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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基于低秩理论的超声血流壁滤波器
传统的超声血流壁滤波器采用单一的截止频率,对于心跳、呼吸等因素所产生的不同组织运动滤波效果不佳.提出一种基于低秩理论的超声血流壁滤波方法.通过分析超声血流的特点,将其公式化并建立低秩模型,模型包括一个矩阵秩的小化和一个稀疏矩阵问题.松弛后转化为小化核范数与1范数的线性组合,成为凸优化可解问题,从而实现低秩滤波.这种滤波的创新性在于它是自适应的,同时考虑了信号的低秩性与稀疏性两个特点,通过线性组合使得滤波效果达到优.通过低秩滤波,超声血流仿真数据得到更加精确的血流信号.对比传统的FIR滤波,分别采用12阶、56阶和92阶的FIR滤波器,得到血流信号对比实际仿真数据的RMS误差分别约为34％、16％和12％,而低秩滤波的RMS误差则低于0.001％.低秩滤波相比传统FIR滤波,不仅提高了精度,而且滤波后的信号长度不会损失.但是低秩模型计算过于复杂,因此目前还很难应用在实时的超声系统中.
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波形特征的高斯混合模型锋电位分类算法
锋电位分类是进行大脑信息处理机制研究的基本步骤之一.针对锋电位信号的复杂性和非平稳性,从统计聚类的角度出发,采用高斯混合模型描述锋电位信号的概率密度函数,提出了一种新的基于波形变化率特征和高斯混合模型聚类的锋电位分类方法.首先计算锋电位的波形变化率,然后利用大差异方法获得锋电位波形的低维特征,后采用高斯混合模型算法对特征进行聚类,实现锋电位分类.采用开放的仿真数据分析了该算法的分类精度和可行性,然后分别利用来自5只大鼠和1只恒河猴初级视觉皮层的实测数据验证了该算法的实用性,并与主成分分析特征的高斯混合模型聚类、幅值特征的高斯混合模型聚类和变化率特征的k均值聚类等3种方法进行了比较.仿真实验中,在噪声水平为0.05、0.10、0.15、0.20时,误分率分别为1.18％±1.18％、1.41％±1.06％、2.27％±1.51％、2.98％±2.06％,低于其他3种方法;实测实验中,恒河猴数据的J3准则值为13.50±5.26,大鼠数据的J3准则值为26.43±10.46.与其他3种方法相比,平均J3准则值较大,且显著高于幅值特征的高斯混合模型聚类算法.所提出的方法表现出较高的分类精度和较好的类可分性,为实现神经元锋电位的可靠分类提供了一种有效的手段.
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基于双波长近红外成像方法的血氧含量检测
为了对生物组织血氧含量分布进行成像,利用760 nm和850 nm的双波长近红外差分探测方法,研制了血氧含量检测系统,并首次使用吲哚菁绿(ICG)和散射体作为仿体设计实验.首先测量了牛奶的光密度差△OD随牛奶浓度差△c的变化值.接着将ICG溶解在稀释了40倍的牛奶中,用不同浓度梯度稀释ICG,得到一系列△OD-△c曲线,用一次函数拟合曲线,根据方差(SSE)、均方根(RMSE)和确定系数(R2)确定系统分辨率.然后改变散射介质浓度,研究它对系统测量的影响.后选择30名健康测试者进行在体实验,测量手掌血氧含量的空间分布以及动态时间变化.结果表明,牛奶和ICG在双波长光源下的吸收系数之比分别接近1∶1和2.5∶1,因此可以用牛奶模拟组织中的水、脂肪、某些色素等,用ICG模拟血液中的脱氧血红蛋白;系统分辨率为1.6×10-s mg/mL的ICG浓度变化;弱散射介质的浓度与系统的动态响应范围成负相关,与系统的灵敏度成正相关;扎住手腕后,手掌血氧含量从1逐渐降低至0.3±0.105,松开橡皮筋后,血氧含量逐渐恢复至0.97±0.018.以上结果说明该系统具有测量可行性,将在组织血氧检测方面拥有良好的应用价值.
