张斌；吴哲；何宏建；丁秋萍；秦臻；高克强；钟健晖；王平
体表损伤的测量是临床医学研究和法医学鉴定的一项重要工作,体表损伤面积的定量测量在法医鉴定、临床实验、伤口病理分析和日常患者护理方面有着重要意义.首次将运动恢复形状算法(SFM)与小二乘共形映射(LSCM)引入到体表损伤面积的测量中,结合图像分割提出一种适合人体体表损伤图像的面积测量算法.运用算法对人体体表损伤图像进行特征提取、稀疏重建、密集重建,得到图像中被测体的3D点云,而后利用泊松表面重建算法将点连成面,使其网络化,后通过展UV进行损伤面积的提取和测算.以已知面积的模拟伤口为基准,用40组模拟损伤数据对所提出算法的准确率进行评价.实验结果表明,测量平均准确率达到97％,较二维测量方法提高10.79％.这种算法可克服接触式方法的缺陷,解决二维测量无法克服的人体曲率问题和拍摄角度问题,尤其在人体曲率大的部位计算准确率高,设备依赖性小.
作者：刘春晖；樊瑜波；许燕 刊期： 2018年第01期
基于P300电位的脑机接口系统,因其识别准确率高、信息传输率快,经常被用于单词拼写等信息交互系统.近年来的研究表明,人脸刺激可以诱发出非常优良的事件相关电位,从而提高P300脑机接口拼写系统的性能.然而,人脸刺激在脑机接口中的呈现方式也会直接影响人脸诱发信号的可识别性.从人脸刺激在脑机接口系统中的几种基本呈现形式展开研究,对刺激间隔(130和200 ms)、界面尺寸(15.6和24英寸)和图片像素(50 ×69和80×110)3个参数分别展开研究,并邀请10名健康被试参与实验.实验结果表明:离线训练阶段增大这3个参数均可显著提高单个闪烁序列的分类准确率,但在线测试阶段唯有刺激时间间隔的增加可显著提高系统的分类准确率(200 ms:90％±7％,130 ms:75％±13％).另外,这3个参数的调整对系统诱发的N200、P300、N400等信号强度的影响也不相同.在P300拼写系统的实际应用中,应综合考虑多个物理参数的优化,以提高系统性能.
作者：孙红艳；金晶；张宇；王蓓；王行愚 刊期： 2018年第01期
对阿尔兹海默(AD)疾病进程的建模研究,有利于在其早期阶段——轻度认知障碍(MCI)进行更准确的诊断.不仅利用多模态影像数据,还分析模态间特征关系,用于增强与AD/MCI相关的特征表达能力.首先,基于典型相关分析融合不同模态间多个感兴趣区域并生成多模态关系特征表达;其次,基于稀疏小二乘回归损失函数,以此获得稳定且有识别力的相关性表达特征;后,使用交叉验证方法将随机选择的训练样本用于支持向量机分类模型,再对测试集受试者进行疾病阶段诊断.实验基于Alzheimer's Disease Neuroimaging Initiative(ADNI)公共数据库的805位受试者,包括AD,MCI和正常受试者(NC).此方法对于AD vs NC,MCI vs NC和p-MCI(进行性轻度认知障碍)vs s-MCI(稳定性轻度认知障碍)等3种不同类型数据,诊断结果分别为92.01％,74.83％和70.27％.与其他算法相比,分类准确率都有明显提高.表明所提出的方法能够有效应用于多模态数据对阿尔兹海默病的诊断分析研究.
作者：卓奕楠；杨鹏；邓云；倪东；雷柏英；汪天富 刊期： 2018年第01期
设计一种直流电磁驱动搏动式血泵并测试样机性能指标.首先,提出一种通过直流螺线管使永磁体进行往复直线运动的驱动方法,并通过螺线管内部磁场的数值模拟设计内部磁场趋于匀强磁场的补偿螺线管结构,结合两者设计直流电磁驱动搏动式血泵.然后,通过制作样机并搭建加速度实验台,测量接入不同直流电流时血泵样机可提供的磁力驱动力,并验证通电螺线管发热问题.后,搭建流量实验台,在前、后负荷范围分别为5 ～ 30和50～80 mmHg的情况下,测量血泵样机的流量性能指标.血泵样机提供的磁力驱动力与电流呈正相关线性关系,并且在接入2.7A的电流时,其数值大小即可满足驱动要求;在接入的直流电流为2.7A且血泵驱动频率为80次·min-1时,一方面通电螺线管与血液接触的内表面温度上升1℃后平稳在27℃,另一方面除了前、后负荷压差达到70 mmHg及以上,血泵样机流量均大于3.0 L·min-1.该直流电磁驱动血泵满足离体器官灌注和体外循环短期辅助的临床要求,且对体外循环血泵的发展具有重要意义.
