王爱利；王悦；郭佳；刘磊；李晶晶；邓林红
针对基于范数优化的多目标动态荧光分子重建稀疏性不足、定位精度低的问题,本研究提出了基于块稀疏贝叶斯学习的重建方法.该方法利用多观测动态荧光信号共享相同稀疏结构的特点,充分挖掘了信号的时空相关性信息和分块稀疏特性,将多观测模型联合稀疏重构问题转化为块稀疏贝叶斯学习问题,通过稀疏贝叶斯框架下的相关向量机稀疏学习模型获取稀疏解.实验结果表明,本研究算法相较于传统压缩感知算法具有更高的稀疏度和定位精度.
作者：臧青杨；陈春晓；杨俊豪；李东升 刊期： 2018年第04期
本研究提出了一种基于机器人操作系统( robot operating system ,ROS)的机械臂辅助超声扫描系统,旨在减轻超声医生的劳动强度,降低对操作者的依赖,标准化扫查流程,提高扫描操作的准确度和效率.系统由ROS、Kinect V2视觉传感器、六轴机械臂和超声采集装置等硬件平台组成.本系统首先利用 Kinect V2实时获取场景的RGB彩色和深度图像,经内外参标定、配准后形成RGB－点云数据用以充分描述三维空间信息.通过对点云进行去噪、分割、表面法向量分析和运动轨迹提取等系列处理,再经由坐标系统转换,本系统即可进行机械臂坐标系统下的路径规划,进而引导机械臂持超声探头到指定区域的表面实施扫描动作,完成超声影像的实时采集.结果表明,基于ROS搭建系统平台,结合Kinect V2视觉导航,本系统可引导机械臂夹持超声探头较快速、较准确、较稳定地到达待扫查区域,实现自主的超声图像采集.
作者：张娟；李锐；程威；秦浩；吴诗尧；刘立；倪东；陈思平；钱建庭 刊期： 2018年第04期
脑卒中患者的语言障碍使得他们无法表达自己的意图,给患者的治疗和生活带来了巨大的困难.为了改善患者的语言状况,便于家人和看护人员的看护,本研究利用脑机接口技术设计实现了一种服务于脑卒中患者的语音看护系统.该系统利用Alpha波实现异步的工作方式,患者可以自主地选择何时启动系统运行;利用对稳态视觉诱发电位(steady－state visual evoked potential,SSVEP)信号的分析实现患者语言意图的识别;利用语音合成技术完成患者语言的语音表达输出.该系统的在线实验结果证实了该系统的可行性与有效性,四名被试者可以利用Alpha波控制系统的启动与空闲,系统启动后再利用SSVEP信号控制自身的表达意图,控制准确率高达90%以上.
作者：高诺；杨玉娜；翟文文；高枫；王蕴辉 刊期： 2018年第04期
为了辅助医生对肿瘤治疗方案和靶区形状的设计,我们研究了PET／CT图像联合自动分割,将计算机自动分割的结果作为一个较客观的依据.传统的测地线活动轮廓模型( GAC)具有边缘演化迅速,对弱边界也能准确分割的优点,但是该算法只能利用一种模态的图像信息进行分割.本研究算法在传统的测地线活动轮廓模型基础上进行改进,重新设计其边缘函数,综合利用了CT信息与PET信息,使算法利用两种模态的医学图像信息进行联合分割.由于边缘函数中结合了两种信息,所以算法的演化收敛速度有一定的提升,分割出的边缘也更加合理,较单一PET图像分割算法具有更准确的边界.
作者：郑翰艺；邱天爽 刊期： 2018年第04期
为了对不同内固定系统参数在不同愈合时期下对内固定系统的影响进行评估,本研究通过对一名健康志愿者胫骨进行CT扫描,利用Mimics、Geomagic studio、Abaqus等软件建立胫骨骨折钢板内固定实体模型,采用正交试验设计的方法对不同因素水平进行组合,观察加载后不同组合的接骨板、螺钉上的大等效应力及内固定系统的大轴向位移.结果表明,内固定系统在愈合初期与愈合后期的力学环境差异较大,愈合初期过早负重易导致强度失效而造成断裂,愈合后期的断裂是由于疲劳所引起的;不同愈合时期,不同因素对不同评价指标下的影响主次顺序也不同,接骨板及螺钉的尺寸对内固定系统的影响大,螺钉布局中螺钉数量及接骨板工作长度也产生较大的影响.