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基于小腿表面肌电的智能机器人协同控制方法
作为人机交互的核心内容之一,面向机器人控制的步态识别拥有广泛的应用前景.提出一种基于小腿表面肌电信号的智能移动机器人控制方法.通过优化互信息的大相关小冗余算法(MRMR),实现对前进、后退、左转、右转等4种步态分类识别,并建立一套移动机器人同步控制系统.使用表面肌电信号(sEMG)作为输入信息,对人步态动作进行分类识别,并转化为对机器人运动进行控制的信息,从而实现人与智能移动机器人的实时协同交互.通过采集8名受试者前进、后退、左转、右转行走时的小腿表面肌电信号,并实时控制智能机器人的运动.结果表明,在少量的训练条件下,该方法的步态识别准确率可达88％.基于此方法搭建的移动机器人协同控制系统,具有较强的实时控制能力以及较高的控制准确度.基于小腿表面肌电的智能机器人协同控制方法具有良好的应用前景,未来或可广泛应用于人机运动协调机器人控制等领域.
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出口边界条件和壁厚对冠状动脉壁面剪切力和冯米塞斯应力的影响
探讨基于个体化患者计算机断层血管造影(CTA)影像的冠状动脉流固耦合(FSI)数值分析中,不同出口边界条件和血管壁模型对时间平均壁面剪切力(TAWSS)和冯米塞斯应力(VMS)的影响.根据患者CTA影像重建右冠状动脉(RCA)管腔流域三维几何;将管腔流域表面向外扩张0.5 mm,形成均匀厚度血管壁;运用类似虚拟去除斑块的方法建立不均匀厚度血管壁模型.FSI分析时,分别给予zero和impedance两种出口边界条件;获得从舒张末期开始心动周期主要时间点TAWSS和VMS的分布,比较不同模型结果的差异.结果表明,两种出口边界条件下,TAWSS空间分布基本一致,且血管狭窄段均高于其他部位;zero条件下峰值VMS出现在压强大时刻点0.42 s,而impedance条件下峰值VMS出现在入口血流速度大时刻点0.64 s,并且达到前者的20倍.同是impedance出口边界条件时,TAWSS分布基本一致,没有显著性差异;两种血管壁模型中,VMS的分布一致,血管狭窄段比其他部位低,但是不均匀厚度血管壁模型中局部位置VMS绝对值高于均匀壁厚血管壁模型.医学影像技术的发展可以提供更高精度的冠脉结构以及出入口速度和压强边界条件,不但对研究血流动力学以及结构力学因素与心血管疾病的关系具有重要意义,也可以更好的服务于患者个体化诊断与治疗.
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1.5岁儿童头部有限元模型的建立及验证
利用1.5岁儿童头部MRI和CT扫描数据,通过医学扫描断层图像三维重构和有限元前处理,建立一个具有高度解剖学细节的1.5岁儿童头部有限元模型并赋予其新公布的儿童颅骨材料参数.利用这个头部模型重构Loyd开展的儿童尸体头部跌落试验(17个样本),将仿真输出的加速度历程曲线和尸体试验曲线的加速度峰值、脉冲持续时间等进行对比.结果表明,该模型能够反映跌落工况中儿童头部的受载情况,具有良好的生物逼真度.30 cm跌落高度下,枕部撞击时得到大HIC值357;不同跌落工况的头部颅内压力分析显示,儿童头部遭受撞击时,颅内压的分布满足经典的撞击压-对撞压产生理论;相比前额撞击和枕部撞击,颅顶撞击和侧向顶骨撞击的撞击侧正压力峰值较大,大值分别为241.6和157.3 kPa,遭受同侧脑挫裂伤的风险较高;枕部撞击工况下,撞击对侧的负压力峰值大于其他撞击工况,大值为-74.4 kPa,遭受对侧脑挫裂伤的风险较高.跌落高度增加时,HIC和颅内压力峰值增大,损伤风险随之增加.
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基于特征融合和判别式学习的胎盘成熟度自动分级
胎盘成熟度分级错误可能会导致小于胎龄儿、死产、死胎等的发生.目前,胎盘成熟度分级主要依赖于临床医生的经验和观察,主观性很强,分级准确性易受医生工作强度、工作时长和工作经验的影响.提出一种基于特征融合和判别式学习的胎盘成熟度自动分级算法.首先,对共544例的B型超声图像和彩色能量多普勒(CDE)胎盘图像,采用提取关键点、对关键点提取特征、进行融合并加以判别式特征编码的方法,形成码书,经过归一化,后用支持向量机(SVM)进行分类,得到胎盘成熟度分级结果.在测试阶段,将胎盘成熟度测试结果与临床医生的分级结果进行对比,得到如下结果:准确率92.7％,敏感性91.1％,特异性97.6％,平均精度97.3％.结果表明,该方法对胎盘成熟度自动分级具有较高的指导意义.
