容易引起误诊和漏诊.本研究提出一种基于超像素和支持向量机(SVM)的阴道细菌自动检测方法,对革兰染色的阴道细菌图像,采用简单线性迭代聚类(SLIC)方法计算超像素;对超像素区域计算形状特征、颜色特征和方向梯度直方图(HOG)特征;后用SVM对超像素区域进行识别.在专业医生的指导下挑选了40幅正常图像和60幅有细菌性阴道病(BV)的图像进行实验,其中10幅正常图像和20幅有细菌性阴道病(Bv)的图像用于训练分类器,剩下的70幅用于测试算法.实验结果表明,所提出的自动检测算法获得了89.27％的细菌检出率,具有较大的临床应用价值.
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复杂网络主成分分析的分类方法在音乐家白质可塑性研究中的应用
人脑在多种时间和空间尺度上都是复杂网络,而复杂网络中往往包含着大量的连接信息.主成分分析(PCA)方法主要被用于从大量信息中提取重要特征,因而可以被用于探寻复杂网络中的一些重要信息.众所周知,音乐家是研究训练导致的脑可塑性问题的一个理想模型,探求音乐家脑网络的可塑性变化是非常有意义的.首先通过基于弥散加权成像(DWI)数据的纤维束追踪,构建了16位音乐家与16位非音乐家的脑白质结构网络;然后对两组人的整体脑网络进行了PCA分析,进而对得到的每个主成分做支持向量机(SVM)分类处理,得到分类效果好的主成分;终找出对此主成分贡献前1％的连接即为音乐家相对于非音乐家在大脑白质结构网络上发生改变的主要连接.本方法为组间复杂网络对比分析提供了一种基于PCA分类的新思路.基于上述思路,对于音乐家与非音乐家的脑白质结构网络对比分析,表明音乐家在运动、听觉、情绪和记忆等功能脑区表现出更高的脑区间信息传递效率;进而扩展了在网络层面对长期音乐训练改变音乐家白质可塑性问题的理解.
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严重意识障碍患者康复过程EEG非线性特征与CRS-R评分相关性分析与可视化表征
研究严重意识障碍患者意识康复过程脑电非线性特征与行为学意识量表CRS-R评分之间的相关性,并将非线性特征用于脑功能的可视化表征,为建立脑电非线性特征用于评估严重意识障碍患者意识康复过程提供电生理学依据.采集严重意识障碍患者(小意识状态(MCS) 10例和植物状态(VS)8例)意识康复过程中前后两次安静状态的脑电数据,计算近似熵、样本熵、排列熵和复杂度LZC等4种脑电非线性特征,对比分析非线性特征变化与CRS-R评分变化之间的相关性,并利用脑电地形图将近似熵非线性特征进行可视化表征.结果表明,MCS组和VS组CRS-R评分变化均为显著差异(P＜0.01);MCS组的近似熵和复杂度LZC变化为显著差异(P＜0.05),而VS组只有近似熵变化为显著差异(P＜0.05);MCS组近似熵、复杂度LZC的变化与CRS-R评分变化的相关系数分别为0.851和0.693,呈显著正相关,VS组只有近似熵变化与CRS-R评分变化为显著正相关,相关系数为0.778;近似熵用于患者脑地形图可视化表征具有较好的效果.近似熵非线性特征用于评估严重意识障碍患者的意识康复过程具有一定的可行性.
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基于脑电θ波特征信息分析的大脑前额皮质在字母工作记忆中作用的研究
通过前额皮质脑电θ波段(4～8 Hz)特征信息的分析,揭示大脑前额皮质在字母工作记忆过程中“信息保持与回忆”阶段作用的地位与机制.采集15名被试在3字母、5字母、7字母的不同记忆负荷下,工作记忆实验中头皮脑电图信号(EEG),并使用Morlet小波分解方法提取出各电极上的θ波段信号.在能量分析方面,采用Welch功率谱密度计算平均功率,采用短时傅里叶变化(STFT)进行时频分析;在相关性分析方面,采用基于电极间功率谱的相关系数进行相关性分析,采用电极间同步锁相值(PLV)进行相位同步性分析.分析比较不同记忆负荷下,前额皮质与顶叶、中叶等脑区θ波段脑电信号的特征信息,并对结果进行配对t检验和单因素方差分析F值检验.结果表明,随着记忆负荷的增加,前额皮质(电极:Fp1、Fp2、F3、Fz、F4)θ波能量相对于中央叶(电极:C7、C3、Cz、C4、C8)和顶叶(电极:P7、P3、Pz、P4、P8)有显著上升(P＜0.05).在低字母记忆负荷下,左右脑同侧脑区前额叶-中央叶(F3-C3、F4-C4)、前额叶-顶叶(F3-P3、F4-P4)的相关系数相似.但随着记忆负荷的增加,右脑的脑区相关系数相对于左脑有明显上升.相位同步性方面,随着记忆负荷的增加,右脑前额叶-中央叶(F4-C4)和前额叶-顶叶(F4-P4)相对于左脑的相位同步性明显增强,锁相比值(PLV)显著上升(P＜0.05).在工作记忆的“信息保持与回忆”阶段,大脑前额皮质的活跃程度和信息交流明显高于中叶和顶叶皮质,可能起到兼有自身记忆信息储存与保持、执行调用其他皮质信息的多功能重要作用.随着记忆负荷的增加,大脑将自主调用更多右脑皮质参与工作记忆,并从理性逻辑记忆模式,转化为感性形象记忆模式以提高工作效率.
