李华勇；曹双亮；王沛沛；陈美玲；路利军；陈武凡
介绍一种现场快速型HBV(乙型肝炎病毒)基因分型方法及装置,包括生物传感器与手持式荧光检测仪.为了提高检测灵敏度与准确性,采用荧光标记法.荧光检测仪采用简化方法来快速读取侧向流试纸上各测试线及质控线的信号幅值,基于预先建立的HBV基因分型模式匹配模型,实现快速分型.对48份HBV血清样本进行检测,实验结果表明,基于荧光检测仪及侧向流试纸的分型检测结果与传统核酸分析方法的分型检测结果一致,分型准确率达100％.与传统方法相比,现场快速型基因分型方法及装置可降低HBV分型检测的复杂度,缩短检测时间,降低检测成本,对乙肝个体化用药与个性化治疗具有重要意义.
作者：牛亚男；阳勇良；宋浏伟；袁权；葛胜祥；闵小平；唐章宏；俞度立；邱宪波 刊期： 2017年第06期
成像式光电容积描记技术能够实现低成本、非接触的远程生理参数检测与估计.其中,基于色度模型的视频图像心率估计算法计算简单、效率高,且具有较强的抗运动干扰能力,但并未考虑实验中光照变化产生的信号干扰.针对该问题,提出一种基于改进色度模型的非接触心率估计算法,通过定义感兴趣(ROI)区域和背景区域的反射光模型,利用两种区域颜色通道信息的比值来消除光照干扰,从而得到消除光照干扰的色度模型,并进行脉搏波的提取与心率估计.对10名在校大学生采集到的人脸图像进行分析,发现该算法估计心率的相对误差为3.52％±2.53％,原始色度模型算法的相对误差为7.23％ ±2.82％,两者对比有显著性差异(P＜0.01).该算法能有效抑制光照变化所引起的干扰,使所提取脉搏波信号的信噪比平均提高1.52 dB,这对更精确地进行非接触式心率估计与脉搏波信号提取具有重要意义.
作者：张家成；邱天爽；马济通 刊期： 2017年第06期
基于脑电(EEG)的脑机接口(BCI)康复系统正日益受到运动康复领域的重视,但是传统的BCI范式限制系统的使用范围和使用方式.基于脑电逆问题的BCI系统能识别较高空间和时间分辨率下的神经自发调制活动,从而可扩展运动指令集并进一步促进BCI系统的直观使用.介绍脑电逆问题领域当前的相关方法及其在运动康复领域的应用,总结归纳存在的问题并分析未来脑电逆问题在运动康复领域的新的应用思路.
作者：徐立超；王仲朋；许敏鹏；何峰；周鹏；明东；綦宏志 刊期： 2017年第06期
彩色眼底图像已经广泛地应用于眼科相关疾病的辅助诊断和筛查.眼底图像中的黄斑区域检测和中心定位是眼科疾病分级、诊疗的重要步骤.提出一种有效检测与定位黄斑的方法,通过分析黄斑的低亮度和趋于圆形的形态特征,可以不依赖视盘和血管信息,在二值化眼底图像中实现黄斑检测,确定黄斑区域.改进k均值聚类方法,引入图像的空间信息,优化聚类对象,获取黄斑的边缘信息,实现黄斑中心的有效定位.在公开的眼底图像数据库上验证方法的性能,具有较高的准确率.对正常和存在病变的眼底图像的黄斑中心有效定位,可达到96.11％和92.12％,平均准确率达到93.92％.实验表明,提出的基于形态特征和k均值聚类的黄斑检测与定位方法简单、高效,对眼科疾病的计算机辅助诊断有实用价值.
作者：曹新容；林嘉雯；薛岚燕；余轮 刊期： 2017年第06期
参照图选择是肝超声造影呼吸运动校正方法有效性的关键因素之一,其选择方法值得进一步探索.先采用拉普拉斯特征映射(LE)法将原始高维超声数据降至二维空间,再采用k-means法进行聚类分析,获取理想的超声参照图进行呼吸运动校正,后在18例兔肝VX2肿瘤超声造影病例上验证并评价该方法的有效性.校正前图像序列的平均结构相似度和平均互相关系数均值分别为0.45±0.11和0.67 ±0.16,校正后两者均明显增加(P＜0.001),分别为0.59±0.11和0.81 ±0.11.校正前图像序列的偏差值(DV)均值为92.16±18.12,校正后均值下降到约为原值的1/3.结果表明,所提出的呼吸运动校正方法能提高传统依靠人工选择参照面进行超声定量分析方法的准确性,且操作简单,具有一定临床应用潜力.