作者：刘京京；葛斌；陆通；魏凌轩；张磊；董骄阳 刊期： 2018年第01期
脑电图是癫痫诊治中一种为重要的工具,而大数据量的脑电记录给人工分析带来困难,计算机分类则可减轻此负担.从相位幅度调制角度研究癫痫脑电低频节律相位与高频节律幅度间的耦合关系,利用归一化后的调制指数(MI)来量化各频段间的耦合强度.基于波恩癫痫发作间期和发作期脑电的200个样本数据集,提出依据高低频节律范围对MI图进行分区,再利用分区后的耦合系数对不同状态下的脑电进行分类.结果显示,发作期Gamma节律与Delta(2～4 Hz)节律的MI值(0.009 9±0.009 6)相比发作间期(0.003 6±0.008 7)显著增加(P＜0.01).Gamma节律与Theta(4 ～8 Hz)节律的发作期MI值(0.008 7 ±0.006 2)相比发作间期(0.001 4±0.003 2)也有显著增加(P＜0.01);Theta-Beta节律间耦合强度在发作期(0.002 2 ±0.001 3)与发作间期(0.000 5±0.000 7)也存在显著差异.利用支持向量机在五折交叉验证下,波恩癫痫脑电数据MI特征对发作期和间期数据分类准确率达到97％;采用随机森林分类方法,同样得到一致结果.所提出方法的应用可有效提高对临床视频脑电图分析的效率.
作者：曹春雨；韩凌；李春胜 刊期： 2018年第01期
掌握加载过程中软骨组织内部低温保护剂浓度的时空分布特性,这对合理设计加载程序进而成功保存关节软骨至关重要,为此构建描述低温保护剂载入关节软骨过程的扩散传质模型.根据二元扩散热力学模型,将有效扩散系数与无限稀释扩散系数进行关联,活度系数采用UNIFAC模型估算,扩散系数的浓度依赖性采用Vignes公式表示,无限稀释扩散系数采用Siddiqi-Lucas公式计算.对于二甲亚砜(Me2SO)、甘油(GLY)、乙二醇(EG)和丙二醇(PG)这4种典型的低温保护剂(CPA),由模型计算得到的软骨组织内CPA的平均浓度与文献报道的实验值之间的平均相对偏差(MRE)和决定系数(R2)分别为1.90％ ～ 36.29％和0.959 ～ 0.998(Me2SO),13.56％ ～19.19％和0.990 ～0.995(GLY),8.89％ ～ 22.09％和0.969 ～0.988(EG),5.35％～23.76％和0.971～0.992(PG).结果表明,该模型能较好地适用于这4种CPA,可用于直接预测加载过程中软骨组织内部CPA浓度的时空分布,从而指导加载程序的设计与优化.
作者：虞效益；张绍志；陈光明；李威 刊期： 2018年第01期
视乳头形貌的确定有助于眼底类病变的准确诊断,例如视杯和视盘尺寸的相对大小是青光眼疾病病程诊断的重要依据.通常视盘和视杯的大小是通过眼底照片分离视乳头区域并进行测量,这种方法对视乳头的三维形变缺乏全面的描述.为了更加方便准确地获取视杯视盘大小的比值和视乳头的三维形貌,采用明暗恢复形状的计算机视觉方法,通过眼底图像来重建眼底结构的三维形貌.具体步骤包括:通过眼底照相机,得到二维眼底数字图像;采用图像分割方法,得到视杯和视盘区域;估计视盘视杯图像区域的光源照射方向;利用Tsai线性化方法,根据二维数字眼底图像的明暗信息,重建眼底三维结构形貌图.对初步实验结果中视杯和视盘的比计算可得,青光眼患者的杯盘比的比值大于0.6,与临床上对青光眼的判断相吻合.此方法提供新的眼底形貌变形可视化方法,能够清晰、准确地重建出眼底视盘和视杯的三维结构形貌图;可以对视盘视杯几何尺寸和结构进行更全面的描述,为眼底疾病方便和准确地诊断提供新的线索.