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冠状动脉狭窄几何构型对血流储备分数影响的有限元分析
探讨冠状动脉狭窄血管的不同几何构型对血流储备分数的影响,即狭窄率、狭窄长度、狭窄个数、狭窄弧度、狭窄偏移对血流储备分数的影响.利用三维建模软件,建立具有临床依据的、不同狭窄情况的冠脉血管;利用计算流体力学方法,对冠脉中的定常流动进行数值模拟,入口施加定常流速度,出口施加恒定压力;利用流体动力学虚拟仿真分析软件,进行有限元数值模拟,计算后得到狭窄血管远端和近端的压力和压差,进而分析不同模型的血流储备分数.通过对每个影响因素及其对应的血流储备分数进行分析,得到该因素对血流储备分数的影响大小.结果表明,狭窄率越大、狭窄长度越大、狭窄个数越多、狭窄形状不规则、狭窄偏移越大,该狭窄对应的血流储备分数值就越小,则该狭窄就越容易引起心肌缺血,其中狭窄率和狭窄个数的影响大.当狭窄率超过70％、狭窄个数达到两个或者更多、形状出现不规则时,该段血管的血流储备分数值小于0.80的可能性就非常大,心肌缺血很有可能出现.狭窄率、狭窄长度、狭窄个数、狭窄弧度、狭窄偏移对血流储备分数的影响显著,其中对血流储备分数影响大的是狭窄率和狭窄个数,而相邻狭窄之间的距离对其影响不明显.
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基于分块的肺4D-CT图像超分辨率重建
肺4D-CT在肺癌的治疗中,对于准确定位肿瘤靶区、实现个体化精确放疗具有重要的应用价值.由于放射剂量的限制,使得肺4D-CT图像分辨率较低.提出一种基于图像分块的超分辨率重建技术,提升肺4D-CT图像的分辨率.首先,将图像分解为一系列重叠图像块;其次,利用Active Demons配准算法,自适应选取若干幅与目标图像块对应结构相似的其他相位图像块,并估计出它们之间的运动变形场;而后,采用迭代反投影(IBP)算法,重建得到高分辨率的图像块;将得到的所有高分辨率图像块拼接后,终输出完整的高分辨率肺4D-CT图像.利用由德克萨斯安德森肿瘤中心DIR实验室采集并开放的公共数据集评价所提出的算法,该数据集由10组肺4D-CT数据组成,每组数据包含10个相位.从每组数据中,选取不同相位图像进行实验.量化评价结果表明,所提出的方法相比反投影(BP)算法、全局迭代背投影算法,图像平均梯度显著提高(反投影算法7.65 ±0.44,全局迭代背投影算法7.92±0.43,本算法8.92±0.50,P＜0.001).视觉评价结果同时显示,所提出的方法能够有效消除伪影,得到结构显著增强、清晰度更高的肺4D-CT图像.
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工作记忆中后颞叶与其他脑区的同步效应
采用脑电图(EEG)相干分析法构建功能网络,目的在于研究人脑负责工作记忆(WM)的主要区域——大脑后颞叶在不同模式工作记忆过程中的作用地位和区域职能.为此设计两种实验范式,要求12名受试记忆分别表征WM的两个成分,即语音回路和视空间模板的可言辞表达的字母串和非言辞表达的图形.采集19导EEG,分别计算语音回路和视空间模板的相干系数矩阵,绘制功能网络.结果显示,与静息态相比,在语音回路和视空间模板中,后颞叶(T5、T6)与其他脑区的θ(4～7 Hz)相干明显增强(P＜0.05),表明后颞叶与其他脑区的θ频段同步效应参与WM;此外,在语音回路、视空间模板的功能网络中,节点T5、T6的度差异显著,但都远高于其他节点,表明左、右后颞叶分别在语音回路、视空间模板WM中扮演着专家化区域的角色.
