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
-
基于深度学习的胎儿颜面部超声标准切面自动识别
在常规胎儿超声诊断过程中,精确识别出胎儿颜面部超声标准切面(FFSP)至关重要.传统方法是由医生进行主观评估,这种人工评判的方式不仅耗费时间精力,而且严重依赖操作者经验,所以结果往往不可靠.因此,临床超声诊断亟需一种FFSP自动识别方法.提出使用深度卷积网络识别FFSP,同时还分析不同深度的网络对于FFSP的识别性能.对于这些网络模型,采用不同的训练方式:随机初始化网络参数和基于ImageNet预训练基础网络的迁移学习.在研究中,数据采集的是孕周20～ 36周胎儿颜面部超声图像.训练集包括1 037张标准切面图像(轴状切面375张,冠状切面257张,矢状切面405张)以及3 812张非标准切面图像,共计4 849张;测试集包括792张标准切面图像和1 626张非标准切面图像,共计2 418张.后测试集实验结果显示,迁移学习的方法使得网络识别结果增加9.29％,同时当网络结构由8层增加至16层时,分类结果提升3.17％,深度网络对于FFSP分类高正确率为94.5％,相比之前研究方法的好结果提升3.66％,表明深度卷积网络能够有效地检测出FFSP,为临床自动FFSP检测方法打下研究基础.
-
应用于零维左心血液循环的二尖瓣模型的研究
提出一个可以准确合理地模拟二尖瓣动力学特性的瓣叶运动流阻模型.考虑影响二尖瓣瓣叶运动的跨瓣压差和血流推力,建立二尖瓣运动的控制方程,提出依赖于瓣叶打开角度θ的瓣叶运动流阻模型,把该模型应用于零维左心血液循环系统,得到血液动力学特性.在保持心输出量和反流分数一致的条件下,比较该模型、瞬态关闭的阶梯流阻模型和经验指定的时变流阻模型.结果发现,瓣叶运动流阻模型能反映瓣膜关闭过程中的血液动力学,如压差和流量的滞后性以及关闭流量,同时该模型可以通过调整单位转动惯量跨瓣压差影响系数K.和血流影响系数Kb的大小,改变瓣膜打开过程和关闭过程所需时间,瓣膜打开和关闭时间分别为50.0和40.2 ms.该模型可弥补阶梯流阻模型中忽略瓣膜运动过程的瞬态关闭的缺点,同时也能避免时变流阻模型中关闭起始时间的不合理性.此模型较为合理准确地模拟二尖瓣关闭过程的动力学特性,且简单易控制.
-
血管弯曲程度对内源性一氧化氮分布的影响
一氧化氮(NO)在血流调控中起着重要作用,目前关于血管弯曲程度对NO分布的影响尚不明确.建立11个不同弯曲程度的几何模型,利用多物理场耦合建模仿真的方法,对内源性NO在血液、血管壁及周围组织中的浓度分布进行数值模拟.数值结果表明,在血管弯曲处,NO径向分布不均,内外侧浓度存在差异,且随着弯曲程度的增加,浓度差值呈先上升后缓慢降低的趋势.在血管投影长度为定值20 mm的情况下,当弯曲高度取2 mm、对应曲率为0.04时,NO在内外侧平滑肌区域的浓度差值达到大,外侧边界比内侧高23.74％.研究揭示弯曲程度对内源性NO分布的影响,所产生的NO浓度分布差异可能是导致血管形态变化以及血管病变的重要因素,为进一步探究发病机理以及患病风险评估提供一定的理论依据.
-
基于Cole-Cole模型评价纳米二氧化钛的细胞毒性作用
利用Cole-Cole模型评价不同剂量纳米二氧化钛(Nano-TiO2)的细胞毒性作用,并探讨电生理机制.150和300 mg/L的Nano-TiO2悬液作用人胃癌MGC803细胞24 h后,制备成细胞悬浮液.在l kHz ～ 100 MHz范围,采用Agilent 4294A精密阻抗分析仪测量了人胃癌MGC803细胞悬浮液电阻抗的幅值和相位角,经电阻抗频谱和Nyquist图的曲线拟合的残差分析,建立Cole-Cole模型参数,评估Nano-TiO2对MGC803细胞导电性能的影响.结果表明,150和300 mg/L的Nano-TiO2引起第一电阻抗增量(△Z1)分别减少18.18％ (P ＜0.001)和39.39％(P＜0.001),第二电阻抗增量(△Z2)分别减少6.56％ (P ＜0.001)、8.2％ (P ＜0.001),降低了MGC803细胞膜及其核膜的电阻,增加了其导电性能;第一特征频率(fc1)分别增加19.74％(P＜0.001)和29.67％(P ＜0.001),第二特征频率(fc2)分别增加6.28％ (P ＜0.001)、23.43％ (P＜0.001);第一散射角(β1)分别降低1.35％ (P ＞0.05)和2.70％(P＜0.05).Cole-Cole模型可评价Nano-TiO2的细胞毒性作用并解释其电生理机制,为纳米颗粒的细胞毒理研究提供一种电特性方法.