作者：方润心；纪爱敏；龙登燕；盛伟；陈长胜 刊期： 2018年第04期
基于线阵电荷耦合器件(charge coupled device,CCD)设计了一种数字差分式肌张力传感器,以悬臂梁为弹性元件,线阵CCD为检测元件,将张力变化转化为激光光斑在CCD感光窗口上的位置变化,实现了肌张力的数字差分式测量.采用两组线阵CCD对称式设计,使传感器具有差动式测量的优点;位移变化是以线阵CCD像元的数量来体现,使传感器具有数字化测量的特点.结果证明,测量方法具有数字差分的特征,显著降低了传感器的非线性误差和迟滞,适用于微张力的数字化测量.
作者：张敏；孙雪；邱召运；马晨阳；白雪；王小东 刊期： 2018年第04期
硅橡胶的凝胶速率往往决定着硅胶产品的生产效率,因此我们特别针对硅橡胶双组分的配比及环境温度对凝胶速率的影响进行了定量化地研究.结果表明,A:B＝1:1时凝胶速度快;环境温度的升高可提高凝胶的速率.我们发现,钠基蒙脱土的加入能够加快硅橡胶的凝胶速率,而且有机蒙脱土具有较好生物相容性,因此,加入钠基蒙脱土的硅橡胶将在3D打印生物医用材料中将得到广泛地应用.
作者：张翼飞；周超；张治国；邓林红 刊期： 2018年第04期
为了实现搏动式血泵的驱动,设计了一种新型电磁驱动装置.基于模拟体外循环实验对装置进行相关的可行性实验研究.研究结果表明:驱动线圈结构设计过程科学合理,且驱动力规律满足血泵驱动要求;平均灌注压与驱动电流的线性拟合方程为y＝33.074x+6.6563,R2＝0.9784,表明该驱动装置能够按照设定的压力值输出搏动流以满足实际应用需求.装置的驱动效率为21.83%.研究表明我们所设计的新型驱动装置能够作为搏动式血泵驱动.
作者：张磊；葛斌；方旭晨；张少伟；魏凌轩；伍进平 刊期： 2018年第04期
为了解决表面肌电信号混迭导致的手部运动意图识别率较低的问题,提出了一种基于改进的人工蜂群优化盲源有序分离算法.本算法以表面肌电信号的规范四阶累积量作为代价函数,使用改进的人工蜂群优化算法代替传统的梯度算法对代价函数进行优化,并以代价函数绝对值的降序逐次提取出源信号;对于肌电信号的非平稳性及易受干扰的问题,采用一种基于小波包变换和样本熵的特征提取方法,并与表征肌电信号细节和强度的特征峰度、偏度、肌电积分值组合构建特征向量,训练二叉树支持向量机分类器.实验结果表明,采用表面肌电信号的盲源分离预处理与组合特征提取的方法识别六种手部运动意图,平均准确率达到93.33%.
作者：石军梅；王从庆；左超 刊期： 2018年第04期
穿山龙总皂苷是中药穿山龙的提取物,可抑制哮喘动物的气道炎症,但其是否对气道高反应性有影响未见报道.本研究为观察穿山龙总皂苷对气道高反应性动物模型的疗效,并初步探讨其机制,采用臭氧为诱导因素,分别建立急性、亚急性气道高反应性模型小鼠,通过肺功能仪检测气道阻力的变化,肺泡灌洗液中炎症细胞总数和分类计数在光学显微镜下检测.并采用ELISA法测定肺泡灌洗液和肺组织匀浆液中IL－17A水平,结果显示小鼠在臭氧应激下诱导发生气道高反应性和IL－17A表达上升等哮喘典型特征的变化,而雾化吸入穿山龙总皂苷(20、40、80 mg／kg)后能不同程度地有效降低急性以及亚急性气道高反应模型的气道阻力及IL－17A的水平.穿山龙总皂苷具有作为一种治疗气道高反应性药物的潜在价值,可能为支气管哮喘的治疗提供新的手段.