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房颤伴室性早博与房颤伴差异性传导的量化鉴别方法研究
对于房颤伴室性早博与房颤伴差异性传导的临床诊断,目前还没有公认的标准,二者的准确鉴别一直是困扰医生的难题.本研究提出一种准确性高的计算方法,用于鉴别上述两类疾病.通过分析房颤伴室性早博与房颤伴差异性传导的临床特征,确定类代偿间期与联律间期的比值为鉴别特征参数.对待检测ECG信号作预处理,然后准确定位待检测ECG的每一个心动周期内QRS-T特征波;在此基础上,识别宽大畸形QRS波群,提取对应于类代偿间期与联律间期的两个相邻R-R间期,计算它们的比值,将其与一个给定的鉴别阈值进行比较后作出判别.算法验证数据来自MIT-BIH心律失常数据库,10个记录中,含4 026心拍房颤伴室性早搏和949心拍房颤伴差异性传导,共计4 975心拍.所提出方法在房颤伴室性早博与房颤伴差异性传导的混合数据中,鉴别房颤伴室性早搏的灵敏度和阳性预测率分别达到了93.15％和98.30％,优于传统方法.类代偿间期与联律间期的比值可以代替目前常用的类代偿间期,作为鉴别房颤伴室性早博与房颤伴差异性传导的特征参数,对提高诊断正确性具有指导作用.
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基于改进型迭代NR的磁感应断层成像图像重建算法
在磁感应断层成像中,图像重建是一个典型的病态问题,其数值解存在不稳定性.针对此问题,提出一种基于加权矩阵和L1范数正则化的改进型迭代Newton-Raphson (NR)算法.该算法通过在目标函数的误差项中引入加权矩阵,同时在L2范数正则化惩罚项的基础上引入L1范数正则化,改善图像重建解的病态性.设置3种典型的模型,分别对有无噪声的数据进行分析,将本算法与Tikhonov正则化算法和迭代NR算法进行对比.在无噪声数据分析中,所提算法相对Tikhonov正则化算法和迭代NR算法的相对图像误差减小0.11 ～0.14,相关系数提高13％ ～ 17％.在有噪声数据中,所提算法相对于Tikhonov正则化算法和迭代NR算法的相对图像误差减小0.06 ～0.09,相关系数提高7％ ～ 10％.提出的算法成像性能较好,且抗噪性能较强,为进一步的实验重建精确性提供理论依据.
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体感游戏与功能电刺激相结合的中风手部康复
介绍一种结合认知游戏与功能电刺激的中风手部康复系统.该系统将电刺激辅助下的手指抓握训练融入由Kinect传感器为媒介的认知游戏中,以鼓励中风患者坚持重复性的康复训练.4名慢性中风患者分别在电刺激辅助下和没有电刺激辅助下,做手指抓握训练15 min;在训练过程中,患者通过头部摆动及瘫痪侧手掌的抓握与张开来操控游戏.实验结果表明,在电刺激辅助下,患者在游戏中完成的手掌抓握次数以及5指的伸张角度都高于无电刺激时的水平.训练结束后,4位被试都对本训练方式表示出浓厚兴趣.
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基于CCD的胶体金免疫层析检测设备的设计
研制开发了一套用于细胞毒素相关基因A定量检测的胶体金免疫层析试纸条检测设备.该设备由硬件部分和软件系统两部分组成.硬件系统主要用于胶体金免疫层析试纸条图像的采集,而软件系统则实现了人机的交互.检测设备利用CCD(电荷耦合器件)图像传感器件采集试纸条图像,并传输至PC模块.然后,软件系统利用算法对其进行数据分析和结果诊断.软件系统主要采用了基于HSI色彩空间的移动k-均值图像分割算法,该算法实现了胶体金免疫层析试纸条图像的有效分割,完成了定量检测.本研究用10个不同浓度的胶体金免疫层析试纸条进行检测,绘制出定量曲线.还分别检测了50个阴性和50个阳性的细胞毒素相关基因A实验样品,检测结果显示特异性和灵敏度均为100％,证明了该设备的可靠性.