作者：张冀；张艳容；陈娟；陈晓惠；钟小丽 刊期： 2017年第06期
情绪对知觉、注意、记忆和决策等认知功能起着重要的作用.工作记忆是对信息进行暂时加工和贮存的容量有限记忆系统,在知觉、记忆与人类认知行为之间搭起信息交流的平台.现有研究证明,情绪状态会影响正常人的工作记忆,而情绪障碍性疾病患者的工作记忆易受负性情绪影响而受到损伤,所以情绪与工作记忆的关系,特别是情绪对工作记忆的影响一直是认知心理学、认知神经科学的研究热点.研究情绪如何影响工作记忆,从情绪与工作记忆基本概念入手,分别综述其相关生理机制、经典理论、常用实验范式和已有研究成果,后讨论其存在问题并预测其发展动向.
作者：刘爽；仝晶晶；郭冬月；柯余锋；许敏鹏；万柏坤；明东 刊期： 2017年第06期
设计一种基于单通道孕腹部信号的胎儿心电提取算法,分别提取出母亲心电和胎儿心电,并计算出母亲心率和胎儿心率.首先对单通道孕腹部信号进行k-TEO(k=19)变换,突出母亲心电的QRS波,从而通过简单的阈值法确定母亲心电的R波位置,接着通过在相邻R波间重采样以获得相同的R-R间期T,这样经过一个间隔为T的梳状滤波器就可以分离出相同R-R间期的母亲心电,然后再一次在相邻R波间进行重采样恢复原来的R-R间期就可以获得实际的母亲心电了.原始腹部信号减去上面提取的母亲心电后,胎儿心电QRS波的信噪比大大提高,通过再次应用提取母亲心电的算法即可得到“干净”的胎儿心电波形.选取Physionet数据库中的8组(26通道)孕腹部信号数据进行分析,计算每个通道数据的胎儿心电QRS波位置识别灵敏度、阳性检测率和准确性.结果表明,胎儿心电QRS波的识别准确率达到87.1％,其中有6个通道达到100％.另外计算每个通道的母亲心率和胎儿心率并做统计分析,发现每一组中各个通道的母亲平均心率和胎儿平均心率都非常接近,同一组中各通道间母亲平均心率大误差为0.1次/min,而胎儿平均心率大误差也只有0.9次/min,进一步证明算法的可靠性.
作者：田福英 刊期： 2017年第06期
为了给胸腰椎爆裂性骨折病人手术方式的选择提供理论支持和临床依据,建立T10-L2节段正常脊柱模型、爆裂性骨折模型,经伤椎单节段固定模型、经伤椎双节段固定模型和跨伤椎短节段固定钉模型.在T10上表面施加400 N的压缩载荷和7.5 N·m的力矩,模拟人体前屈、后伸、左/右侧弯和左/右侧旋转6种生理活动,利用有限元方法分析3种手术固定方式的生物力学特性.结果表明,与完整的正常脊柱模型相比,3种固定模型在所有运动状态下的活动度(ROM)均有所减少.相比经伤椎双节段内固定模型,经伤椎单节段内固定模型在前屈、后伸、左弯、右弯、左旋和右旋6种受力状态下,椎弓根螺钉上的应力分别增加了78.1％、87.8％、90.5％、81.3％、51.3％,72.3％.经伤椎单节段固定术系统的活动度和正常脊柱为相似,其在恢复脊柱稳定性的同时可大可能地保护脊柱原有的力学属性,但其钉棒的大应力远高于经伤椎双节段固定术.对于失稳严重的损伤,经伤椎双节段固定术可明显降低螺钉应力,同时提高脊柱的稳定性.
作者：裴葆青；师振鹏；王唯；鲁世保；孔超 刊期： 2017年第06期
建立对原发性肝癌(PLC)患者精确放疗后乙肝病毒(HBV)再激活的分类预测模型可以提前进行预防治疗,减少发病率.采用山东省肿瘤医院的90例原发性肝癌患者放疗后的临床指标作为研究数据.每例患者的检查记录都包括:性别、年龄、KPS评分、AFP、HBV DNA水平、TNM等30个特征.提出用顺序特征选择进行关键特征的选取,将选取的特征组成新的特征子集,并建立贝叶斯分类预测模型.顺序后向选择发现KPS评分、HBV DNA水平、外放边界、TNM、全肝大剂量是乙肝病毒再激活的危险因素,建立贝叶斯分类模型,结果采用3折交叉验证,预测精度达到85.75％.顺序前向选择发现性别、KPS评分、HBV DNA水平、HBeAg、外放边界两分类编码是乙肝病毒再激活的危险因素,5折交叉验证下的贝叶斯分类预测精度达到84.06％.实验结果表明,贝叶斯分类器可以很好地用于乙肝病毒再激活的研究,特征选择后的关键特征具有更优越的分类性能.
