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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基于混合准则的IMRT计划优化
在适形调强放射治疗计划优化方法中,基于广义等效均匀剂量(gEUD)的生物优化不能较好地控制靶区剂量覆盖特性,基于剂量体积(DV)的物理优化不能反映组织对剂量的非线性反应,为此提出一种基于gEUD生物准则和物理准则(小剂量和平均剂量)混合准则约束的方法,结合两类准则的优势,更好地兼顾靶区剂量覆盖特性和保护危及器官.采用10例前列腺病例数据仿真,从剂量学和生物学两方面比较和评价.混合准则优化较物理准则优化能够在保证靶区剂量覆盖特性相似的前提下,降低危及器官的剂量,直肠的平均剂量、V50和V60,膀胱的平均剂量、V65、V70、V75、正常组织并发症概率(NTCP)和gEUD有统计学显著差异(P＜0.05).混合准则优化与生物准则优化相比,一方面靶区剂量覆盖特性得到很大改善,靶区剂量统计指标和生物指标均有显著性差异(P＜0.05);另一方面危及器官得到保护,表现在直肠平均剂量、V50、V60、V75、NTCP和gEUD,膀胱V75和gEUD有显著性差异(P＜0.05).总之,在保证靶区放疗剂量的同时,基于gEUD的混合准则放疗优化能够减少危及器官的照射剂量,为进一步改善靶区剂量覆盖特性、提高治疗增益比提供可能.
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基于MLS-MWS混合模型的软组织建模
针对无网格模型计算量大和边界处理繁琐的问题,提出一种基于改进小二乘近似函数的无网格强弱势混合模型(MLS-MWS).首先,基于场理论将模型划分为内部域和外部域,在内部域中,不与自然边界相连接的节点通过无网格强势法来构建平衡方程,该方法无数值积分,从而达到计算量的减少;在外部域中,通过无网格局部弱势法来弱化边界问题.其次,在强势方法中,需利用小二乘近似式表示位移的二阶导数,针对其计算量大和效率低的问题,提出改进移动小二乘近似函数和导数,通过将节点值进行两次MLS导数插值,求出该节点的二阶导数,进一步简化计算;后采用PHANTOM触觉交互设备,对肝脏模型进行拉伸与挤压的形变模拟实验.实验结果表明,MLS-MWS混合模型相比无网格伽辽金模型,单步执行时间从17.3 ms减少到13.8 ms,频率从56.80帧/s提高到72.46帧/s.该混合模型结合无网格强弱势法和双重无网格配点法,达到优势互补,有效提高模型的实时性.
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用复合诱导型骨修复材料修复兔桡骨缺损的实验研究
以不同的载药方式构建4种壳聚糖/聚羟基丁酸酯-羟基戊酸酯(PHBV)复合诱导型骨修复材料,检测并比较4种支架材料对兔桡骨缺损的修复效果,筛选出佳骨修复材料并确定佳药物控释方式.以淫羊藿苷为诱导因子,采用两相混合冷冻干燥技术以微球载药、改性药物微球(W/O法制得并表征)、改性药物与材料共价结合等药物添加方式及不加药制得4种支架材料,并对其进行显微结构以及载药支架药物缓释表征,后将4种材料分别植入兔桡骨缺损处,于1、3、6个月进行X射线及三维CT观察支架材料对兔桡骨缺损的修复情况,HE,Masson染色观察其诱导成骨效果.结果表明,支架材料呈网络状串珠状的显微结构,载药微球粒径分布在3～11 μm,载药支架材料有着良好的药物缓释,其中共价结合组药物释放峰值时间较其他组推迟,为72 h,且峰值后药物缓释量迅速平稳为75μg左右.X射线及三维CT观察显示,终共价结合组支架材料骨缺损处连通,且骨密度高于其他3组.HE、Masson染色结果显示,共价结合组成骨效果优于其他组.共价结合的药物添加方式能使支架具有良好的药物缓释效果,进而对兔桡骨缺损表现出良好的修复效果.
