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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基于局部Radon变换和卡尔曼滤波的超声图像肌束方向自动跟踪方法
超声成像是一种无创、实时和便捷的成像方法,已被广泛用于人体肌肉运动分析.临床上目前主要采用手工处理的方法来提取超声图像中的形态结构,不仅依赖于操作者的主观经验,且耗时严重、重复性低.提出一种自动计算与跟踪超声图像序列中肌束方向的新方法,利用基于约束互信息的自由变换算法自动提取感兴趣区域,然后基于局部Radon变换对超声图像进行投影,并利用相邻帧间肌束的连贯性,采用卡尔曼滤波的图像处理方法.对6名试验对象进行步行实验,共采集小腿内侧腓肠肌的动态超声影像1 080帧,并用所提出的方法计算肌束方向.实验结果表明,所提出的自动检测方法有较好的鲁棒性.与人工检测结果相比,两者的平均相关系数为0.92±0.02,平均误差为0.30°±0.62°.该方法可以一定程度地替代人工测量,在处理大量超声数据时具有较大的优势.
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电刀功率对肌肉组织损伤影响的有限元分析
高频电刀作为一种取代机械手术刀进行组织切割的电外科能量器械,已经在临床上广泛应用.基于Pennes热力学方程,采用ANSYS Workbench,建立离体肌肉组织在电切模式下的热力学损伤模型.在此基础上,研究不同电刀功率下肌肉组织的损伤情况,分析电刀功率对肌肉组织损伤的影响.结果表明,随着高频电刀功率增大,组织损伤区域和损伤程度呈现非线性变化;随着电刀功率从20 W逐渐增大到60 W,组织损伤区域仅发生局部变化,无显著性增大,组织高温度从214.4℃逐渐升高到301.7℃;当功率从60 W增大到70 W时,组织损伤区域显著增大,组织高温度从301.7℃迅速升高到436.6℃,损伤显著加剧.此外,在相同功率下,组织损伤程度随着组织与电极中心的距离减小而增大,其中沿着和垂直于切割方向的组织温度分别在距离电极中心±1.8 mm和±1.2 mm处急剧升高.研究结果有助于揭示电切模式下电刀功率与组织损伤之间的关系,为医生在临床手术时的操作规范提供重要理论依据.
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基于openEHR的临床医疗数据仓库构建方法
医疗信息的复杂性和动态性给医疗信息系统带来巨大的挑战,openEHR规范的两层建模思想提高医疗信息系统的灵活性,适应医疗信息需求的变化.但面临查询数据量巨大、查询条件复杂多变的个性化操作需求时,基于openEHR两层建模方法实现医疗信息系统查询性能较低,这主要与底层数据存储模型有关.数据仓库多维数据模型具有高性能查询的优点,通过建立满足个性化需求的数据集市,可以加快数据查询速度.由于基于openEHR规范两层建模方法实现的医疗信息系统的特殊性,传统的数据仓库构建方法使得用户的参与性较低并且费时费力.针对这一问题,以openEHR规范的两层建模思想为基础,提出模板到动态数据仓库多维数据模型的映射方法,实现多维数据模型的用户可配置,利用映射路径加快ETL的实施,为医疗行业提供一种可操控、可扩展并真实反映用户需求的数据仓库构建方法.对该方法进行性能上的验证,结果表明,在10 861 522条数据中查询329条数据时,基于该方法构建的数据集市是基于openEHR两层建模方法生成的数据库的5.6倍,是基于传统方法构建的数据集市的0.97倍.