作者：王培培；孙九爱 刊期： 2018年第01期
由脑卒中造成的神经性损伤是目前导致运动功能障碍的主要病因之一,为社会和患者家庭带来了巨大的精神和经济负担.结合经颅电刺激的运动康复疗法为改善患者运动功能障碍、提高生活质量提供一种重要的治疗方式.经颅电刺激是一种无痛、非侵入式脑刺激方法,能够调节神经元胞内钙离子浓度、增强突触可塑性、调制神经放电频率、改变皮层兴奋性,从而实现对大脑神经活动的调控.回顾经颅电刺激的神经机制,在科研临床应用中的参数设置,以及安全性等问题,总结其在运动功能康复方面的成果以及目前亟待解决的问题.
作者：穆思雨；许敏鹏；何峰；张力新；明东 刊期： 2018年第01期
探讨一种基于双目视觉实时监测和跟踪人体的呼吸运动情况,减少肿瘤靶区组织因呼吸等运动产生位移而引起的治疗误差,以实现在放疗过程中减少呼吸运动对精确放疗产生的影响.采用放置治疗床上方的双摄像机,实时采集带有标记物的图片传送给计算机,使用余弦算法对放置胸腹体表的标记物进行特征识别,对视差信息进行图片匹配,采用双目视觉和小孔成像原理计算标记物三维坐标,通过监测标记物随时间变化的具体坐标可获取标记物是否因呼吸等运动产生位移.实验中,实时测量9个标记物的三维坐标.实验结果表明,9个体表标记物的测量值与实际值之间的平均误差小于±1 mm,其标准误差值小于0.12 mm,且计算一次9个标记物三维坐标需要35 ms.基于双目视觉的呼吸运动跟踪是一种高精度、良好实时性与稳定性的跟踪方法,可以减少呼吸运动对精确放疗产生的影响.
作者：王艳；孙向明；熊珀艺；王宇飞 刊期： 2018年第01期
近年来,随着医学影像技术的快速发展,医学图像分析步入大数据时代,如何从海量的医学图像数据中挖掘出有用信息,对医学图像识别带来巨大的挑战.深度学习是机器学习的一个新领域,传统的机器学习方法不能有效地挖掘到医学图像中蕴含的丰富信息,而深度学习通过模拟人脑建立分层模型,具有强大的自动特征提取、复杂模型构建以及高效的特征表达能力,更重要的是深度学习方法能从像素级的原始数据中逐级提取从底层到高层的特征,这为解决医学图像识别面临的新问题提供了新思路.首先阐述深度学习方法,列举深度学习方法的三种常见的实现模型,并介绍深度学习的训练过程;随后总结了深度学习方法在疾病检测与分类和病变识别两方面的应用情况,以及深度学习应用在医学图像识别中的两个共性问题;后对深度学习在医学图像识别中存在的问题进行分析及展望.
作者：刘飞；张俊然；杨豪 刊期： 2018年第01期
白细胞图像的自动分类有助于提高临床诊疗效率,但仍需进一步改进方法以提高分类正确率.探索用卷积神经网络(CNN)进行外周血白细胞图像的自动分类识别.在深度学习框架Caffe上,以AlexNet和LeNet为网络原型构建CNN训练平台;用CellaVision DM96采集外周血涂片中的5类白细胞图像,经人工鉴定后按训练∶校验∶测试=7∶2∶1的比例,随机分配图像构建原始数据集,再通过平移、旋转及镜像构建扩充数据集;训练时采用随机梯度下降算法优化模型权值,以分类准确率＞95％为目标评估训练结果及优化调整网络结构.结果发现,AlexNet的训练误差无法收敛,陷入局部极小,LeNet则达到预期目标.随后对LeNet网络进行删减优化,获得一轻量高效的新结构——CCNet,其在模型大小、训练用时和分类用时上分别仅为LeNet的1/1000、1/3和1/30.两者对979张5类细胞图像的佳分类准确率分别达到99.69％和99.18％,高于目前同类研究报道.结果表明,CNN可用于5类白细胞图像的“端对端”分类识别,特别是CCNet模型兼具准确与效率优势.