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基于GPU并行计算的超声波束合成方法
逐列扫描式的聚焦成像方法会限制超声成像帧频的提高.采用平面波发射模式只需要一次发射和接收即可获得一幅完整的超声图像,平面波成像是可以大幅度地提高成像帧频,从而实现超声超高速成像的方法之一.但是现有的超声波束合成器无法达到超声超高速成像对于计算能力的要求.对基于平面波成像的超声延时-叠加波束合成算法进行并行性分析,在此基础上设计并实现两种基于图形处理器(GPU)并行计算的超声平面波成像波束合成方法——基于2个Kernel和基于1个Kernel的并行波束合成方法.两种方法的主要区别在于波束合成中对延时值的计算和存储策略的不同处理,仿体实验证明两种方法的计算帧频分别达到2 178和2453帧/s.相比于普通的方法,这两种基于GPU的并行波束合成方法的计算帧频分别提速99倍和111倍.实验结果表明,GPU波束合成器相比于传统方法,可以大幅度提高计算能力.
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磁刺激光明穴的脑电响应的脑功能网络构建与分析
经颅磁刺激技术与中医穴位刺激相结合的研究和应用,近年来已经取得一定进展,图论理论在脑科学研究领域中也进行一些探索,这些理论和技术的交叉与结合将为神经磁刺激技术的应用和脑科学的研究开启新的方向.利用互相关方法对磁刺激光明穴和假穴的脑电信号进行了两两通道间的线性时域关联特性分析,得出各通道间脑电数据的相关数量关系,并且以相关矩阵的形式表示,通过阈值大小的设定获取邻接矩阵,分别构建磁刺激光明穴与磁刺激假穴实验状态下脑电信号的脑功能网络图.结果发现,磁刺激光明穴的脑功能连接相比于磁刺激假穴的脑功能连接在枕叶(视觉联络区)、额叶区显著增多.利用基于图论的复杂网络理论,对所构建的脑功能网络特性参数进行参数比较和统计学分析.磁刺激光明穴使得脑功能网络发生变化,主要包括网络平均度增大、聚类系数增大、特征路径长度减小、全局效率和局部效率提高、小世界属性增强,并且这些差异经过统计学检验在均值差值上都有量化体现,通过统计检验发现磁刺激光明穴引起的脑功能网络参数的改变具有显著性差异(P＜0.05).研究提示,磁刺激光明穴相比磁刺激假穴,可以提高脑功能网络的全局效率和局部效率,缩短信息传播路径,使各个脑区之间的信息传递更加高效,为磁刺激技术施加于穴位改善神经功能提供一定的理论依据.
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脉搏波波速法无创血压测量中多模量血压计算模型研究
针对脉搏波波速法无创血压测量中血压计算模型建模困难和模型计算精度较低的问题,结合TPTT、In(TPTT)及(1/TPTT)2等模量建立多模量血压计算模型.首先,利用99名随机测试者的实验数据确定多模量模型参数,并基于实验数据计算各模型性能评价指标,其中多模量血压计算模型拟合相关系数大,为0.891,误差方差小,仅为6.1,实验表明,多模量血压计算模型具有更好的拟合效果和更低的计算误差.然后,利用医用水银血压计和自主设计的多模量血压测量系统两种方法采集另外36名随机测试者的收缩压和舒张压数据,并计算两种方法采集数据间的相关参数,其中收缩压差值的绝对值d＜6 mmHg,差值均值Ed=0.55 mmHg,差值的标准差δd=2.98 mmHg;舒张压差值的绝对值d＜6 mmHg,差值均值Ed=0.57 mmHg,差值的标准差δd=3.42 mmHg,完全符合美国医疗仪器促进协会SP10-199中对电子血压计测量差值＜8 mmHg的要求.后,采用Bland-Altman差值法,对两种方法测量数据一致性进行检验,发现舒张压与收缩压的95％一致性界限分别为(-5.3,6.4)和(7.2,-6.2),完全在临床血压测量可接受范围之内,较好地证明多模量血压计算模型用于无创血压测量的有效性.研究结果表明,多模量血压计算模型可以应用于脉搏波波速法无创血压测量.