作者：王会娜；黄伟；刘毅慧 刊期： 2017年第06期
糖尿病患者的血糖浓度时间序列具有时变、非线性和非平稳的特点,为提高血糖预测精度,提出一种自适应噪声的完整聚合经验模态分解(CEEMDAN)与极限学习机(ELM)相结合的短期血糖预测模型.首先,利用CEEMDAN方法将患者的血糖浓度时间序列进行分解,得到不同频段的血糖分量IMF(本征模态函数)和残余分量,以降低血糖时间序列的非平稳性;然后对各血糖分量1MF和残余分量分别构建极限学习机,并将各极限学习机的预测结果融合,获得患者未来血糖浓度的预测值,提高预测精度;在此基础上,进行低血糖预警.利用从河南省人民医院内分泌科采集的56例患者的数据进行模型检验,结果表明:与ELM模型和EMD-ELM模型相比,CEEMDAN-ELM短期血糖预测模型提前45 min的预测仍可达到较高预测水平(RMSE=0.205 1,MAPE=2.1164％);低血糖预警虚警率和漏警率分别为0.97％和7.55％.血糖预测时间的延长,可以为医生和患者提供充足时间进行血糖浓度控制,提高糖尿病治疗的效果.
作者：王延年；郭占丽；袁进磊；李全忠 刊期： 2017年第06期
由于肝脏超声图像具有回声不均匀、边缘模糊等缺点,肝脏疾病的无创诊断易受影响,而且目前临床基于肝脏超声图像的肝病诊断主要依靠医生的主观判断,其缺点为依赖医生主观经验且耗时,因此提出一种基于局部二值模式(LBP)特征提取和稀疏表示的肝病识别算法.从肝脏超声图像中提取感兴趣区域,使用LBP特征提取方法对感兴趣区域提取图像特征,将得到的特征进行字典训练,得到稀疏矩阵,终采取支持向量机对其进行分类.实验样本均取自青岛大学附属医院肝胆科.实验1使用该方法对100个正常肝脏样本和100个肝硬化样本进行分类,准确率达到99.50％,实验2使用该方法对肝硬化、脂肪肝、肝血管瘤和肝癌4类样本共200个进行分类,AUC值分别为67.2％、65.1％、55.0％和62.6％.ROC曲线表明,提出的分类方法在准确率和泛化能力上均优于传统方法,有助于肝病的临床诊断.
作者：韩秀芝；赵希梅；于可歆；王国栋 刊期： 2017年第06期
在临床应用中需要限制扫描时间和药物剂量,这往往会使正电子发射断层扫描(PET)的图像的分辨率变低,噪声变多.为提供可供临床诊断的图像,去噪是一个必须的手段,而在重建后增加一个滤波器是目前常用的去噪方法.因此对不同滤波器滤波效果的比较是PET图像重建中的重要环节,其中关键的是滤波参数的选取.目前采用的信噪比(SNR)以及恢复系数(RC)等评估方法可以用来非定量地选取参数,研究者们只能凭经验选取优参数.而通道化霍特林观察器(CHO)作为一个比较通用的数字观察器,已被用于与PET图像质量相关的各种参数的选择,如重建算法参数、系统设计参数、临床协议参数等,然而其在评估不同滤波方法对图像重建质量的影响中的应用研究还比较少.通过比较CHO计算得到的ROC(receiver operating characteristic)曲线下面积(area under the ROC curve,AUC),选择两种常用的滤波器(即高斯滤波器和非局部均值(Non-Local Mean,NLM)滤波器)的优参数,并评估它们在PET中的滤波效果.结果表明,对于13 mm球体,σ为1.1 ～1.4的高斯滤波器和f为0.5 ～0.9的NLM滤波器可以达到大的检测能力值,而对于10 mm球体,σ为1.4～2.0的高斯滤波器和f为0.5～0.9的NLM滤波器可以达到大的检测能力值.虽然两个滤波器所对应的AUC值都能高达0.9,但是NLM滤波器的AUC值高于高斯滤波器.通过IEC图像和病人图像也能发现,NLM滤波后的PET图像中的亮点比高斯滤波的更加清晰,噪声更少.该结论和传统滤波器评估方法得到的结论一致,这说明在PET的病灶检测任务中,CHO能够准确地比较这两种滤波器的性能.
