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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经颅交流电刺激对心理旋转认知过程的影响
经颅交流电刺激(tACS)是一种通过在头皮施加微弱交流电刺激、从而进行神经调节的非侵入刺激技术,已经被证实可以调节大脑的认知功能.心理旋转是一种想像客体或自身旋转的空间表征转换能力,是衡量空间认知能力的重要标尺之一.探索tACS对心理旋转认知能力的影响,利用心理旋转实验范式,以行为学表现和ERP、ERD等电生理参数作为主要评判指标,分析tACS对心理旋转产生的作用.行为学结果表明,alpha节律的tACS可以显著减少反映时间(P＜0.05),并且反映时随着刺激图片旋转角度的增加先增大后减小.比较对照组和8 ～12 Hz刺激组的心理旋转相关的负波(RRN),发现刺激组的RRN幅值比对照组幅值低(刺激组vs对照组,P＜0.05),同时发现RRN幅值随着刺激图片旋转角度的增加呈现先降低后升高的趋势.时频分析结果显示,刺激组的alpha和beta频段的事件相关去同步(ERD)现象比对照组更弱(刺激组vs对照组,JP＜0.05),且ERD开始时间更早.有研究表明,ERD强弱与大脑激活水平有关,说明tACS作用后,大脑激活水平降低;进而提示tACS可以提高被试的心理旋转能力,有望成为提高空间认知能力的新途径.
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基于ITK多图谱配准的脑部皮质下核团的分割研究
大量研究表明,阿尔茨海默症(AD)的病变与大脑皮质下核团的萎缩息息相关,某些核团的萎缩(如海马)可能成为AD疾病早期诊断的标志,而皮质下核团的分割是研究核团萎缩模式的重要前提.基于AD患者和正常人各30例3DT1W-MR图像,先结合直方图分析和三维形态学分析方法对图像进行脑组织提取,后采用ITK配准算法将10个脑图谱图像经两阶段分别配准到提取脑组织后的图像空间.第一阶段实现基于均方差的仿射配准,第二阶段实现基于互信息的B样条形变配准,两阶段的配准均采用线性插值法和梯度下降的优化搜索方法.后采用STAPLE融合算法,对配准后得到的10个目标图像进行图像融合,得到终的分割结果.结果表明:除尾状核外,分割得到的其余6对核团的体积与常用的FSL-FIRST算法的分割结果无统计学差别(P＞0.05);AD患者的右侧伏核和双侧海马发生萎缩(P＜0.05).因此,基于ITK配准框架的多图谱配准分割方法能有效分割MR图像上边界不明确的皮质下核团.
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基于FCM聚类算法与自适应阈值的冠脉钙化分割与量化
针对基于CTA图像进行冠脉钙化量化时存在的无法克服噪声以及阈值选择不稳定问题,提出一种基于聚类算法与自适应阈值的冠脉钙化分割与量化方法.首先根据CT值和空间位置对冠脉血管内的像素点构建特征向量,继而根据血管骨架点数目构建自适应聚类数,使用模糊C均值(FCM)聚类算法将冠脉区域划分为CT值分布相似的区域;然后使用高斯函数拟合冠脉灰度直方图,根据高斯拟合参数构造自适应阈值,对上述区域进行钙化分割;后根据分割结果,参考Agatston钙化分量化标准进行钙化分计算.在30组人体冠脉CTA数据的测试结果中,对冠脉钙化量化的灵敏度和特异性分别达到89.5％与98.6％,计算得到的钙化体积和Agatston钙化分与标准结果的皮尔逊系数分别为0.974与0.975,远高于同类型基于一阶微分进行阈值选择方法(DBTD)对应的0.523与0.501.实验结果表明,该方法可用于冠脉钙化分割与量化,且具有全自动、鲁棒性好、能有效抗噪等特点.