-
一种面向医疗安全的智能清单系统
安全清单是一种规范化诊疗行为的有效工具,在临床上日益受到重视.安全清单要求医务工作者在诊疗流程中的关键环节对任务的准备情况或完成情况按临床规范进行核对,从而保证医疗安全.但传统的安全清单难与临床工作流程集成,对病人缺乏针对性,并且缺乏信息系统支持,因而临床应用效果不佳.通过研究清单的计算机化表达方法,将安全清单分解为诊疗流程、清单表格、医学算法和辅助信息等4个层次的知识;设计一套执行机制,利用工作流引擎和规则引擎对这些知识进行执行,并在此基础上开发一套智能清单系统来实现此机制.通过一个心内科经皮冠状动脉介入治疗清单案例,对系统进行评估.该系统将清单细化成11个对应于流程中关键场景的清单,在恰当时机将清单推送给预定义的医护人员,从而使清单融入他们的诊疗工作.每个场景的清单都是由预定义的医学算法结合病人实际情况动态生成,从而确保清单的针对性.结果表明,这种方法可以有效支持智能清单的表达和执行,提供能够与诊疗流程集成的病人个体化清单,方便医护人员的使用.
-
基于随机森林算法的小鼠micro-CT影像中骨骼关节特征点定位
随着小动物成像技术的发展,技术人员每天需要处理的小动物影像数量急剧增长,这使得自动化的小动物图像分析方法成为迫切的需求.在小鼠图像分析方面,小鼠灵活多变的身体姿态给自动化的图像分析带来困难.基于随机森林算法实现小鼠micro-CT图像中骨骼关节点的自动定位,为解决小鼠影像中身体姿态的自动识别打下基础.该算法主要分3步:先通过分类随机森林算法得到小鼠骨骼关节点的粗定位,再通过回归随机森林算法进一步减小定位误差,后通过图匹配的方法在备选点中挑选正确位置上的关节点.对49例不同身体姿态的小鼠全身三维micro-CT图像进行测试,全身关节点定位的成功率为98.27％,定位误差的中值为0.68 mm.同时验证联合使用分类与回归随机森林的必要性,并探究训练数据的数量对不同骨关节的识别效果的影响.研究为小鼠micro-CT影像中身体姿态的识别提供一种新方法,为后续的自动化图像配准、图像分割以及自动化图像测量提供重要的定位信息.
-
直立倾斜引起的心率和血压的耦合性变化分析
从动态和稳态两个视角,研究直立倾斜(HUT)引起体位改变前后以及不同速度改变体位过程中RR间期(RRI)与收缩压(SBP)间耦合性的变化.所用数据来自PhsioNet发布的体位变化所引起的生理响应数据库(PRCP),含有10位健康受试者(5男5女)在HUT过程中记录的连续心电和动脉血压信号.慢速体位变化(ST)和快速体位(RT)变化分别为在50和2s之间从水平仰卧升至75°倾斜.提取逐拍RRI和SBP数据后,运用交叉时频分析和信息分解方法,结合时域和短时分形指数(α1),进行RRI和SBP时间序列的联合分析.信息分解分析结果表明,所有的显著差异集中在压力反射导致心率变化的后向反馈回路(SBP→RRI),ST后心率的可预测性较平卧时显著增高(0.416±0.067 vs0.626±0.127),压力反射支路的SBP-RRI耦合性升高.而在RRI→SBP方向,HUT对其几乎没有影响.ST和RT之前,所有的同类指标相比均无显著差异.ST和RT之后的稳态,虽然RRI无显著差异,但较之ST之后,RT之后RRI的变异系数显著升高(0.054±0.014 vs0.074±0.027),α1显著降低(1.45±0.25 vs 1.28±0.27).同时,交叉时频分析结果揭示了ST和RT过程中自主神经不同的动态反应行为.研究证明了信息分解方法的有效性,可明确区分心率与血压相互作用时的前向反馈和后向反馈的主导因果方向,而且可反映HUT前后信号可预测性的变化.