作者：王爱利；王悦；郭佳；刘磊；李晶晶；邓林红 刊期： 2018年第04期
针对变精度粗糙集在高维特征选择过程中对分类错误率β的过分依赖问题,结合遗传算法提出一种基于贝叶斯粗糙集的肺部肿瘤CT图像高维特征选择算法.首先提取3000例肺部肿瘤CT图像ROI区域的104维特征构造决策信息表;然后从全局相对增益函数的角度分析属性重要度,结合属性约简长度、基因编码权值函数三者的加权和构造一个适应度函数框架,提出以此为启发式信息的属性约简算法;后利用支持向量机进行分类识别.实验结果表明,本研究算法摆脱了阈值人工设置的束缚,并且在很大程度上提高整体性能,对肺部肿瘤计算机辅助诊断具有积极的推广价值.
作者：张飞飞；周涛；陆惠玲；梁蒙蒙；杨健 刊期： 2018年第04期
本研究基于Capon波束形成算法提出适用于二维发射声场的Capon窗、并结合余弦窗提出这两种窗复合的加权方法.使用Field II对含噪声场进行加权仿真.在深度150 mm时,使用Capon窗加权仿真的分层阵列波波束形状清晰可见,这种方法有效的抑制了噪声,边缘旁瓣幅度相对含噪声场下降了15 dB.复合权方法集中了这两种方式的优点,在抑制噪声的同时也对边缘声场沿y轴方向的尾影具有一定的抑制作用.
作者：刘冬雪；彭虎；韩志会 刊期： 2018年第04期
脑机接口(brain－computer interface,BCI)作为一种新型的通信和控制方式,实现了人脑与外界之间的交互,近年来应用于康复领域取得了很大进展.很多肢体运动障碍的患者思维仍然是正常的,BCI通过对患者运动想象或诱发产生的脑电信号进行识别,控制外部设备实现相关功能.本研究主要基于运动疗法、物理疗法、作业疗法三个方面,对BCI在各方面的研究情况分别总结,包括了将BCI与虚拟现实、功能电刺激等其他技术结合的应用情况,并总结了仍待改进的地方,表明BCI应用于肢体障碍患者的康复潜力巨大.
作者：姜月；邹任玲 刊期： 2018年第04期
气道平滑肌肥大、增生、力学性质和排列方向改变发生于许多慢性呼吸系统疾病中,引起气道内应力环境发生变化,成为导致气道狭窄的重要原因之一.本研究基于人体气道解剖结构,构建带有螺旋平滑肌层结构的气道三维有限元模型,并采用数值模拟的方法来研究平滑肌性质和排布变化对于气道在收缩过程中力学行为的影响.结果表明,气道内壁和平滑肌层在气道收缩过程中承受较大的应力;病理条件下平滑肌细胞数量和质量增加都将直接导致平滑肌层受力增大;平滑肌刚度的增加同样会引起该层组织承受更大应力;而在同等条件下,平滑肌细胞排列角度增加则会降低平滑肌层的应力值.
作者：周圣叶；石晓灏；邓林红 刊期： 2018年第04期
针对目前临床手臂静脉辅助穿刺研究较少的情况,提出一种改进种子算法提高识别效率.首先通过红外摄像头获取静脉图像进行预处理操作,提取特征并二值化,然后进行细化操作并获得所有分支点和端点,在此基础上利用改进的种子生长法对细化图像标号和剪裁,后通过斜率等条件建立标准模板进行模板匹配,从而提取出佳穿刺部位.实验结果显示该方法能够对适合穿刺的静脉部位实现较高识别率.
作者：马尉腾；吕勇 刊期： 2018年第04期
本研究基于Python语言开发了一款针对海马形态学分析的软件,该软件具有结构磁共振图像可视化、预处理、海马自动分割、构建海马结构共变网络、统计分析等功能,实现对海马形态学的系列分析.基于该软件,采用ADNI数据库中AD和NC 组数据进行了海马分割及分析,均得到显著性差异结果,并与Freesurfer和FSL－FIRST进行分割结果对比实验,证明该软件具有分割准确性高,速度快的优势.本研究成果为海马的形态学分析提供了集成化、自动化的工具.