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阴离子化高分子包覆非病毒载体提高有血清环境下RNA干扰效率的研究
大多数阳离子化高分子载体在血清环境中会大量吸附血清蛋白而导致转染效率低下,因而难以应用于临床.设计合成羧基化葡聚糖(Dex-COOH)和羧基化葡聚糖修饰富勒烯(C60-Dex-COOH)两种阴离子化高分子,并将其包覆在精胺化普鲁兰(Ps)与siRNA形成的复合物(PS/siRNA)外层,以减少复合物对血清蛋白的吸附.采用DLS/ELS检测阴离子包覆前后复合物的颗粒粒径及Zeta电位;用QCM-D验证阴离子包覆层的形成,并评价包覆层对牛血清白蛋白(BSA)吸附的影响;同时应用cck-8试剂、流式细胞术,检测包覆前后及不同包覆比例下复合物的细胞毒性、进入细胞的情况及对Hela-EGFP细胞的干扰效率.结果表明,Dex-COOH与C60-Dex-COOH能够在PS/siRNA外部形成稳定的负电性包覆层,有效阻止BSA的吸附,并在无血清的条件下显著降低复合物的细胞毒性;在有血清的环境中,表面包覆了阴离子化高分子的复合物可以不受血清蛋白的影响而被细胞大量摄取.对包覆了C60-Dex-COOH的PS/siRNA复合物转染组施加光照,可促使复合物从溶酶体中逃逸,将血清条件下PS/siRNA的干扰效率提高20％.该策略可有效提高阳离子化高分子载体介导的RNA干扰效率.
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创面复合液体敷料在皮肤创伤中的治疗研究
基于羧甲基壳聚糖的高生物相容性及聚乙烯醇缩丁醛的快速成膜,构建了一种创面复合液体敷料,并对其应用效果进行评价.首先应用羧甲基壳聚糖(CMC)、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)和乙醇溶液,按照一定的比例,制备创面复合液体敷料.对其防水、透气、阻菌、细胞毒性进行性能研究及安全性评价.然后选择健康成年Sprague-Dawley(SD)大鼠40只,雌雄各半,构建大鼠创面模型,并将含有不同浓度的羧甲基壳聚糖(1.0、10.0、30.0 mg/mL)应用在其创面上,通过日常观察、HE染色等,研究创面复合液体敷料在皮肤创伤中的治疗效果.结果显示创面复合液体敷料上层膜液在1.8～2.3 mm之间具有很好的防水透气性、阻菌性及生物兼容性.运用在动物模型上可以看到,第7d含有10.0、30.0 mg/mL CMC组的大鼠创面愈合率分别为65.42％、67.38％,明显高于对照组且存在显著性差异(P＜0.01),14d后含有10.0、30.0 mg/mL CMC组的大鼠创面愈合率已达到100％.HE染色的第七天含有10.0、30.0 mg/mL CMC的创面复合液体敷料组中观察到有复层扁平的表皮和真皮的胶原纤维,第12 d组织开始出现内陷结构,含有厚实、粗糙胶原纤维的正常真皮与较薄的胶原纤维水平连接,表皮的复层鳞状上皮远远大于对照组中的三到四层.而且创面连接真皮结缔组织,它的表皮构成非常接近于正常皮肤组织.构建的创面复合液体敷料(10.0 mg/mL CMC)具备良好的防水、透气、阻菌性以及生物兼容性,随着羧甲基壳聚糖浓度的升高,治疗急性创面的效果越好,创面复合液体敷料能够对创面起到早期保护和促进愈合的效果..