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基于流体网络的人体血液体循环分析
基于中医脉诊原理,研究人体各器官流阻变化对血流动力学参数的影响.建立人体血液体循环流体网络模型,采用10次谐波血流动力学表达式模拟心脏输出.改变各器官流阻,流阻比η分别取值0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0,利用平均法求解模型.假设心输出量一定,结果表明:随着流阻增大对应分支流量下降;不同分支流阻增大均能使主动脉平均压力上升,当流阻比η=3.0时,脑、肝、肾、胃、肠、脾分支流阻增大引起主动脉压力较正常值分别增大23.29％、16.42％、14.67％、9.69％、9.59％、7.82％;肝和肾分支流阻变化对桡动脉影响较大,当流阻比η=3.0时,桡动脉压力较正常值分别增大22.85％和11.17％,而其他器官分支流阻变化对桡动脉影响很小;对于桡动脉压力谐波振幅,脑分支流阻变化的影响大,其次是肝和肾,而胃肠脾的影响很小.可见,该模拟研究方法可以得到人体血流动力学参数与各器官流阻变化之间的理论联系,为中医脉诊提供一些理论依据.
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应用小面积体表电极对穴位进行功能电刺激实现五指屈曲的实验研究
为肢体瘫痪这一重大残障疾病的康复治疗探索一种生物医学工程技术.根据首次提出的针灸结合肌电桥治疗中风偏瘫的新思路,采用小面积体表电极,选取10名健康志愿者(5男5女),通过对每位志愿者上肢216组穴位组合进行功能电刺激,确定控制五指屈动作的佳刺激穴位组合.实验发现,5对实现五指屈曲的佳穴位组合,其电流阈值均小于10 mA,指屈动作完成率为100％,舒适率在90％以上,其他指屈无反应率在80％以上.相对于传统在肌肉上进行功能电刺激控制五指指屈的方法,对穴位进行功能电刺激,刺激电流小,动作纯净度更高,刺激位点定位更容易,为进一步开展偏瘫患者以自身健康五指动作带动瘫侧五指动作的临床试验打下基础.
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MedPortal:面向精准医学的生物医学本体资源存储和应用平台
在过去10余年中,本体广泛应用于生物医学数据分析、检索、整合和再利用中.本体作为一种特殊类型的数据资源,数据量也在迅速增加.为了促进精准医疗领域数据集的整合,并为国内用户提供本体数据资源服务,构建MedPortal本体资源存储和应用平台.通过复用NCBO BioPortal技术,搭建MedPotal软件框架.遴选精准医学相关本体,建立本体资源库.对原框架中的代码和本体处理工具进行修正和完善,使之能够在本体稳定运行的基础上满足大批量数据的自动化处理.目前,该平台已整合42个生物医学本体,建立了本体之间术语映射关系,通过页面和REST API方式,提供术语检索、本体映射、数据标准化注释等本体应用服务(http://medportal.bmicc.cn).MedPortal本体平台将为生物医学数据整合提供帮助.
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基于双层建模的知识表达方法在医学知识库构建中的应用
医学知识库是临床决策支持系统(CDSS)的重要组成部分.目前部署在医院内部的CDSS通常针对特定的需求(如合理用药、辅助诊断),其知识库所涵盖的知识种类比较单一.构建一个整合多种不同医学知识种类的协同知识库,能够使得不同类型的知识内容作为一个有机整体提供更加全面和有效的决策支持应用.提出一种基于双层建模的知识表达方法,首先分析和归纳临床信息化环境下影响诊疗决策的各类医学知识,如诊断知识、治疗知识、药学知识等,并对它们之间的协同关系进行定义,形成认知模型,然后针对特定的知识推理和计算的需求,为每一种知识类型选取具体的知识表达形式,形成终的计算模型.基于该双层建模方法所研发的临床决策支持系统在三甲医院已运行4年多,实践表明该系统有效解决不同知识类型的集成和推理的需要,为构建整合和全面的知识应用奠定基础.