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CH-VAD左心辅助装置动物体内实验研究
验证磁悬浮左心辅助装置(CH-VAD)动物体内植入后的安全性及可靠性.选择健康雄性绵羊6只,经麻醉诱导、呼吸插管后开胸,在心脏不停跳的情况下开通由左心尖到辅助装置,再到降主动脉的辅助循环通路.术后常规予以密切监护及抗凝治疗,持续监测装置运行状况,实验动物在术前及术后分别进行细胞学及血液生化指标检测.实验观察结束后,动物予以安乐死,进行尸检及组织病理检查.6例实验动物中:2例因室颤或窒息死亡,1例因肺部感染于20 d终止观察,2例观察至实验结束(60 d)后取材进行病理检查,1例60 d后继续观察并因肺部感染于135d终止实验.对成功植入的实验动物进行有效观察,装置悬浮状态良好,运转正常;CH-VAD植入后,细胞学及血液生化检查均在正常范围内.尸解及组织病理检查发现:2例存活20和135 d的动物,出现肺炎和肾脏多发性梗死;2例存活60 d的动物,出现肾脏单发小梗死,其余脏器未见明显异常.该实验为CH-VAD临床前评价及临床操作提供理论及技术支持,并证明其具有相对稳定的工作性能;提出建立左心辅助装置临床前评价标准的思路和想法,为后期装置的植入及临床操作提供研究的方向.
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一种分割脑磁共振图像的改进FCM聚类算法
噪声和偏移场是影响磁共振(MRI)图像质量的主要因素.以含加性噪声和乘性偏移场的脑MRI图像组m织分割为目标,提出一种抗噪局部相干模糊聚类算法,通过在目标函数中加入模糊算子和一致局部信息约束,达到同时抑制噪声和偏移场不利影响的目的,提高分割准确性和稳定性.采用20例合成图像、60例来自BrainWeb的模拟脑MRI图像、100例来自IBSR真实脑MRI图像,对算法的聚类性能进行评价.实验结果表明,在噪声和偏移场干扰并存的情况下,所提出算法与其他几种经典FCM改进算法相比,对合成图像集的平均分类准确度SA达到0.97,高于其他算法,大可提高0.37;对真实脑MRI图像集的脑脊液分割有明显优势,相似性测度KI平均提高约0.1.分析表明,所提出算法有更好的分类准确性和稳定性.
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基于PiB PET图像感兴趣区域的阿尔茨海默症计算机辅助分析
阿尔兹海默症(AD)是一种不可逆的神经退行性疾病,PiB PET成像技术可用于AD的早期诊断.但是,目前临床基于PiB PET图像的AD诊断主要依靠医生视觉评估分析,其缺点为依赖医生经验且耗时,无法实现对患者病情的客观追踪,因此提出一种基于PiB PET图像的计算机辅助分析方法(CAAD)实现AD诊断.使用基于阈值先验的3D格子玻尔兹曼技术分割ROIs,采用主成分分析(PCA)技术提取图像特征,终采取基于支持向量机(SVM)多项式核模型对特征进行分类.通过对ADNI数据库和上海市华山医院PET中心的149个样本的PiB PET数据进行对比实验,该方法对于ROIs的分割后Dice系数平均准确率为91.53％ ±3.0％,终对AD和正常老年组(HC)、轻度认知障碍组(MCI)和HC、AD/MCI和HC的分类准确率分别达到87.01％、93.04％和91.95％.与现有文献的AD计算机辅助诊断相比,所提出CAAD方法的准确率高出约10％.实验结果表明,该方法能够很好地对AD、MCI和HC进行分类.
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基于多尺度排列熵的精神分裂症MEG信号分析
通过应用多尺度排列熵分析方法对精神分裂症患者和健康正常人的静息态脑磁图(MEG)信号进行信号的复杂性定量分析与对比,发现:在两组样本的多尺度排列熵均值比较中,精神分裂症患者93.82％通道上的多尺度排列熵值高于正常对照组;精神分裂症患者的MEG信号的多尺度排列熵在19个通道上存在显著性差异(P＜0.05,FDR校正),这些差异通道集中分布在脑区上的颞叶和额叶等部位.这个发现与既往的MRI和EEG等神经影像学对精神分裂症的研究结果相一致.这些特征提示MEG信号的复杂性测度或许可以为精神分裂症患者的诊断及判别提供新的辅助参考依据,有助于了解及分析精神分裂症的症状表现及其病理机制,为精神分裂症的病理分析和临床诊断方法的研究提供新的研究思路与途径.