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基于磁共振图像与波谱的专家辅助诊断系统的设计
神经系统疾病是影响人类寿命和生存质量的常见疾病,磁共振图像(MRI)和磁共振波谱(MRS)分别提供了病变结构像和代谢物含量改变信息.综合分析MRI和MRS信息有助于医生更好地诊断疾病和制定治疗方案,因此磁共振数据共享与辅助诊断平台的建设受到广泛关注.基于MRI和MRS的专家辅助诊断系统以脑肿瘤、阿尔茨海默症、轻度认知障碍为重点,以DICOM格式标准的MR图像和LCModel量化后的MRS结果为数据基础,使用MySQL建立后台数据库存储和管理医学数据,并采用Java进行系统的后台和前端开发.该系统提供了病人信息查询、MRI及其属性标签查看与下载、MRS量化结果显示与下载、MRS与MRI的位置配准及其空间可视化等功能,为医生、研究人员、管理员等提供不同权限的需要.该系统的建立为医生的病情诊断和科研人员实施研究提供了极大帮助,推进了远程资料共享和自动化诊断的进程,并促进临床和科研的学术交流.
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不同孔径丝素蛋白支架体内降解观察
近年来,丝素蛋白支架因其固有的低免疫原性、良好的生物相容性在组织工程研究中备受关注.通过观察不同孔径丝素蛋白支架在活体Sprague-Dawley(SD)大鼠体内不同时间点降解的形态学特点,了解材料的结构特性对丝素蛋白支架降解的影响.将3种不同孔径丝素蛋白支架:SF1(平均孔径(20±1.5)μm,平均孔隙率86.8％±0.2％)、SF2(平均孔径(100±8) μm,平均孔隙率92.4％ ±0.1％)、SF3(平均孔径(200±15)μm,平均孔隙率96.6％±0.1％)随机植入12只SD大鼠背部皮下,分别于术后6、12、18、24周随机取材,分别进行大体观察、组织切片HE染色和Masson染色.结果显示,不同孔径丝素蛋白支架在体内的降解速率不同:SF1 24周内未见明降解,SF2 24周内降解约40％,SF3至24周时基本崩解.植入早期丝素蛋白支架主要被炎性细胞及成纤维细胞浸润,后期主要为成纤维细胞,并可见胶原纤维包绕并生长入材料.孔径较大的丝素蛋白支架比孔径较小的降解速度快,可通过改变丝素蛋白支架的孔径有效干预丝素蛋白支架在生物体内的降解速率,以适应不同组织修复的需求.
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应用于儿童的LED光源蓝光危害评价方法研究
应用对象为儿童的发光二级管(LED)光源的视网膜蓝光伤害尚未形成成熟的评价方法体系,本研究提出一种考虑了儿童自身特性的蓝光危害评价方法.通过将儿童眼睛生理结构方面的光学特性、观察光源时的心理行为特点引入到LED光源的蓝光危害评价中,以应用对象为成人的光源的光生物安全评价方法为基础,结合差异因素引入修正因子并设定评价测试条件,选取3种不同颜色典型LED光源开展对比分析测试.测试结果表明,差异因素引入对于视网膜蓝光伤害评价存在重大影响,可直接影响蓝光LED视网膜伤害光生物安全危险类别的变化;对于被测的绿光和红光LED而言,其视网膜蓝光危害的低风险类组曝辐值有400％的增幅.通过对比测试,验证了不利观察距离对于儿童光生物安全评价存在重大影响,眼睛平均透过率因素影响相对较小.但两者的共同变化,将引起光生物安全分类或辐射值的显著变化.因此,引入儿童与成人的差异因素建立应用于儿童的视网膜蓝光伤害光生物安全评价方法是必要和可行的.
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中文病历文本分词方法研究
探索适合医学文本的分词方法,为医学数据挖掘和临床决策支持的语义分析奠定基础.分别使用单纯中科院ICTCLAS分词、ICTCLAS+自定义词典、ICTCLAS+统计分词和ICTCLAS+自定义词典结合互信息统计分词4种策略,对1 500份出院记录中的病历文本进行分词处理,并从准确率、召回率和综合指标值等3个方面对分词结果进行评价.以人工分词的50份出院记录结果为标准依据,4种分词策略的综合指标值分别为45.77％、58.76％、64.93％和78.06％.结果证实,自定义词典结合基于互信息的统计分词方法,能够有效地对病历中出院记录文本进行分词处理,可以满足临床数据分析的需求,具有良好的推广意义.