作者：陈畅；程少杰；李卫滨；陈敏 刊期： 2018年第01期
在运动控制中,脑肌电耦合强度可以反映大脑皮层和运动肌肉之间的联系.传统的时间序列符号化方法容易混淆原始信号,丢失信号的动态特性.因此,提出可变尺度参数的符号传递熵,对上肢不同握力下的皮层脑电和表面肌电信号进行多通道耦合性分析,进而提出一种耦合强度的表示方法,对脑肌电耦合强度进行定量分析.首先,分析并比较尺度参数对脑肌电传递熵的影响,并选择优化的尺度进行符号化传递熵的计算;其次,针对不同握力下多通道脑肌电信号的分析,验证大脑运动区C3、C4通道的脑电在运动控制中占主导地位以及大脑的对侧控制机制.实验中还发现,随着握力的增强,肌电到脑电的传递熵有增大趋势,右手(惯用手)脑电到肌电的传递熵较左手的高,同时随着输出力量的增强,脑肌电的双向平均耦合强度也增大.结果分析显示:5、10、20 kg握力下,EMG→EEG方向的左手耦合强度分别为0.033 0±0.005 8、0.037 3±0.0040、0.045 1±0.005 5,右手耦合强度分别为0.0352±0.0029、0.0432±0.0035、0.0603±0.001 8,除左手5和10 kg握力间不存在显著性差异,其余都具有显著性差异(P＜0.05);EEG→EMG方向左手耦合强度分别为0.0253±0.0047、0.037 9±0.002 6、0.048 1土0.006 8,右手耦合强度分别为0.033 3±0.004 1、0.051 0±0.005 7、0.064 9±0.008 5,不同握力间均有显著性差异.研究结果表明:皮层肌肉功能耦合具有双向性,而且耦合强度在通道和握力不同时有差异.变尺度传递熵可用于定量描述大脑皮层与神经肌肉组织之间的非线性同步特征及信息交互.
作者：高云园；任磊磊；周旭；张启忠；张迎春 刊期： 2018年第01期
体外实现兔脂肪干细胞(rADSCs)、利福喷丁聚乳酸缓释微球及羟基磷灰石/p-磷酸三钙(HA/β-TCP)的三维复合,构建既能抗结核又能填补、促进骨缺损的新型骨组织工程复合体.以HA/β-TCP为支架材料,通过缓慢滴加细胞型方式,将复乳-溶媒挥发法制备的利福喷丁聚乳和定性分化诱导的rADSCs(茜红染色表征)体外制得新型骨组织工程三维复合体,并对其进行显微结构及药物缓释表征.结果表明,载药利福喷丁聚乳酸缓释微球大部分分布在18～28μm,载药利福喷丁聚乳酸缓释微球在一定浓度下不影响rADSCs的分化诱导,层状膜形分布的成骨诱导后rADSCs牢固包绕利福喷丁聚乳酸缓释微球,分布在HA/β-TCP上,载药支架材料有着良好的药物缓释,体外维持低抑菌浓度长达46 d.新型骨组织工程的三维骨组织工程复合体具有缓慢、持续的释药特性,且具有具有成骨活性.
作者：麦麦提艾力·阿不力克木；王腾飞；陶颖；王晓帅；徐磊磊；宋兴华 刊期： 2018年第01期
临床上,病理切片是癌症诊断的金标准.病理医生通过对病理切片进行镜检,完成病理诊断和预后评估,但是这个过程通常费时费力.在病理切片的数字化的背景下,人工智能技术走进病理领域,并推动病理分析逐渐从定性分析向定量分析转变,这一改变使病理诊断更加准确客观.尤其是以深度学习为代表的人工智能技术在病理分析中取得令人瞩目的成果,不但使病理诊断更加智能化,而且使诊断结果更加精准和客观.阐述深度学习的基本概念及其在数字病理切片分析中的应用,简要概述深度学习在细胞和组织的检测和分割、组织层面上癌症的分类和分级的应用,以及其他一些应用,后指出目前数字病理切片分析中存在的问题并对未来的发展方向提出展望.