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隐形矫正中不同附件对下颌尖牙唇舌向平移移动的影响
评价隐形矫正中不同的隐形矫正附件对下颌尖牙唇舌向平移移动的影响.应用三维CT扫描技术及Mimics,Geomagic Studio等软件通过三维逆向建模方法建立下颌的三维模型.使用Solidworks软件建立了12个不同的隐形矫正牙齿黏贴附件的模型.使用建立的模型在ABAQUS软件中应用有限单元方法,模拟在没有附件辅助以及有12种不同的附件辅助下,下颌尖牙的唇舌向平移移动0.25 mm.应用尖牙牙冠顶端与牙根尖端初始位移比值的绝对值|Rcr|来衡量尖牙旋转中心的位置,在没有附件的算例中|Rcr|值为2.902,在有附件的算例中| Rcr|均大于2.902.| Rcr|在4个整体附件的平均值为1.57,在半体附件中的平均值为2.25.当附件为半体附件时,尖牙的移动趋势更接近平移.尖牙牙周膜大yon Mises应力在没有附件时为1.077 MPa,在有附件的算例中大的应力值为1.129 MPa,相对于没有附件时仅增加4.83％.水平椭圆体附件上大的von Mises应力值可高达245.1MPa.研究得出结论:黏贴附件有助于尖牙的整体平移移动;并不是大体积或面积的附件更有助于尖牙的平移移动;半体附件对于促进尖牙的平移移动更有效;合适该次矫正治疗的附件是左半四面体附件.
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联合稀疏表示的医学图像融合及同步去噪
将多模态医学图像的互补信息有机地融合在一起,可为临床诊断和辅助治疗提供丰富信息和有效帮助.基于联合稀疏模型,提出一种联合稀疏表示的医学图像融合算法,当图像被噪声污染时,该算法在融合的同时兼有去噪功能.首先,将配准的源图像编纂成列向量并组成联合矩阵,通过在线字典学习算法(ODL)得到该矩阵的超完备字典;其次,利用该字典得到联合稀疏模型下的联合字典,之后利用小角回归算法(LARS)计算基于联合字典的公共稀疏系数和各图像的独特稀疏系数,并根据“选择大化”融合规则得到融合图像的稀疏系数;后,根据融合系数和超完备字典重构融合图像.将该算法与3种经典算法比较,结果显示其主观上亮度失真和对比度失真较小,边缘纹理清晰,客观参数指标MI、QAB/F在无噪声干扰和有噪声干扰时的统计均值分别为:3.992 3、2.896 4、2.505 5和0.658、0.552 4、0.439 6,可以为临床诊断和辅助治疗提供有效帮助.
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基于有限元仿真的形状记忆聚合物弓丝初始正畸力分析
正畸治疗过程中,临床常用镍钛金属弓丝对人体存在潜在的毒性作用,且缺乏美观性;相比之下形状记忆聚合物(SMP)材料因其良好的力学性能、易成形、美观性,在正畸中受到越来越多的重视.而形状记忆聚氨酯(SMPU)作为一种典型的SMP材料,其在正畸治疗效果方面的研究尚不充分,所能提供的矫治力大小有待进一步探究.在正畸矫治力研究中,临床口内检测非常困难,有限元分析技术是目前主要的研究手段.针对上述问题,基于Tobushi一维SMP本构方程,参照粘弹性材料标准线性模型构建了SMP材料的三维本构方程,并利用FORTRAN语言编写了可用ABAQUS调用的UMAT子程序;参照正畸临床数据,利用三维建模软件建立了包括牙齿、托槽、弓丝在内的三维有限元模型,以侧切牙、尖牙为研究对象,通过对弓丝施加不同形式的变形,得出SMPU弓丝形变量为3 mm时产生的初始正畸力大小为0.06～0.55 N.结果表明,SMPU弓丝提供的初始正畸力与临床认为的佳正畸力相比略为偏小,适合正畸治疗的第一阶段;但SMPU材料的力学性能还有进一步提升改善的空间,在正畸领域具有较高的潜在应用价值.
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下颈椎全脊椎切除术后两种内固定重建方法的有限元分析
研究下颈椎C5椎体全脊椎切除术(TS)之后,前后路不同联合内固定重建方法对颈椎稳定性的影响.基于CT图像建立下颈椎C3-C7节段完整无损模型,在无损模型基础上,建立C5全脊椎切除术后两种内固定重建模型:一为钛网重建+前路钢板+后路单节段椎弓根螺钉模型(TM+ AP+ SPS);二为钛网重建+前路钢板+后路双节段椎弓根螺钉模型(TM+ AP+ DPS).对模型分别施加0.5、1.0、1.5、2.0 N·m的扭矩,分析两种模型在前屈、后伸、左右侧弯和左右扭转等工况下的关节活动度(ROM)以及钛网、钢板、椎弓根螺钉的应力分布情况.结果表明,重建节段ROM随着扭矩的增大而增加,呈现出非线性的趋势,TM+ AP+ SPS模型的增加幅度较大.1.0 N.m工况下,两种模型重建节段ROM均减少83％以上;TM+ AP+ SPS模型在后伸、侧弯和扭转时,邻近节段的ROM均增加11％以上,C6-C7节段的ROM在扭转时增加41.79％,TM+ AP+ DPS模型的邻近节段ROM则显著降低.TM+AP+ SPS模型和TM+ AP+ DPS模型中钛网应力分别集中于受压侧和后方.TM+ AP+ SPS模型的邻近节段有较大的代偿活动,TM+ AP+ DPS模型各节段ROM均大幅度减小,TM+ AP+ DPS模型的稳定性更好.