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一种2型糖尿病中医证型的舌图像识别方法
舌诊是2型糖尿病辨证方法之一,为降低因外界光线、医生经验等因素造成的临床2型糖尿病舌象诊断误差,提出一种2型糖尿病中医证型的舌图像识别方法.首先,通过色差校正,获得校正后舌象图像;其次,基于不同颜色空间特性,运用快速K均值聚类方法分离图像背景区域与舌体区域,再对舌体区域图像运用Ohta色度阈值法分离出舌质区域和舌苔区域;然后,根据2型糖尿病3种证型的舌象特征,提取舌体、舌苔及舌质区域的颜色、裂纹和胖大特征值;后,使用随机森林作为分类器训练识别数据,并与支持向量机的方案进行对比.通过对218例数据训练识别,得出随机森林方法平均识别准确率为90.37％,比支持向量机方法提高了10.74％.结果表明,在2型糖尿病中医证型分类识别方面,随机森林方法更准确,且提出的舌图像识别方法可以实现2型糖尿病的中医证型识别.
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酗酒者皮层脑电同步性分析
同步性可以度量不同脑区之间的相互作用,但目前对脑电的同步性研究多数是基于头皮数据进行的.脑电的容积导体效应,可能导致头皮电极之间出现伪相关,从而影响同步性的度量.实验所用的数据集包括正常(28例)和酗酒(28例)两类被试的61通道EEG时间序列,每一个被试参与3种条件的实验任务:单刺激(S1)、双刺激匹配(S2 match)、双刺激不匹配(S2 no match).利用eLoreta溯源技术,在大脑皮层上自定义了61个感兴趣区域(ROI),计算两类被试之间的同步似然性,后对酗酒被试和正常被试执行认知任务时的同步性差异进行统计分析.结果发现,执行相同认知任务时,酗酒被试全脑平均同步似然均小于正常被试,且在α、β1和θ波段上均有P ＜0.05,差异达到统计显著.在执行不同认知任务时,正常被试的同步性可以准确反映出不同认知任务的复杂程度(S2match＞S2 no match＞S1),而酗酒被试的同步性则无规律变化.不同被试之间的区域MSL结果表明,在执行S2match任务时,酗酒被试多个区域MSL均小于正常被试,且在α波段上额叶、左颞叶、中央和右颞叶区均有P ＜0.05,差异达到统计显著;在β1波段上,额叶区P＜0.05,差异达到统计显著;在β2波段上,额叶、左颞叶区均有P ＜0.05,差异达到统计显著.研究结果表明,酗酒被试大脑不同区域之间的连接受到一定程度的损伤,这为研究酗酒引起的脑损伤提供一个新的角度和有力的证据.
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基于脑电图的不同频率磁刺激内关穴脑网络分析
磁刺激和电刺激在离子水平的作用机制是相似的.相比之下,磁刺激技术具有无痛、可刺激深部组织等优点.不同的刺激参数会产生不同的机体效应,同时所引发的神经调控机制也不同.采用不同频率(0.5和3 Hz)的脉冲磁场刺激内关穴,采集刺激前、后的32导脑电信号,计算各通道脑电信号之间的相关系数.针对正、负相关系数的不同分布特点,采用不同的阈值,分别对正、负相关系数矩阵进行二值化处理.以脑电通道作为所构建脑功能网络的节点,构建并分析不同状态下的脑功能网络,探讨频率参数对磁刺激内关穴脑功能区活动的影响.结果发现,0.5和3 Hz磁刺激内关穴后较刺激前,大脑额叶、颞叶和中央区内部以及脑区之间的正相关呈现增加的趋势.同时,0.5 Hz磁刺激内关穴后,额叶与枕叶以及颞叶与枕叶之间的大尺度连接增强,且具有负相关特性.这一研究结果为磁刺激频率的选取提供一定的依据.
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方剂配伍规律的可视化表示方法与知识发现
方剂配伍规律研究是中医现代化研究的核心问题之一.随着数据挖掘技术的发展和中医信息化的逐渐深入,很多数据挖掘方法已被应用到方剂配伍规律研究领域.基于形式概念分析理论,提出一种偏序结构图分层表示的方剂配伍知识可视化方法.以《张仲景方方族》中小青龙汤类方剂为例,说明知识发现过程.以该类方剂中的方剂与药物、证候与药物为对象和属性分别构建偏序结构图,依据属性特征定义及偏序结构图的层次关系分析方剂配伍规律.结果表明,根据方剂与药物偏序结构图的层次和涵盖支路情况,可以直观地发现小青龙汤类方剂中包含1味核心药五味子;高频药物包括细辛和半夏,其中细辛出现频次为13次,半夏出现频次为10次;常用的药对有8对,药组有3组.从不同簇集角度分析可以发现,小青龙汤类方剂可以聚类为5大簇集,每个簇集的方剂组成、主治功效等具有共性.根据证候与药物偏序结构图可以发现,除小青龙汤证候外,12个证候均是在小青龙汤证候基础上加减变化而成的.可见,偏序结构图可视化表示方法可清晰地反映出方剂与药物、药物与证候之间的配伍群结构.