作者：闫雯；汤烨；张益肇；来茂德；许燕 刊期： 2018年第01期
关节软骨损伤后的再生与修复一直是临床上的难题.由于外科治疗手段具有较大的局限性,近年来,软骨组织工程领域不断发展并备受关注.在软骨组织工程中,具有软骨诱导特性的软骨基质,是一种很有前景的生物材料.这种天然的生物材料能够作为支架,为软骨组织再生提供结构框架和生物信号分子.脱细胞处理能够有效去除软骨组织中的细胞成分,获得天然的细胞外基质支架.然而,由于软骨组织具有缺乏血管、结构致密、细胞成分较少的特性,因此,经脱细胞的软骨组织能否获得足够的孔隙率,为再植的软骨细胞或干细胞提供有效的渗透途径,逐渐成为研究者关注的焦点.重点关注关于提高细胞渗透性的实验研究,总结提高支架孔隙率以及促进细胞迁移的实验方法,主要包括脱细胞处理、浓度调控、取向性冻干技术、人为制备孔道,以及激光刻蚀等.通过文献检索,对不同方法技术的原理与优势进行总结、分析,进一步强调孔隙结构在支架性能中的重要性,并阐明支架性能与调控方法之间的关系.
作者：赵忠琪；王晓坤；彭慧敏；梁家迪；王小晋；刘畅 刊期： 2018年第01期
采用静电纺丝技术制备胶原/壳聚糖复合纳米纤维膜,研究其作为引导骨再生生物膜的细胞生物相容性及诱导成骨性.以乙酸为溶剂,聚环氧乙烯(PEO)为增塑剂,采用静电纺丝技术制备胶原纳米纤维膜及不同比例的胶原/壳聚糖复合纳米纤维膜(胶原、壳聚糖、PEO质量比5∶1∶4,5∶2∶3,5∶4∶1),电子显微镜观察4种纳米纤维膜的表面形态;将骨髓间充质干细胞种植于胶原纳米纤维膜及表面形态较好的胶原/壳聚糖纳米纤维膜上,通过MTT法、碱性磷酸酶检测、细胞内胶原检测、免疫荧光染色及茜素红染色法观察,研究其细胞生物相容性及诱导成骨性.扫描电子显微镜观察胶原纳米纤维膜及质量比为5∶1∶4的胶原/壳聚糖复合纳米纤维膜的纤维光滑,直径均一.MTT法检测显示,胶原纳米纤维膜和胶原/壳聚糖复合纳米纤维膜均可促进骨髓间充质干细胞的粘附和增殖.细胞培养14 d后,胶原/壳聚糖复合纳米纤维膜上细胞内胶原含量检测为2.02 mg/gport,高于胶原纳米纤维膜组的1.63 mg/gport胶原含量(P＜0.05),且胶原/壳聚糖复合纳米纤维膜上细胞内碱性磷酸酶、骨钙素及钙化结节的形成均高于胶原纳米纤维膜组.胶原/壳聚糖复合纳米纤维膜可促进骨髓间充质干细胞的增殖和分化,有望应用于骨再生的研究.
作者：李晓静；高波；董研；苟中入；苗滪汶 刊期： 2018年第01期
在体生物电子鼻利用了哺乳动物的嗅觉系统,因此具有很高的灵敏度和特异性,但在嗅球中植入电极的过程中其位置主要根据经验确定,因此成功率并不理想.利用锰离子的钙离子相似性和强顺磁性,在10只大鼠单侧鼻腔中滴入锰离子并给予气味刺激,进行磁共振扫描并标记出大鼠嗅球中的对特定气味的响应区域.在该区域中植入微丝阵列电极,记录电生理信号并就行神经信号解码,实验结果表明,受到该特异性气体刺激后,嗅球神经元的电生理信号中LFP信号β波能量增强,spike信号对该气体刺激也会有响应,并且有些通道的spike发放频率变化与刺激气体的浓度有较好的线性关系.此方法对乙酸异戊酯和正丁酸的检测下限分别为0.033和0.007 2μM.第一次利用锰离子增强磁共振辅助定位的生物电子鼻,未来在爆炸物搜索、食品安全等方面都有广阔的前景.
作者：张斌；吴哲；何宏建；丁秋萍；秦臻；高克强；钟健晖；王平 刊期： 2018年第01期
中国生物医学工程学报杂志
主管:中国科学技术协会
主办：中国生物医学工程学会