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大长度序列诱发听性脑干反应的线性与非线性成分引出率和稳定性分析
在记录常规的听性脑干反应(cABR)时,听觉系统被视为一个线性系统,无法获取反映听觉系统非线性特性的成分.而采用大长度序列(MLS)刺激,对记录的反应建立Volterra级数展开模型,能够同时获取反映听觉系统线性与非线性特性的不同成分,所获取的ABR被称为MLS-ABR.由于这种方法在实验和计算方面的困难,现阶段对MLS-ABR的特性了解尚少,所以通过实验研究对其引出率及稳定性进行分析.利用MLS方法提取非线性成分,选择一个9阶MLS,提取11例正常青年人的MLS-ABR及cABR,其中MLS-ABR的一阶和一个二阶核切片(VS1和VS21)的波形清晰完整,分别表达ABR的线性和非线性成分.以cABR、VS1、VS21中各特征波出现率、潜伏期及峰峰值变异系数为考察指标,对照分析cABR与MLS-ABR的线性、非线性成分引出率和稳定性.结果发现,MLS-ABR中线性成分各特征波引出率都较高(＞90％),且其潜伏期(1、3、5潜伏期波变异系数分别为5.17、3.70、2.00)比cABR(Ⅰ、Ⅲ、Ⅴ波潜伏期变异系数分别为6.54、3.70、2.87)更加稳定;非线性成分也可稳定引出1、3、5波(＞80％),并且非线性成分的在5波的表达更加强烈.进一步证实MLS在获取ABR非线性成分的可靠性,加深对MLR-ABR的认识,为后续相关研究提供重要依据.
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球囊配置对冠状动脉支架扩张和回弹行为的影响
探讨不同球囊配置对冠状动脉支架扩张和回弹行为的影响,以期从球囊配置的角度为球囊-支架系统的有限元模拟策略及优化设计提供一定的指导.采用SolidWorks建立Cypher支架模型及4种Raptor球囊模型(无褶、三褶、六褶和六褶锥形末端球囊模型),使用Hypermesh软件进行各模型的网格划分,应用Abaqus Explicit模块完成不同球囊-支架系统的扩张和回弹模拟.结合制造商提供的压力-直径顺应性曲线验证模拟结果的合理性,并引入“狗骨头”率、轴向缩短率及径向回弹率等3个参数评估不同球囊-支架系统模拟效果的优劣.结果表明,无褶球囊-支架系统在较低压力下扩张明显,各项参数较其他球囊-支架系统很大;六褶球囊-支架系统相较三褶在扩张中的压力-直径顺应性曲线更接近制造商提供的数据,且轴向缩短率(6.1％)和径向回弹率(1.9％)也均优于三褶;六褶锥形末端球囊-支架系统由于与导管间的连接使得“狗骨头”率(12.0％)和轴向缩短率(3.85％)明显降低.对于球囊-支架系统的有限元模拟,在支架的初级设计阶段可以采用理想的无褶球囊模型进行支架的扩张模拟,但考虑支架的瞬态行为和终定位时,球囊的褶皱和锥形末端设计等几何特征不可忽略;在球囊-支架系统的优化设计中,球囊褶数可以从三褶调整为六褶,更有益于支架的均匀扩张.