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基于回归预测的肺4D-CT多相位配准
针对由于灰度不均和局部形变较大引起的肺4D-CT图像配准精度不足问题,提出基于回归的逐块预测初始形变的方法.新方法的核心思想是:配准一幅浮动图像至参考图像时,利用与浮动图像相对应的不同相位的图像信息进行形变场预测.首先,利用已有配准算法配准不同相位的图像至参考图像,得到各图像对应的形变场;再将图像和对应形变场分块作为训练集,利用多维支持向量回归机建立回归模型;将浮动图像分块输入回归模型中,预测出初始形变场,从而得到中间图像,并终细化配准中间图像与参考图像.采用由德克萨斯安德森肿瘤中心DIR实验室采集并公开的数据集,评价所提出的算法.实验量化评价结果表明,与传统的Active Demons算法、Spectral Log-Demons算法相比,图像的均方误差平方和显著降低(Active Demons算法49.34±23.92,Spectral Log-Demons算法31.81±15.09,所提出算法18.97±5.75,P＜0.05),相关系数显著提高(Active Demons算法0.952±0.022,Spectral Log-Demons算法0.967±0.015,所提出算法0.980±0.006,P＜0.05).同时,视觉评价结果显示,所提出算法能够获得更准确的配准图像.
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一种用于脑神经刺激的程控超声发生器
低强度超声对大脑具有明显的刺激作用.设计一种用于脑刺激的程控超声发生器,接受计算机发出的刺激参数信息,内置的可编程门阵列(FPGA)根据这些信息发生刺激脉冲串,并通过改变功放管驱动占空比的方法控制输出功率.发生器采用开关型功放保证效率,通过阻抗匹配电路将输出方波转换成换能器上的正弦波.发生器的脉冲序列参数根据刺激波形设计,相对于使用通用函数发生器更容易理解,且调节方便.测试表明,发生器的高超声频率可达2 MHz,大输出功率157.1 W.配接自制的500 kHz聚焦换能器,在空间峰值脉冲平均声强Isppa=5.36 W/cm2的条件下,对12只大鼠的脑部进行刺激,以肌肉收缩为指标进行观察,刺激成功率达到90％.测试结果和动物实验证明,该发生器适合超声脑刺激研究之用.
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基于无线体域网和复合生理信号近似熵的驾驶疲劳研究
为有效合理地评价驾驶员在驾驶过程中的疲劳程度,通过无线体域网(WBAN)采集12名被试者的3种生理信号(脑电信号、肌电信号、呼吸信号),提取并分析这些生理信号的近似熵在驾驶过程中对疲劳程度的反映效果.试验结果表明,脑电、肌电、呼吸3种信号的近似熵均随时间的增加而逐渐下降,约90 min后下降程度变缓,表明进入比较疲劳状态.通过主成分分析可知,前两个主成分的贡献率分别为47.33％和40.26％,二者之和大于85％,其中脑电信号和肌电信号的近似熵所占权重较大.而且统计分析表明,脑电信号和肌电信号的近似熵显著性P＜ 0.05,表明脑电信号和肌电信号在表征正常与疲劳两种状态时差异明显.在此基础上,分析信号组合对驾驶疲劳的反映效果,结果表明在脑电-肌电信号的近似熵组合时,正常和疲劳状态的概率分布具有明显的界限,可以有效反映驾驶过程中的疲劳状态.通过研究,获得佳的反映疲劳驾驶的信号组合,可为更加准确地检测和避免疲劳驾驶提供理论依据.
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基于神经元颜色拮抗与动态编码的轮廓检测方法
基于神经元的颜色拮抗特性及神经元群体的动态编码机制,实现对图像的轮廓检测.模拟视皮层下神经元的颜色单拮抗特性,引入单拮抗感受野的动态调节机制,以充分响应颜色边界和亮度边界;利用单细胞的树突极性分布,构建初级视皮层的双拮抗神经元网络,实现对特定方位的视觉刺激响应,有效提取目标轮廓;在神经元的群体感受野内,考虑神经元的动态突触连接,融合单细胞的脉冲频率响应,实现对纹理信息的抑制作用.以BSDS500图库的图像为实验对象,结果显示该方法在提取主体轮廓的过程中能有效抑制纹理信息,其对100幅图像佳检测结果的P值指标均值和标准差为0.58±0.04,相对CORF和CO等其他对比方法,可提高轮廓提取的准确率.所提出方法可有效实现图像的轮廓检测,为利用颜色信息以及神经元之间的动态编码、实现更高级皮层的图像理解或者视觉认知提供新的思路.