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植入式医疗设备电磁共振无线能量传输系统天线对人体电磁辐射安全影响的研究
电磁耦合谐振式无线电能传输技术利用两个具有相同谐振频率、高品质因数的线圈,当其处于谐振状态时,通过电磁振荡、依靠非辐射场来实现能量的高效传输,因具有较好的距离、空间自由度和效率优势,成为人体植入式装置无线能量供给的创新方法.针对心脏起搏器能量无线传输问题,设计一种新型的植入式天线系统.为验证其人体辐射安全性,针对人体胸腔构建3层介质模型,应用时域有限差分(FDTD)方法,使用HFSS软件对胸腔比吸收率(SAR)进行数值仿真.结果表明,在线圈间距10 mm,中间具有0.1mm空气层、0.2 mm皮肤层和约9.7 mm肌肉层,激励为9.17 MHz、1W的条件下,利用这个天线系统对人体植入式设备进行无线能量传输,正常工作情况下10 g生物组织的平均SAR值为0.009W/kg,非正常工作情况下10 g生物组织的平均SAR值大为0.823 W/kg,均低于国际非电离辐射防护委员会(ICNIRP)制定的安全标准,从而验证该植入式天线系统对人体影响的安全性.
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一种改进CLAHE算法在医学试纸条图像增强中的应用
在图像对比度增强算法中,结合自适应直方图均衡化和对比度受限两项技术的对比度受限自适应直方图均衡化算法(CLAHE)是一种常用的低对比度图像增强算法.为了解决快速诊断试剂中的过敏原检测试纸条图像对比度低的问题,尝试给出一种改进的CLAHE图像增强新算法.新算法在传统的CLAHE算法的基础上,通过引入一个自适应参数T来自动调整图像每个子块的像素点重新分配的范围,从而达到增强图像细节的目的.通过对过敏原检测试纸条图像增强的实验对比分析,表明改进后的CLAHE算法可有效地改善该类医学试纸条图像的增强视觉效果,为后续医学试纸条的分割和识别奠定基础.与此同时,以图像均方根对比度为定量统计依据,与传统CLAHE算法的结果比较得出:改进的CLAHE算法明显提高图像均方根对比度,传统的CLAHE算法平均提高原图像均方根对比度1～2倍,而改进的CLAHE算法平均提高3～4倍,进一步验证新算法是一种对过敏原检测试纸条图像增强更为有效的方法.
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慢性病危险因素干预的PID控制策略设计方法
设计一种慢性病危险因素个体化干预的控制策略.基于个体化的人体神经网络模型,建立慢性病危险因素控制系统,通过检测血压、血糖、心率和体重指数(BMI)等状态变量,设计饮食、运动、饮酒、吸烟等生活行为干预的比例-积分-微分(PID)控制变量来进行PID系数筛选,并从13例中取1例受试来说明控制效果.结果显示,以控制系统的稳定性、响应时间、稳态偏差为原则设计PID控制策略是合理的,PID系数筛选的步骤亦可行.在慢性病危险因素干预的控制中,PID控制策略有望作为个体化的生活行为干预策略,其系数可以通过筛选的方式获得.
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磁共振扩散峰度成像研究进展及新应用
扩散峰度成像(DKI)是一种新兴的扩散磁共振技术,它在传统扩散张量成像的基础上引入了四阶峰度,并以此量化组织中水分子扩散位移概率分布偏离高斯分布的程度,其附加的峰度信息对大脑组织的微观结构更敏感.从扩散峰度成像模型、数据采集参数、模型拟合以及由DKI发展而来的微观结构模型等方面,介绍DKI模型的研究进展和临床应用.后简要讨论DKI模型存在的问题,并展望其在神经放射学各个方面所具有的广泛深远影响.
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微球体的制备及其在修复神经系统损伤研究中的应用
利用组织工程技术制备神经支架应用于神经系统损伤的修复已经成为神经系统再生研究领域的重点,其中利用生物材料以微球体形式,持续缓慢释放活性物质,有利于神经系统再生的微环境改善,也是研究的热点.本文就微球体制备的相关材料、制备方法、检测及在神经系统损伤修复中的作用等进行综述,并进行了总结和展望.
| 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 |
