黄煜峰；周逸峰
下肢康复机器人是一种针对下肢功能障碍进行针对性康复训练的工具,能够为神经损伤导致的行走功能障碍患者提供安全、有效的步行训练,其结构和功能是影响患者功能恢复的关键因素.因此对下肢康复机器人的结构和功能进行系统总结能够为结构优化和功能提升提供重要的参考.本文从下肢康复机器人的分类、驱动方式和临床应用三个方面对下肢康复机器人的研究现状进行综述,并对下肢康复机器人的研究方向进行展望.
作者：徐飞；佀国宁；程云章；李根生 刊期： 2018年第01期
目的 为了提高手术室环境下拼接后全景图像的主观质量,本文提出一种基于改进尺度不变特征变换(scale invariant feature transform,SIFT)的手术室多视点图像拼接算法.方法 基于SIFT特征点匹配算法,依据手术室采集设备为平行摄像机且获取的两视点高关注区域重叠较宽泛的特点,提出采用局部加权融合的拼接算法消除拼接重影,并在局部加权融合算法下,对参与图像空间变换的特征点在垂直方向增加约束,筛选出正确匹配特征点对以消除拼接折痕.结果 此算法解决了手术室拼接图像中手术衣的袖子、手术剪和手套的重影及治疗巾位置拼缝不对齐的问题,即消除了术野高关注度下的拼接重影及误匹配带来的拼接折痕,保证了两幅图像拼缝后的平滑过渡.结论 基于改进SIFT特征点匹配的算法获得了较好的主观手术画面的拼接质量.
作者：梁楠；贾博奇；张梦诗；王宇；武博；张楠 刊期： 2018年第01期
目的 对PET/CT图像高维纹理参数进行降维,基于不同纹理参数建立肺结节良恶性的K近邻(K-nearest neighbor,KNN)分类器,探究佳建模方法 ,提高分类的准确率.方法采用回顾性研究的方式,收集52例首都医科大学宣武医院核医学科肺结节患者的PET/CT图像,对图像的感兴趣区域基于Contourlet变换提取灰度共生矩阵的纹理参数.对肺结节PET/CT图像的纹理参数首先采用单因素分析的方法,根据ROC曲线下面积筛选纹理参数,再对其进行主成分分析提取主要成分.基于主成分、根据ROC曲线筛选的纹理及原始纹理分别采用K近邻分类算法建立肺结节良恶性的分类器,通过正确率、灵敏度、特异度、阳性预测值(positive predictive value,PPV)、阴性预测值(negative predictive value,NPV)、ROC曲线下面积(area under curve,AUC)这些指标评价分类效果.结果 PET/CT图像共提取1344个原始纹理参数,经单因素分析后筛选出89个纹理参数,对筛选后的纹理共提取11个主成分.基于主成分、筛选纹理、原始纹理的分类模型正确率分别为0.614、0.579、0.263;AUC分别为0.645、0.610、0.515.结论 在主成分纹理、单因素分析筛选的纹理、原始纹理中,基于主成分纹理建立K近邻分类器的效果好.
作者：马圆；田思佳；冯巍；梁志刚；崔春蕾；郭秀花 刊期： 2018年第01期
脑卒中导致患者肢体运动功能障碍或缺失,严重影响了患者的生活质量.在上肢康复治疗中,医生需要对患者的上肢进行主观康复评估,但这种方法误差大、成本高.因此,人们将人工智能技术应用到医疗康复领域.本文总结了基于sEMG信号特征、运动轨迹误差特征、关节运动角度特征、关节角速度特征的客观评估方法,以及Brunnstrom等级评价法、上田敏评价法、Fugl-Meyer量表评价法、Wolf运动功能测试评价方法等主观评估方法.后,本文认为现有的客观评估方法普遍受到训练资料过少、特征单一等因素影响.主观评估方法普遍受到评估时间过长、易受主观影响等因素影响.未来的客观评估算法还应在算法准确性、训练资料规模、多特征融合等方面继续改进.
作者：王博超；张新峰 刊期： 2018年第01期
目的 开发一套符合汉语特点的听力康复训练网络系统,以克服听力残障患者人工康复训练的缺点,与国际听力研究接轨.方法 利用Dreamweaver CS6、ASP、Access2010等互联网技术、数据库技术及多媒体技术,充分考虑汉语语音学特点和患者的听力损失情况开发系统.系统包括用户登录注册、留言板、5个听力康复模块(字词长短、单词声调、元音辨别、辅音辨别、整句辨别),每个模块包括练习、测试、训练三部分,每一部分均可以保存及查看成绩.结果 通过本平台使听力康复患者可以随时随地进行听力康复训练,在康复训练中可以查询自己的历史成绩,以便于对比分析训练效果,并且可以在线留言与医学专家或病友进行交流讨论.结论 本系统可以提高患者言语交流能力,促进我国听力康复训练的信息化、科学化.