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基于BGO与SiPM耦合的平板乳腺PET扫描仪研制
设计一种专用于乳腺癌早期检查的高分辨率、高灵敏度、低成本的平板乳腺PET扫描仪.这种PET扫描仪采用带有弧度的平板探测器结构,将BGO(Bi4Ge3O2)晶体与新型光电探测器件硅光电倍增管(SiPM)耦合.SiPM具有探测效率高、工作电压小等优点.探测器面积为180 mm×120 mm,平板探测器间距为160 mm;电子学部分采用模块化设计,能够有效地采集到数据.样机实验结果表明,可实现优于3.0 mm的空间分辨率、2.5％的高灵敏度的图像质量;仪器其他各参数的测试实验表明,该仪器的各个指标和性能稳定,安全可靠;动物实验表明,该仪器能较好地实现对肿瘤组织(1Omm)血流代谢成像.
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基于无线无源技术的膀胱压力监测系统的设计
为实现膀胱压力的实时测量,改善下尿路功能障碍患者的生活质量,设计一种可长期使用的植入式膀胱压力监测系统.该系统基于无线无源技术,由植入式膀胱压力检测器和体外控制器构成,两者之间通过无线方式传输数据.体外控制器具有设置压力阈值和排尿警报功能.植入式膀胱压力检测器采用无源式设计,能量直接由经皮电磁耦合从体外控制器供给,使其可不受电池容量限制而长期使用.通过软件处理,可增加系统稳定性,降低实现难度.经实验测试:该系统可测量的有效压力范围为266～1 284 cmH2O(绝对压力),分辨率为0.1 cmH20.该系统可配合骶神经刺激器使用,实现反馈式闭环控制,更好地重建膀胱功能,为目前医学不能治愈的下尿路障碍患者提供一种新的治疗方案.
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一种滤除高采样心电工频干扰的改进算法
为了解决高采样频率下50 Hz工频及其倍频对心电波形的影响并保留有用的心电高频信息,提出一种滤除高采样心电工频干扰的改进算法.首先,通过修改零极点得到改进的IIR梳状陷波器,对带工频干扰的ECG信号进行滤波处理;然后,将滤波后的ECG信号进行线性段判别,并对线性段进行平滑滤波处理以消除振铃现象.通过R波幅值、信噪比(SNR)和均方误差(RMSE)对ECG信号工频干扰的消除结果进行评价,与其他4种滤波方法(平滑滤波、Notch滤波、自适应滤波和Levkov滤波)相比,IIR梳状陷波器改进方法得到的ECG信号R波幅值与原始未加工频的ECG信号为接近,恢复率达到98％以上,且SNR提高约11倍、RMSE降低约30倍.所提出方法不仅能滤除高采样下的工频及其倍频的干扰,且能大程度保留有用信号.
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儿童头部有限元模型研究进展
头部损伤是导致儿童死亡与伤残的重要原因,对儿童头部损伤生物力学的深入研究意义重大.近年来,通过构建真实的儿童头部有限元模型来研究儿童头部损伤的方法日益成熟,逐步代替了尸体实验、动物实验以及物理实验.对儿童头部有限元模型的年龄特点、构建方法、模型应用以及发展趋势等进行较为全面的综述,并对该领域还有待研究的内容以及未来的发展方向做出展望.
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生物感应式磁声成像的研究现状
生物感应式磁声(MAT-MI)成像是一种新型功能成像技术,融合电磁技术、超声技术和多物理场探测与成像技术,具有电阻抗成像的高对比度以及超声扫描成像的高空间分辨率的特点,能够反映生物组织的电导率变化信息,达到对病变组织进行早期诊断的目的.将MAT-MI与内窥检测技术相结合,则可直接检测生物腔体组织(如鼻腔、消化道以及血管等)病变的情况,为腔体组织疾病的诊断和治疗提供更及时可靠的依据.在分析MAT-MI的成像原理的基础上,对其正/逆问题的研究现状进行综述,并探讨内窥感应式磁声成像的可行性以及所面临的技术难点.
| 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 |