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稀疏恢复的梯度投影算法在PPG信号重建中的研究
光电容积描记(PPG)法是一种无创测量人体脉搏信号的方法,其波形反映血管中的血液容积变化,在诊断心血管疾病时具有重要作用.然而,这种方法容易因病人有意或无意运动产生运动伪影(MA)而影响诊断结果的准确性.为解决这一问题,基于压缩感知理论框架,采用稀疏恢复的梯度投影(GPSR)算法,对PPG信号进行滤噪和恢复.对于非稀疏信号,压缩感知包括稀疏和恢复两个步骤:首先为保证信号的重要信息不被破坏,利用哈尔小波基找到佳稀疏域,对信号进行稀疏变换;然后采用GPSR算法,在恢复信号的同时去除MA噪声.实验测量3种受MA影响的带噪PPG信号,并用GPSR算法处理分析.另测50名健康成年人在垂直运动时产生的带噪PPG信号,计算带噪与重建PPG信号的心率和均方误差(MSE).将得到的两种心率分别与无噪声PPG信号心率通过Bland-Ahman方法做对比分析,结果显示,带噪与无噪声PPG信号的差异范围在±23 beat/min,而重建PPG信号在±2.7 beat/min.由均方误差的Box Plot图可知,重建信号的MSE比带噪信号降低约50％.这些结果均表明,GPSR算法能明显降低信号中的运动干扰.
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镍钛合金表面沉积TiN/Ti微纳米多层膜的性能研究
用磁控溅射方法,在医学领域被广泛应用的镍钛形状记忆合金表面沉积TiN/Ti微纳米4层膜,以提高其表面性能.将改性前后的镍钛合金在Hank's液中静态浸泡3个月,检测不同时间点的镍离子溶出浓度;采用极化曲线,观察镀膜改性前后镍钛合金的耐腐蚀性能;同时用SEM、AES、表面硬度,分析薄膜表面结构性能.结果表明,镍钛合金在PBS中静态浸泡在2个月时镍离子释放量达到顶峰值,经过改性的镍钛合金镍离子释放量仅为未改性的1/10.与未改性的镍钛合金相比,具有厚度为9μm特殊纳米交替结构的TiN/Ti多层膜的镍钛形状记忆合金力学性能可高达56.4 GPa.实验结果显示,该表面改性使材料表面光滑,镍离子的释放量减少90％,纳米硬度提高了7.6倍,大大降低镍钛合金中镍离子的过敏和潜在致癌性危害.这种表面改性的镍钛合金将有广阔的应用前景,可广泛应用于临床治疗,如先天性心脏病的封堵器、血管支架和牙科植体植入物等.
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基于深度卷积网络的结直肠全扫描病理图像的多种组织分割
结直肠全扫描图像处理困难,原因在于图像的数据量大、结构复杂、信息含量多.目前对于结直肠癌组织病理图像的研究通常包含肿瘤和基质两种组织类型,只有一小部分研究可以解决多种组织的问题,但又不是处理全扫描的结直肠病理图像.提出一种基于深度卷积网络的结直肠全扫描病理图像进行多种类型组织分割的模型.该模型使用的网络层数有8层,利用深度卷积网络学习结直肠全扫描图像中典型的8种类型的组织,利用训练好的模型对这8种类型的结直肠组织进行分类测试,其测试集分类准确率达92.48％.利用该模型对结直肠全扫描病理图像中的8种类型组织进行分割,首先对全扫描图像进行预处理,分成5000像素×5000像素大小的图像块,然后标记出每一张中的8种类型的组织,后将所得到的标记结果进行拼接,从而获得整张结直肠全扫描病理图像的8种类型组织的标记结果.该方法对8种类型的组织分割的准确率比较高,有一定辅助诊断的帮助.