-
流固耦合作用下真实人体上呼吸道气溶胶扩散沉积的仿真与实验
通过构建真实人体上呼吸道三维规范模型,运用大涡模拟数值方法和Lagrangian随机轨道模型,对考虑流固耦合作用时循环呼吸模式下上呼吸道内气溶胶的扩散沉积进行数值仿真,分析气流涡结构演化对气溶胶扩散的影响,并通过实验对气溶胶在人体上呼吸道的沉积率进行测量,验证仿真方法的正确性.结果表明:循环吸气时,0.3μm气溶胶颗粒比6.5 μm气溶胶颗粒更容易通过上呼吸道而进入更深层次的支气管;循环呼气时,部分进入上呼吸道的颗粒在呼出气流夹带下,在气道中折返、回旋、沉积,而有些则从口腔中呼出;0.3和6.5μm气溶胶颗粒在咽、喉以及气管内沉积较多,而在口腔内沉积较少;6.5μm气溶胶颗粒在上呼吸道不同部位的沉积率明显高于0.3 μm气溶胶;流固耦合作用时咽部、喉部的壁面形变可缓冲气流冲击,气溶胶颗粒在咽喉部位的沉积率有所下降;大粒径气溶胶颗粒沉积受惯性碰撞影响较大,而小粒径气溶胶颗粒沉积受湍流扩散及涡流夹带的影响较大.
-
基于虚拟仪器技术的聚焦超声换能器电声转换效率自动测试系统
聚焦超声换能器是超声治疗设备的核心部件,电声转换效率是衡量其性能重要指标之一,实际工作中常以电声转换特性来确定治疗系统的工作频率和驱动参数,这对其测试系统的准确性、效率和便捷性提出很高的要求.为此,构建一套自动测试系统,采用基于定向耦合器的电功率计来测量换能器的输入电功率;运用辐射力天平测量换能器输出声功率;基于虚拟仪器技术开发上位机自动测试软件,实时采集和处理测量数据.基于所开发的自动测试系统,测试换能器在不同频率和驱动功率下的电声转换效率,采用变异系数对系统的稳定性进行分析,并与人工测试方法作对照.结果表明,测试系统具有较好的准确性,且单次测试时间可缩短5倍以上,在驱动功率分别为10、20和30 W情况下,自动测试系统(变异系数分别为4.06％、4.31％、4.65％)比人工测试(变异系数分别为4.14％、4.69％、5.83％)更稳定,满足测试系统应用需求.
-
基于极限学习机的左束支传导阻滞辅助诊断研究
左束支传导阻滞(LBBB)作为临床常见的一种心律失常,是左心室收缩功能减低、患者死亡率增加的标志;利用机器学习算法对其进行辅助诊断,将对LBBB早发现、早治疗起到积极的推动作用.然而,由于目前常用的支持向量机(SVM)等传统的机器学习算法容易产生局部优解,准确度有待提高,因此提出一种基于极限学习机(ELM)的LBBB辅助诊断算法.首先,利用小波进行心电信号预处理,包括基线漂移、肌电噪声及工频干扰的去除;接着,确定QRS波群与T波位置;然后,根据临床上LBBB患者比正常人的QRS波群持续时间延长等特点,建立融合时域、形态与能量3类特征的特征模型;后,利用该模型提取的特征集合,提出基于ELM的LBBB辅助诊断算法.此外,在MIT_BIH数据库中的5 000份ECG数据上进行实验验证,结果表明所提出的预处理与波形提取算法能有效去除噪声并提取QRS-T特征波;在LBBB的判别上,相比SVM算法、ELM算法的训练时间缩短了88.5％;同时,在准确率、灵敏度、特异度、LBBB检出率和正常人检出率的指标上,分别提升2.4％、5.4％、1.2％、3.6％和2％.因此,基于ELM的LBBB辅助诊断算法具有明显优势.