作者：武文芳；王榕；胡前川；陈雪清；杜菁 刊期： 2018年第01期
目的 为了获得心脏瓣膜力学特性,设计一套高精度双轴拉伸机系统.方法 采用上、下位机结构.上位机采用Labview软件编程,设计人机界面,提高系统灵活性和数据处理能力;下位机采用数控语言编程,提高用户编程的简易性和灵活性;采用灵敏度1μm的机械运动硬件模块、16位数据采集卡、光学位移测量方法,提高系统测量精度.对猪的二尖瓣前瓣进行双轴拉伸实验,并将实验结果 与国外研究者测试数据进行对比.结果猪二尖瓣前瓣的应力-应变数据与国外研究者测试数据差别为0.4％～3.7％.结论 本系统可灵活地对心脏瓣膜和其他生物软组织进行力学特性测试.
作者：马娜；曾培；荆腾；陈思 刊期： 2018年第01期
目的 全膝关节置换术(total knee arthroplasty,TKA)后的居家康复训练非常重要,但是目前缺乏对患者居家康复训练的监控和指导手段,因此设计一套远程监测系统指导TKA患者在家进行屈膝和行走训练.方法 系统分为数据采集模块(包括加速度计、陀螺仪、磁传感器)、患者端手机应用程序(App)、云端服务器、医生端App,患者端App可以识别屈膝训练和行走训练两种运动.采用有限状态机模型,实现坐位屈膝角度和次数的计算;采用自适应零交叉法,实现行走步数和距离的计算.选取12例健康受试者(年龄26.4岁±3.8岁、身高1.71 m±0.05 m、体重63.6 kg±8.5 kg)和12例TKA患者(年龄62.1岁±6.6岁、身高1.65 m±0.07 m、体重66.8 kg±3.5 kg)进行系统测量准确性验证.结果 系统能够获取康复数据并通过患者手机端App传输到云端,医生能通过医生端App从云端读取患者的康复数据.健康受试者组和TKA患者组屈膝次数的计算准确率均为100％,步数的计算误差分别为1.6％±1.3％和3.0％±2.2％,距离误差分别为5.3％±2.9％和6.5％±4.9％.结论 监测系统实现了TKA术后屈膝和行走训练的准确识别,为术后居家康复训练的远程监控和指导提供了有效方法.
作者：黄鹏；张昊华；刘艳成；刘庆凯；全海英；闫松华；张宽 刊期： 2018年第01期
目的 采用数值模拟方法 分析叶轮结构参数和使用参数对流场的影响,并藉此优化取栓器的设计及使用.方法首先利用血液静置冷藏获取血栓;然后通过水击实验获取不同冲击角度下血栓破碎的临界速度及速度梯度;后采用计算流体力学方法对旋切式取栓器流场进行数值模拟,分析叶轮转速及叶片升角对流场的影响.结果 不同水击角度下血栓破碎的临界速度均在5m/s左右,临界速度梯度均为1m/s;流场中有效速度(大于临界速度)所占比重与叶轮转速成正相关,与叶片升角成负相关,且速度梯度与叶轮转速成正相关.结论 为了优化取栓器的设计,可在保证安全的前提下采用较大的叶轮转速及较小的叶片升角.
作者：蔡永俊；闫士举；宋成利 刊期： 2018年第01期
目的 胸主动脉腔内修复术(thoracic endovascular aortic repair,TEVAR)已经广泛应用于胸主动脉病变的治疗,成为传统主动脉开胸手术的可靠替代方案.然而,医生在术中看不到血管形态和位置,覆膜支架容易封堵主动脉重要分支而引发严重并发症.为了帮助医生导航支架,提出并实现了一种TEVAR术前CT血管造影(computed tomographic angiography,CTA)与术中X线图像的配准算法.方法 首先,对影响CTA投影形状的参数高密度采样,利用采样获得的系列投影形变,分别对CTA全图和分割的CTA骨架进行数字影像重建(digitally reconstructed radiograph,DRR),将两者叠加起来,生成叠加DRR库;然后,以爬山优化,在叠加DRR库中寻找与X线图像归一化互信息大的DRR图像,推算出投影形变,终实现CTA与X线图像的配准.结果 采用叠加DRR库的方法,配准了1例患者的术前CTA图像与一帧术中X线图像.与归一化互相关方法以及无骨架叠加的普通DRR库方法相比较,本方法获得了更为精确的配准结果.结论 基于叠加DRR库的方法能有效配准术前CTA与术中X线图像.