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肺部三维EIT模型构建与图像重建研究
肺部三维电阻抗图像重建是电阻抗成像技术的重要应用之一.利用3D光学云点技术对人体胸腔区域扫描,并融合X图像提供的肺部结构构建肺部三维EIT仿真模型.根据肺部膨胀及收缩时的电导率先验知识,由COMSOL软件求解获得三维灵敏度矩阵,并在Matlab平台下由共轭梯度迭代算法重建肺部EIT断层图像,进行三维立体重构,获得3D EIT图像.为研究电流敏感场均匀性,设置4组不同电极层间距进行比较仿真实验,结果表明,对于33 cm胸腔区域,电极层间距为8 cm时,成像效果佳,其大相关系数为0.810 3,敏感场均匀性为1.869 6×103,结构相似度为0.482 5,灵敏场的均匀性明显改善,有利于图像重建质量的提高.
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非接触式心率测量研究初步
基于Matlab软件平台,通过图像光电容积脉搏波描记法(iPPG),提取心率波信号.结合人脸检测与跟踪技术,选取脸部三角区域作为感兴趣区域(ROI),从中分析提取iPPG信号,然后采用快速傅里叶变换计算出心率.通过对20名志愿者的实验,结果显示在不同颜色通道(R、G、B)提取出的心率信号的信噪比不同,其中G通道的心率信号强.分析数据显示,与医用心电测量仪相比,该方法测量的平均误差为1.73 beat/min.采用光容积成像技术检测方法,可进一步实现血液灌注三维可视化,能检测动脉血氧饱和度、呼吸率、神经系统的生理活动和新生儿监护,甚至能应用于家庭移动医疗、运动检测等大众场合,提高便捷性,降低医疗成本.
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脑纹识别研究综述
个人身份识别在当今互联网信息时代有着重要的意义,而传统的身份识别方式在安全上无法得到充分保证.脑电信号作为一种新型的生物特征,在不可窃取、不可伪造、必须活体检测等方面具有独特的优势,能为身份识别提供更安全的生物识别方法.因此,脑纹识别有着广阔的研究前景和应用价值.回顾近年来基于脑电信号的身份识别技术,详细阐述基于静息电位、视觉诱发电位(VEP)、运动想像、事件相关电位(ERP)在脑纹识别过程中的基本原理与方法,并分析各自的优势和局限性;后就脑纹识别研究现状进行论述,并对其研究前景进行展望.
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人体核心温度的测量方法研究进展
体温是人体四大生命体征之一,成为人们判断人体健康与否的重要依据;保持恒定的体温,是保证新陈代谢和生命活动正常进行的必要条件.所以,人体温度是反映身体健康状况的晴雨表,有效地监测人体体温成为一个重要的话题.临床上所指的体温是指平均核心温度.在人们日常生活中,一般测量的是腋下、口腔和额头的温度,这些温度严格的意义上说的是体表温度,本身与核心温度存在一定的误差,况且又受周围环境、个人着装等多方面因素的干扰,所以并不能准确地代表人体核心体温.而人体核心温度才真正地和人类的新陈代谢更加关系紧密,所以急需一种高效、快捷的方法来实时地监测人体核心温度.针对该问题,分析总结国内外核心温度监测的研究现状,可以分为两大类:一是直接测量温度数据,在忽略一定误差的情况下,近似地以人体某一部位温度来代替人体核心温度;二是间接估算法,利用人体体表温度或者心率等一些生理数据,通过建模计算分析,推算出人体内部的实际温度.分析各方法的精确度,比较各方法的优缺点,并给出相应的结论.后,预测核心温度监测方法将来的发展趋势.
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低温保存对生物样本及其生物大分子的影响
生物样本库在现代医学研究中的作用日趋重要,基于生物样本库的研究成果层出不穷,极大地推动转化医学的发展.生物样本库中样本保存的质量对研究结果的可靠性有较大影响,如何保存高质量的样本是生物样本库研究的关键问题之一.低温保存技术可以保持样本的活性,若将其用于生物样本库,不仅能够保存样本完整的分子信息,还能保持样本的活性,对生物样本库的发展具有里程碑式的意义.综述低温保存方法对样本的损伤(尤其是生物大分子的损伤)以及减小这些损伤的技术与方法,为提高生物样本的保存质量提供指导性建议.
| 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 |