-
基于深度卷积网络和结合策略的乳腺组织病理图像细胞核异型性自动评分
细胞核异型性是评估乳腺癌恶性程度的一个重要指标,主要体现在细胞核的形状、大小变化、纹理和质密度不均化.提出基于深度学习和结合策略模型的乳腺组织细胞核异型性自动评分模型.该模型使用3个卷积神经网络,分别处理每个病例的3种不同分辨率下的组织病理图像,每个网络结合滑动窗口和绝对多数投票法,评估每个病例同一种分辨率下的图像的分值,得到3种分辨率下的评分结果.使用相对多数投票法,综合评估每个病例的终细胞核异型性评分结果.为评估模型对细胞核异型性评分的有效性,利用训练好的模型对124个病例的测试图像进行自动评分,并把其评分结果与病理医生的评分结果作比较,进行性能评估.该模型的评分正确率得分为67分,其结果在现有的细胞核异型性评分模型中准确率排名第二.此外,该模型的计算效率也很高,平均在每张×10、×20、×40分辨率下图像的计算时间分别约为1.2、5.5、30 s.研究表明,该细胞核异型性评分模型不仅具有较高的准确性,而且计算效率高,因此具备潜在的临床应用能力.
-
肾和肺的去细胞器官支架体外灌注制备方法的优化
研究采用体外灌注法制备肾和肺去细胞器官支架的优方法.将10只成年SD雄鼠作为器官支架供体,进行去细胞器官支架制备,不同器官采用不同血液循环方法进行体外大气压灌注(基于大气压力往循环体系中注入)0.75％ SDS、1％ Triton X-100、0.1％H2O2制备器官去细胞支架,通过HE染色、DAPI荧光染色方法检测去细胞程度,通过扫描电镜观察其结构脉络网和去细胞程度,通过阿利新蓝-过碘酸雪夫氏染法(AB-PAS)、Masson染色、免疫组化染色方法检测去细胞器官支架的成分保留.结果表明,采用体外大气压灌注法制备的去细胞器官支架能有效去除细胞,且糖原、胶原、纤连蛋白(Fibronectin)、弹性蛋白(Elastin)、层粘连蛋白(Laminin)、Ⅲ型胶原(Collagen Ⅲ)等有效保留,同时支架能保持良好的结构脉络网.通过大气压注入去细胞化试剂,能有效保留良好的结构脉络网,同时达到有效的去细胞程度(去细胞程度大于99％),且营养成分能有效保留.
-
胸椎后方不同程度去皮质在椎弓根螺钉置入中的稳定性研究
胸椎后方不同程度咬除骨皮质后,在椎弓根中置入螺钉,探讨并评估其生物力学性能.采集新鲜小牛胸椎标本21具,制成21个功能节段模型(T6 ～T10),随机分为3组,分别为完整皮质组、去皮质A组和去皮质B组,各7个功能节段.去皮质A组咬除进钉点周围3～5 mm骨皮质,去皮质B组咬除进钉点周围5～8 mm骨皮质,完整皮质组未咬除皮质.结果显示:在位移-刚度测试上,在轴向压缩、前屈、后伸、左右侧屈及轴向旋转状态时,3组内固定标本数值接近,差异无统计学意义(P＞0.05);在拔出强度测试上,去皮质A组与完整皮质组比较,差异无统计学意义(P=0.329);而去皮质B组的拔出力显著下降,并低于其他两组,差异有显著性意义(F=13.022,P=0.00).胸椎进钉点周围不同程度咬除骨皮质行椎弓根螺钉固定,可提高置钉的准确性,对椎体固定的刚度无显著影响;但咬除范围应慎重,不应大于螺钉直径,否则将显著降低螺钉的拔出强度.
-
不同台阶状移位对髋臼骨折的生物力学影响
探讨髋臼骨折块不同旋转方向的台阶状移位对髋臼应力分布及大小等的影响,以期为临床治疗髋臼骨折及预后评估提供一定的理论指导.采用5具成人骨盆标本(10个髋关节),其中男性尸体标本3例,女性2例,年龄在23～66岁,平均年龄38.7岁.排除骨折、畸形、发育未完全及退行性病变.分别测量完整髋臼(Ⅰ组)、解剖复位(K组)、不同台阶移位(A组:1 mm、B组:2 mm、C组:3 mm、D组:4 mm;a组:-1 mm、b组:-2 mm、c组:-3 mm、d组:-4 mm)时髋臼与股骨头之间的接触特性.所获数据经统计分析软件进行分析比较差异.结果表明,完整髋臼负重区平均应力为(3.06±0.27) MPa,骨折后负重区应力有增大趋势.K组的平均应力为(2.98±0.50) MPa,当内旋使台阶移位达到2 mm或更大,当外旋使台阶移位达到3 mm时,负重区平均应力显著性增大.负重区的峰值应力在完整髋臼为(5.05±0.38)MPa,骨折后负重区峰值应力有增大趋势.解剖复位组的平均应力为(5.58±0.72) MPa(与完整髋臼负重区峰值应力相比P＞0.05);当内旋使台阶移位达到1 mm或更大,外旋使台阶移位达到3 mm或更大时,负重区峰值应力与完整髋臼有显著性差异.髋臼双柱骨折产生的台阶状移位改变正常髋关节的生物力学特性,使髋关节的接触面积、平均应力以及峰值应力均发生重新分布.