作者：王一丁；郝永达；舒丽霞 刊期： 2018年第01期
目的 利用眼底图像中硬性渗出物(hard exudates,HE)的亮度与边缘特征,提出一种基于Canny边缘检测算法与形态学重构相结合的HE自动检测方法 ,以解决目前算法灵敏度低、检测结果 中视盘和血管的干扰等问题,对糖尿病视网膜病变(diabetic retinopathy,DR)的自动筛查具有重要意义.方法检测算法包括4个步骤.步骤一,图像预处理,主要包括RGB通道选取、基于形态学的图像对比度增强.步骤二,视网膜图像关键结构的消除,利用基于Gabor滤波的血管分割方法,消除血管边缘对HE检测的影响.将本文视杯分割算法应用在眼底图像红色通道上实现视盘自动分割,消除视盘及其边缘对HE检测的影响.步骤三,利用改进的Canny边缘检测算法和形态学重构方法对HE进行提取.步骤四,基于形态学的图像后处理,消除眼底图像边缘部分假阳性区域.后利用该算法测试公开数据库中的40幅图像(35幅HE病变图像,5幅正常图像).结果该算法对基于病变的灵敏性(sensitivity,SE)和阳性预测值(positive predictive value,PPV)分别为93.18％和79.26％,基于图像的灵敏性、特异性(specificity,SP)和准确率(accuracy,ACC)分别为97.14％ 、80.00％和95.00％.结论 与其他方法对比,基于Canny边缘检测算法与形态学重构相结合的HE自动检测算法具有较好的可行性.
作者：段彦华；周梦颖；杨春兰；刘冰 刊期： 2018年第01期
目的 对在校大学生的脑电信号(electroencephalography,EEG)进行研究,以期找到对抑郁情绪倾向预测具有可行的高识别率的情绪特征.方法 首先通过14导脑电设备采集19位高校大学生(女6、男13)的脑电信号并对其进行贝克抑郁量表的测试,按测试结果 将其分为实验组和正常组.然后使用Eeglab工具包对采集到的数据进行预处理,得到干净的脑电信号.后采用事件相关频谱扰动(ERSP)对其进行时频分析,以讨论在时间-频率域内的能量变化与抑郁情绪倾向预测的关系.结果在负性图片刺激下,在Alpha、Beta波段均发现时间窗为50～150 ms、350～450 ms时正常组和实验组之间差异具有统计学意义.在正性图片刺激下,Alpha波段在时间窗为150～250 ms、350～450 ms时正常组和实验组之间差异具有统计学意义,Beta波段在时间窗为300～400 ms时差异具有统计学意义.结论 在正负性图片的刺激下,Alpha、Beta波段的部分特殊时间段中存在可识别抑郁情绪倾向的特征值,可为今后研究抑郁情绪倾向性提供一定的参考依据.
作者：白芷嫣；卞毓彩；朱颖颖；杜若瑜 刊期： 2018年第01期
目的 建立气相色谱-质谱(GC-MS)联用的方法 分析ECH残留量,以便对PTA球囊扩张导管中的ECH残留量水平进行安全性评价.方法以丙酮为溶剂,超声提取样品中的2-氯乙醇.色谱柱ZB-624,进样口温度180℃,分流比1:1,载气为高纯He,流速1.5 g/mL.升温条件:50℃(1 min),5℃/min升至100℃.质谱条件:离子源温度230℃,接口温度250℃,电子能量70 eV.以保留时间和质谱全扫描方式进行定性分析,质荷比m/z 35～500.选择离子监测模式外标法定量,定量离子m/z=43.结果 该方法理论塔板数在56753以上,在1.44～22.96μg/mL浓度范围,线性关系良好,r=0.999,平均加样回收率为99.1％(n=5,RSD<5％),检出限为0.41μg/mL.样品中未检出ECH残留.结论 建立的基于GC-MS的2-氯乙醇残留量的分析方法灵敏、快速、准确,可供企业对PTA球囊扩张导管产品的质量控制和检测同行参考.