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以短时心率变异性反映充血性心力衰竭患者自主神经活动的改变
基于短时心率变异性(H RV)分析,探讨充血性心力衰竭(CHF)患者自主神经活动的变化和影响.选用THEW数据库中正常人子数据库作为正常对照组(n=189),对于PhysioNet中两个CHF子数据库的样本(n=44),按照NYHA等级,将NYHAⅠ-Ⅱ级划分轻度CHF组(n=12),NYHAⅢ-Ⅳ级为重度CHF组(n=32).对每一个Holter记录选取日间和夜间安静态各5 min的RR间期(RRI)序列,分别进行时域、基于AR模型的频域和去趋势波动(DFA)分析.在正常组、轻度CHF组和重度CHF组等三组中,CHF患者日间的短时分形尺度指数((α1)d)两两比较均有显著性差异,并存在下降趋势(依次分别为1.35±0.21、1.03±0.29和0.81 ±0.29),反映心率动力学从分形特性转向更随机化的结构.同时,日间HFn((HFn)d)在三组间的两两比较中均存在显著性差异,并存在上升趋势(依次分别为23.89％±12.78％、37.22％±11.24％和56.30％±15.28％),表明CHF导致交感神经和迷走神经交互作用趋于消失.利用夜间RRI(RRIn),(HFn)d和(α1)d等3个指标进行Fisher线性判别,区分正常人和CHF患者的灵敏性和特异性分别为90.91％和92.06％,而区分轻度和重度CHF患者的灵敏性和特异性分别为84.38％和100％.所进行的研究将HRV非线性方法与传统方法相结合评估自主神经状态,为监测CHF病情或观察治疗效果等潜在的临床应用提供了依据.
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人Muse细胞体外诱导为神经前体细胞的研究
探讨成人骨髓来源的Muse细胞体外诱导为神经前体细胞的技术方法.从健康成人骨髓中分离出骨髓基质细胞(hBMSCs),利用流式细胞分选技术从中筛选出Muse细胞,采取免疫荧光细胞化学染色和qPCR技术鉴定Muse细胞的多能干细胞特性;通过神经诱导培养基体外诱导Muse细胞分化为神经前体细胞(Muse-NPCs),采用免疫荧光细胞化学染色和qPCR技术鉴定其神经干细胞标志物表达情况.从hBMSCs中分选出约0.58％的Muse细胞,Muse细胞表达多能干细胞标志物SSEA-3、Nanog和Oct4,其mRNA表达水平均高于hBMSCs(P＜0.01);诱导后的Muse-NPCs表达神经干细胞标志物Nestin、βⅢ-tubulin,其mRNA表达水平均高于hBMSCs及Muse细胞(P＜0.01).从成人骨髓中成功分离出具有多能干细胞特性的Muse细胞,用体外诱导形成Muse-NPCs,可为今后细胞治疗修复神经损伤提供新的种子细胞.
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脊柱后方3D融合预防胸腰椎骨折晚期矫正丢失:有限元分析与随机对照试验
椎弓根螺钉系统能使胸腰椎骨折椎体高度和矢状面成角获得良好恢复,但是随着下地活动增多或内固定取出后,易发生椎体高度和后凸畸形矫正的丢失.为此,评价双侧关节突和棘突间植骨3D融合对预防胸腰椎骨折合并椎间盘损伤术后晚期矫正丢失的力学机制和临床效果.模拟患者术后内固定取出后状态,建立双侧关节突联合棘突间植骨融合(治疗组模型)和单纯双侧关节突植骨融合(对照组模型)的L1-L2节段的两种外科有限元模型,按照脊柱三柱理论,对模型施加压缩、前屈与后伸荷载.两种外科模型通过治疗组(11例)和对照组(13例)的前瞻性临床随机对照试验,进行放射学检查.治疗组模型的椎间盘竖向压缩位移和应变较对照组模型明显减小,双侧关节突植骨区应力负荷也较对照组模型减小,而且治疗组模型的后柱比对照组模型形成了更加强化的张力带.治疗组在术后晚期的临床试验结果优于对照组,其差异具有统计学意义(P＜0.05).双侧关节突联合棘突间植骨3D融合比单纯双侧关节突植骨融合更能有效重建脊柱三维稳定性,能较好地获得骨性融合,防止术后晚期伤椎高度丢失以及后凸畸形矫正丢失.有限元分析结合小样本临床随机对照试验,有利于外科手术的设计、评价和优化.