-
甲状软骨成形术的三维有限元仿真模拟
运用Mimics医学重构软件,对喉的甲状软骨进行三维重建,研究不同的支架材料对甲状软骨成形术当中开窗部位的影响,为接下来人工软骨支架的材料遴选和制备提供理论依据.首先将标准DICOM格式的CT图像导入到Mimics10.1医学三维重建软件中,进行图像的去噪、分割和区域生长等处理,建立起甲状软骨的三维模型;然后将生成的几何模型导入到逆向工程软件Geomagic Studio12.0中,对三维模型进行曲面拟合,建立NURBS曲面实体模型,再通过Geomagic Studio软件中的CAD模块,完成甲状软骨的开窗和支架的植入;后在ANSYSWorkbench14.0中对不同支架的修复情况进行数值模拟,比较修复过后的甲状软骨的生物力学性质.终建立的三维实体模型外形轮廓上与真实甲状软骨具有较好的几何相似性,开窗的部位和大小与临床上保持一致.软骨模拟受力过程也和术后进行效果评价方法在力学性能上相类似.数值模拟阶段的结果为临床上开窗部位的固定和修复材料的筛选提供依据.
-
多功能心肺音电子听诊仪的研制
在分析传统听诊仪的局限性及国内外相关工作的基础上,从人体工程学的角度研制一款多功能且价格低廉的心肺音电子听诊仪.该款电子听诊仪基于自主设计的PVDF(聚偏氟乙烯)压电薄膜传感器,采用STM32F103RBT6作为核心控制芯片,结合蓝牙技术、SD卡存储技术及直观的图形液晶显示技术等,实现心肺音实时听诊、录音回放、波形显示、无线传输等功能.经测试,该款心肺音听诊仪可听诊的频率范围为20～1 500 Hz,在100～ 500 Hz、500～1 000 Hz、1 000～1500 Hz的频段范围内,对测试声源的大衰减分别为8、10、16 dB,满足听诊器的频响特性要求.有3种听诊模式,音量分15档可调,在15档时的音量放大8倍,使听诊音更加清晰,有利于临床听诊.
-
癫痫合并精神障碍神经影像学的研究进展
癫痫合并精神障碍是常见的精神疾病,但目前人们对其发病机制尚不十分明确,患者反复受到其困扰,生活质量受到严重影响.神经影像技术为研究脑部结构和功能等的改变提供一种独特的途径.以癫痫合并抑郁、癫痫合并焦虑、癫痫性精神分裂样精神病和癫痫合并注意力缺陷-多动障碍为主,对目前基于神经影像学对这些精神障碍的研究结果进行综述,以期为癫痫合并精神障碍的发病机制和临床研究拓展思路.
-
磁性Fe3O4/mSiO2复合微球的研究进展
磁性Fe3O4/介孔二氧化硅(Fe3O4/mSiO2)复合微球兼具Fe3O4纳米粒子的磁性与介孔二氧化硅的空间负载能力,在生物医学领域有着广泛的应用.主要介绍核壳型、空腔型和响铃型复合微球的合成方法,以及Fe3O4/mSiO2复合微球在靶向载药系统、核磁成像系统、磁热疗载药系统以及生物分离等方面的应用.
-
血管内生物可吸收支架现状与挑战
尽管目前介入用血管支架各类药物涂层技术较从前已经获得长足的进步,涂层支架的临床使用数量也远远超过裸支架,但远期疗效仍有待继续验证.无论何种药物涂层支架,当其被植入生物体内一段时间后,表面携带的功能药物涂层都会被生物体逐渐吸收而终露出裸支架,带来晚期再狭窄及血栓的问题.因此,生物可吸收支架应运而生.由于其具有独特的可降解性,随着植入时间的延长而逐渐在生物体内被完全降解、吸收,终代谢出体外;同时,血管自有的部分原始功能也得到一定恢复,如同从未被植入过支架一般.重点介绍国内外高分子聚合物、镁合金、纯铁、锌合金等几种不同材质的生物可吸收血管支架研究现状,并分析各材质可吸收支架现存的主要问题,希望对血管介入用生物可吸收支架的了解起到一定的作用.
| 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 |