作者：牛敏；李淑宇；李琼玲；李欣蔚；王雪彤 刊期： 2018年第04期
目前在国内皮肤疾病的临床诊疗中,皮肤三维成像仍然是一个未被解决的问题,我们因而提出用甚高频超声对皮肤三维成像.用中心频率为50 MHz的机械三维超声探头采集正常人前臂上侧皮肤切片,用光线投射算法和可视化工具包重建前臂上侧皮肤.重建100张576x760像素的图像所需的时间为1.1 s,三维重建图能够清晰的显示皮肤的表皮、真皮、真皮纤维和皮下组织,通过体数据的任意切面可以清晰的观察到血管的形态、走向及血管内红细胞散射斑点.甚高频超声皮肤三维成像克服了传统成像方式在皮肤成像中的不能兼顾深度和精度的缺点,对于皮肤疾病的诊断以及皮肤手术指导具有重要意义.
作者：王韬；王文赛；宋学东；高璇；齐珊；王延群；杨军 刊期： 2018年第04期
利用Bayesian估计的小波自适应阈值方法对图像进行去噪处理.通过高斯滤波和小波变换的三种方法(传统的硬阈值、传统的软阈值去噪、基于Bayesian估计的自适应阈值去噪)分别同时对加不同标准差σ的Rician噪声信号进行消噪处理,对比验证高斯滤波和传统小波阈值去噪的优劣,以及新的Bayesian估计自适应阈值小波去噪在磁共振成像(magnetic resonance imaging ,MRI)图像信号去噪方面的优越性.小波去噪后的信号信噪比比高斯滤波去噪后信号的信噪比高,且均方根误差要低.采用基于Bayesian估计的自适应阈值小波去噪方法比采用的高斯滤波保留了更多有用信号,优化后的氧摄取分数( oxygen extraction fraction,OEF)值有一定程度增大,使结果更接近正电子发射型计算机断层显像( positron emission computed tomography,PET)测量金标准.成功完成信号和噪声分离优化,将一种新的基于Baysian估计的自适应小波阈值去噪应用到了功能核磁共振成像的降噪分析上,取得了不错的效果.
作者：曾艺辉；高鸣 刊期： 2018年第04期
传统使用脉搏波测量血压的方法存在准确率较低和特征点难以提取的问题.针对这些问题,本研究首先提出脉搏波分解算法,将脉搏波分解为三个钟型波复合的形式,由此获取到准确的脉搏波传播时间;之后提出混合特征卷积神经网络模型ABP－net,该模型将脉搏波传播时间特征和使用一维卷积自动提取的脉搏波波形特征相结合对动脉血压进行预测.后使用ABP－net对MIMIC III中15个患者的血压进行预测.实验结果表明,ABP－net能够有效地提取脉搏波波形特征而且对血压的预测精度更高.
作者：张佳骕；顾林跃；姜少燕 刊期： 2018年第04期
为了有效预防深静脉血栓,设计并开发了一款小型电刺激仪器.输出电流强度为10、20、30、40 mA,脉冲宽度为100、300、500 μs.采用PIC12F675为主控芯片,结合自举升压电路,输出控制电路,银浆薄膜和导电水凝胶.通过电刺激腓总神经,使小腿肌肉主动收缩,挤压静脉血管,进而促进血液回流,预防深静脉血栓.实验结果表明,与静息状态相比,12组刺激强度中有10组存在显著性差异(P＜0.05);与足背屈状态相比,有4组存在显著性差异( P＜0.05),有1组数据VAS评分结果为重度不适,7组数据为中度不适.该小型电刺激仪器可使下肢腘静脉峰值血流速度大提高7.97倍.对静脉回流加速效果明显.
作者：叶燕语；王金武；万克明 刊期： 2018年第04期
生物医学工程研究杂志
主管:山东省科学技术协会
主办：山东生物医学工程学会 山东省医疗器械研究所 山东省千佛山医院