作者：付步芳；程东升；王春仁 刊期： 2018年第01期
目的 利用三维有限元分析探讨后纵韧带(posterior longitudinal ligament,PLL)硬化后对颈椎生物力学的影响,分析探讨其可能引起的颈部稳定性改变.方法 对1位健康成年男性进行颈部CT及MR扫描,获取C1—C7节段的断层图片,采用MIMICS(Version 12)软件对颈椎图像进行三维重建,用HYPERMESH 10.0软件对三维几何进行网格划分,后处理计算软件为LS-DYNA3D 971.模型开发和模拟计算在Dell Power Edge 12G M420刀片式服务器上进行,并固定C7,对C1进行前屈、仰伸及轴向旋转运动,加载力矩为3 N·m.比较在前屈、仰伸及旋转运动下,正常以及PLL硬化后颈椎有限元模型的生物力学改变对颈部稳定性的影响.结果 颈椎前屈运动中,PLL硬化后椎间盘纤维环大应力减小6％.颈椎仰伸运动中,PLL硬化后髓核大应力降低约11％,椎小关节大应力增大约15.7％.颈椎旋转运动中,PLL硬化椎间盘纤维环大应力降低24％,大应力集中在C4/5纤维环旋转方向侧;髓核大应力降低25％,且大应力位置由C2/3髓核上方下移至C6/7髓核下方;椎小关节大应力下降10％.结论 PLL硬化后,前屈及旋转运动使PLL承载更多的力,可能加重已有病变或引起继发损伤;仰伸运动会使大受力部位转移到椎小关节,导致继发性椎小关节损伤的可能性增加.
作者：牛陆；李娜；柳茵；王维 刊期： 2018年第01期
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作者：王充 刊期： 2018年第01期
目的 通过生物信息学分析研究两种膀胱癌亚型(基底样膀胱癌和管腔型膀胱癌)之间不同的分子调控机制和分子特性,为更准确地区分膀胱癌亚型和探索潜在的治疗靶点提供帮助.方法 利用稳健的多芯片平均算法将由22个基底样膀胱癌和132管腔型膀胱癌样本组成的数据集进行标准化,并选择其中前1000个具有高标准差的基因进行两种亚型的差异表达基因分析.将得到的差异表达基因进行GO功能注释和KEGG通路富集分析.此外,选择前100个差异表达基因构建蛋白质互作网络.结果 得到基底样和管腔型膀胱癌差异表达基因共742,其中基底样亚型上调的基因405个,下调的基因337个.GO富集分析显示差异表达基因显著富集在细胞外区基质、趋化性、炎症等功能上,KEGG通路富集显示差异表达基因显著富集在细胞外基质受体相互作用的通路上.构建的蛋白质互作网络显示重要的hub蛋白质为LNX1、MSN和PPARG.结论 本研究得到的基底样和管腔型膀胱癌亚型分子机制的区别主要体现在细胞外区域的分子作用机制、细胞趋化性和炎症反应等,基因LNX1、MSN和PPARG为区别两种膀胱癌亚型的特征基因.
作者：徐文彬；郑卫英；夏翃；华琳 刊期： 2018年第01期
目的 基于低频振幅(amplitude of low frequency fluctuation,ALFF)算法分析屈光参差性弱视和正常对照组的功能性磁共振成像(functional magnetic resonance imaging,fMRI)图像数据,对比揭示弱视患者脑部自发活动的异常,以及这些异常与弱视视力损失的相关性.方法 在闭眼静息条件下采集22例弱视成年人和21例正常对照组fMRI数据,对fMRI数据进行预处理,计算每个被试脑区的ALFF值.应用双样本t检验对ALFF结果 进行组间分析,采用皮尔森分析弱视不同脑区的ALFF与其损伤的相关程度.结果在屈光参差性成人弱视与正常组有显著性差异的脑区中,脑部自发活动增加的脑区主要分布在颞下回、颞上回、枕叶等区域,脑部自发活动降低的脑区主要分别在小脑后叶、额下回、额上回等区域.首次发现小脑后叶、楔回、枕叶、颞上回和额叶等区域脑区自发活动与弱视损伤有显著相关性.结论 基于低频振幅的静息态磁共振分析是有效的非侵入式脑区同步性异常研究方法,能够反映屈光参差性弱视自发脑部活动脑区异常表现,这些同步性异常表现与视力损失程度有较强的相关性,这些结果对于弱视致病机制模型研究和提出新的治疗方法都有重要启发.
作者：黄煜峰；周逸峰 刊期： 2018年第01期
北京生物医学工程杂志
主管:北京市卫生健康委员会
主办：北京市心肺血管疾病研究所