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组织工程软骨培养的细胞自动机算法模型与优化
建立一个基于细胞自动机算法的软骨细胞和干细胞体外动态培养数学模型,并进行模拟计算与优化,为组织工程软骨的体外培养控制软件的编写提供理论依据.建立细胞自动机算法模型,采用软骨细胞和软骨干细胞作为研究对象进行Matlab仿真实验.实验分为3组,每组各自设置空白对照组、快速扩增组、力学刺激组、扩增与力学刺激复合培养组.空白对照组的结果显示,软骨细胞和干细胞诱导软骨细胞的细胞占空间区域分别为51％和45％;综合考虑细胞生长情况,软骨细胞培养佳压强施加大小为100 kPa;干细胞诱导培养佳压强施加大小为15 kPa.运用细胞自动机算法建立的数学模型来动态培养软骨细胞,可以为体外生物反应器控制软件的编写提供理论依据,对于组织工程培养软骨组织及其他器官培养是一种有效的可供参考的方法.
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经颅霍尔效应刺激作用下神经元系统放电节律的理论研究
基于霍尔效应原理和Hodgkin-Huxley模型,研究经颅霍尔效应刺激对神经元系统放电节律的影响作用.研究表明,当超声和静磁场在神经元中产生的电流强度从10 μA/cm2到55 μA/cm2逐渐增大时,神经元动作电位的峰值从96 mV减小到71 mV,峰峰间期从15 ms减小到8.5 ms,发放率从4～6呈多级阶梯状逐渐增大.研究还发现,当超声的发射周期从6 ～ 100 ms逐渐增大时,神经元动作电位的发放率从1～5呈多级阶梯状逐渐增大.研究结果揭示经颅霍尔效应刺激对神经元放电节律的作用规律,有助于探索经颅霍尔效应刺激对神经精神类疾病治疗和康复的机理.
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脑电特征分析在阿尔茨海默症临床研究中的应用
阿尔茨海默症(AD)是典型的脑认知功能障碍性疾病,严重影响患者的工作与生活,如何早期诊断此类疾病,一直是人们关注的热点,也是一项有意义的研究.脑电信号包含的功能信息,在脑认知功能障碍的早期诊断中有着独特的优势.从AD的发病机理出发,总结AD的常规诊断方法,进一步阐述脑电特征分析方法,即脑电功率谱、脑诱发电位、脑电近似熵及脑电复杂度等在AD诊断中的应用研究现状,并进行展望.
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医学超声造影成像的新技术研究进展
鉴于其无创实时及较高的确诊率,超声造影成像在癌症诊断中扮演着愈发重要的角色.其中,如何提高造影信号强度、持续时间与图像质量,是工程界为关注的要点.因此,全面总结近年来国内外在超声造影成像工程技术领域的新进展,主要包括4个方面:一是基于弱衰减性低频回波检测,进而具有更高信噪比和造影-组织比率的新型非线性成像方法——次谐波造影成像;二是能够提升图像时间分辨率以及降低微泡击碎程度/延长持续时间的平面波造影技术;三是旨在提升造影图像穿透力的编码发射技术;四是针对超高频造影应用场合的新型造影剂研究.
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可吸收止血材料的生物相容性研究进展
可吸收止血材料是指用于伤口止血的可在体内降解吸收的生物医用材料,目前其在手术中止血发挥着重要作用.国内外近年来主要使用的可吸收止血材料包括壳聚糖、纤维蛋白原、α-氰基丙烯酸酯、氧化纤维素和胶原蛋白等,除止血效果外,其生物相容性正成为评价止血材料优劣的重要指标.在生物相容性的安全性和功能性原则指导下,对比它们在实验中的生物相容性结果,综合评价各类可吸收止血材料的生物相容性,为进一步研发良好生物相容性的可吸收止血材料以及日后的使用提供参考意见.
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脑信息科学:概念、内容与挑战
脑科学是公认的科技前沿,由于其内容的博大精深,人们根据相关内容涉及的空间尺度或研究视角的不同,定义了一系列的分支学科,如细胞神经生物学和计算神经科学.基于信息科学的大脑研究与应用,正在形成一个极富朝气与活力的新分支学科——脑信息科学(Brainformatics),其主要内容包括脑信息获取、脑信息解码、和脑信息应用3个方面.列举这3个方面的一些具体内容,探讨脑信息科学的一些机遇与挑战.
| 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 |