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注射流率对脑磁共振灌注成像血流动力学的影响
研究不同注射速率对磁共振脑灌注测量值的影响,并探讨佳的注射速率.60名无明确脑血管疾病志愿者按对比剂注射流率(3、4、5 mL/s)分为3组,采取MR常规扫描及灌注扫描,将原始灌注扫描数据传送到ADW4.3工作站,应用GE专用灌注软件处理得到相对脑血流量(rCBF)、相对脑血容量(rCBV)、对比剂平均通过时间(MTT)和达峰时间(TTP)函数图,测量受试者各感兴趣区(额叶白质、丘脑及小脑)的rCBV、rCBF、MTT、TTP参数值.结果表明,60名无明确脑血管疾病志愿者均符合选人标准,纳入统计.不同流率组内两侧额叶白质、丘脑及小脑的rCBF、rCBV、MTT和TTP值左右对比,无明显统计学差异(P＞0.05);不同流率组间两侧额叶白质、丘脑及小脑各灌注参数比较显示:组各感兴趣区rCBF值,3 mL/s明显低于4、5 mL/s组;各感兴趣区rCBV值,3 mL/s组明显低于4、5 mL/s组;各感兴趣区MTT值,3 mL/s组较4、5 mL/s组明显延迟;以上差异均具有显著统计学差异(P＜0.05).3、4、5 mL/s三组各感兴趣区TTP值比较差异无统计学意义(P＞0.05);4 mL/s组与5 mL/s组,各感兴趣区各参数值比较差异无统计学意义(P＞0.05).使用4 mL/s的注射流率时,磁共振脑灌注成像能产生较好的团注效果,可以满足诊断要求,并可降低对比剂局部外渗甚至血管壁破裂的风险;TTP值对注射流率影响脑灌注量的反应程度不及rCBV、rCBF、MTT敏感.
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基于修正四阶Cole-Cole模型的太赫兹波段生物组织介电特性估算方法探索
为了获得生物组织在太赫兹波段的相对介电常数和电导率,在四阶Cole-Cole模型基础上进行修正,使修正后的模型不仅能描述生物组织在10 Hz ～100 GHz频段的介电特性,还能描述生物组织在太赫兹波段的介电特性.在四阶Cole-Cole模型上新增了一项ωk/i,对正常皮肤组织在10 Hz～20 GHz和0.15 ～1.95 THz频段的介电特性的实验数据按照文献方法进行处理,提取四阶Cole-Cole修正模型的参数.在10 Hz～100 GHz频段内,原有模型和修正模型计算值的相对误差在5％以内,并且在太赫兹波段正常皮肤组织修正模型的相对介电常数和电导率的计算值与实验数据的相对误差基本在10％以内,结果验证了四阶Cole-Cole修正模型的正确性.将该修正模型应用在脑白质和脑灰质太赫兹波段的介电特性的计算中,得到脑白质和脑灰质在0.15 ～ 1.95 THz频段的相对介电常数和电导率.所提出的四阶Cole-Cole修正模型还可以对其他生物组织在太赫兹波段的介电特性进行预测.
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血管内光声成像的研究进展
血管内光声(IVPA)成像是近年来发展起来的一种微创血管内成像技术,结合了光声信号激发阶段光吸收较高的对比度和光声信号发射阶段超声检测较高的分辨率,根据斑块成分对光的吸收差异检测和区分动脉粥样硬化斑块,可对斑块的形态和成分做更为全面的了解.介绍IVPA成像系统的研究现状、血管内超声(IVUS)/IVPA组合成像导管的设计与改进,以及在光谱成像、热成像、分子成像和对冠状动脉支架成像方面的应用现状,指出目前存在的问题,并对未来的研究进行展望.
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短时非线性方法用于心率变异性分析
非线性分析为揭示心率变异性(HRV)的生理和病理变化提供了新的视角,不仅可反映更多关于心脏自主神经对于心率动力学调节的信息,而且与传统的时域和频域分析形成互补.特别是短时非线性分析契合了心率动力学的非线性和非平稳特征.文中就符号动力学、去趋势波动分析中的短时分形尺度指数α1,与复杂度相关的近似熵和样本熵,以及定量递归分析等方法,分别介绍了它们在短时RR间期序列分析中的应用.同时从短时非线性分析与长时序列结合,以及基于多分析域指标的判别分析这两方面,说明了短时非线性方法在HRV分析中的应用拓展.后,就这些方法应用于临床需要解决的问题进行了阐述.
| 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 |