作者：谢靓；杨勇；叶宏伟；陈冬梅 刊期： 2017年第06期
为解决目前国内外对移位机结构设计、力学特性研究不足的问题,利用多体传递矩阵法建立液压驱动移位机模型.模型中采用弹簧阻尼对液压缸进行等效,把支撑臂和摆臂当作Euler-Bernoulli柔性梁处理.利用90和120 kg的质量进行不同人员乘坐模拟.计算结果表明:油缸部位大受力达到l 200和1 400 N,满足部件的安全使用标准;以上两种质量人员移位机模型的末端振动位移大达到45和50 mm,符合设备的抗变形能力.通过对移位机样机上的60名样本人员试验乘坐,显示设计的产品符合乘坐需求和产品设计目的.多体传递矩阵法可为肢体康复移位机产品设计提供有效的参数化建模和计算条件,能满足不同人员、不同型号产品的设计需求,得出运动过程中不同工况的动力学响应,所得结果为移位机及临床医疗设备的智能控制和患者乘坐的安全性、舒适性提供帮助.
作者：任武；张赵威；唐宏宾；于毅 刊期： 2017年第06期
生物材料在临床上有很大需求,但其植入机体后引发的炎症反应很可能会导致植入失败.巨噬细胞可调控炎症反应向诱导组织再生方向发展.在此介绍了巨噬细胞来源、亚群分类、标志物及功能,详述了生物材料植入体内后促进巨噬细胞向炎症消除和组织再生方向发展的途径与策略,对调节巨噬细胞促进组织再生研究尚需注意的问题和未来发展进行讨论.
作者：史杰；唐笛；高靖辰；孔德领；王淑芳 刊期： 2017年第06期
近年来,多通道线圈阵列被广泛应用于磁共振成像,以提高图像的质量.针对局部感兴趣区域内的射频场优化,提出一种由不同尺寸单元构成的六通道线圈阵列,可优化盆腔组织中局部感兴趣区域内的射频场.使用宽度为10和20 cm的两种不同尺寸的线圈单元来构建六通道线圈阵列模型,并对其采用几何重叠法和电容网络法进行去耦,以及运用时域有限差分(FDTD)方法进行仿真和计算,分析和评估其在感兴趣区域内产生的射频场.仿真结果表明,在加载盆腔组织椭圆柱电磁模型情况下,提出的线圈阵列的去耦效果S12和S13分别为-27.19和-33.46 dB,在感兴趣区域内产生的射频场B1+强度平均值,比由宽度为15 cm的相同单元构成的常规线圈阵列高出约5.21％.由不同尺寸单元构成的六通道线圈阵列能够优化感兴趣区域内的射频场,为磁共振线圈设计提供新的思路和方法.
作者：李华勇；曹双亮；王沛沛；陈美玲；路利军；陈武凡 刊期： 2017年第06期
精神分裂症是以思维、情感与行为的分裂为主要特征的一类复杂精神疾病,国内外大量研究发现遗传因素是该疾病发生的重要原因.为了能够从大量影像学和遗传学数据中找出精神分裂症相关的生物标记物,受稀疏表示的启发,提出一种基于稀疏表示的影像遗传学数据整合分析方法,并应用于对精神分裂症相关生物标记物的筛选.针对从208个样本中提取到的41 236组fMRI和722 177组SNP数据,通过对传统稀疏表示模型施加广义惩罚限制,然后对两类数据施加不同的权重因子α1、α2,并且使用不同的LP(P=0、0.5、1)范数对模型分别求解,研究不同条件下两类数据的显著关联特征规律.结果发现,基因DAOA和HTR2A在下列多重情况下均被筛选出:一是fMRI数据的权重α1取0.35 ～0.8之间多个不同权重时,二是SNP数据的权重α2仅为0.2时,三是在Lo、L0.5、L1等3种不同范数下.此外,在影像学数据方面,发现顶下缘角回脑区也与精神分裂症相关,此发现与先前精神分裂症的影像学研究结果一致.研究结果表明,将基于稀疏表示的影像遗传学数据整合分析方法应用于精神分裂症的生物标记物筛选是一个可行的方法,这为今后精神分裂症的影像遗传学研究提供了一种新的研究思路.
作者：武杰；魏凤仙；付令 刊期： 2017年第06期
经颅磁刺激技术的推广普及一直受限于其定位精度上的不足,作为一种依靠硬件设备来实现功能的技术手段,其定位精度与诸多因素有关.从硬件优化方法和定位基础理论两方面,阐述这一领域的研究进展.通过对圆线圈、8字形线圈、Slinky线圈、H-线圈以及双锥线圈这5类不同线圈的定位特点进行分析比较,以及对常规导航系统的定位效果进行简要说明,揭示定位基础理论对于硬件操作指导的重要性.基于目前定位技术的难点和定位研究的热点,指出未来的发展研究方向:即通过构建高空间分辨率的刺激导航系统,并结合医学成像技术,在消除个体差异性的结构尺度上寻求TMS磁刺激的微观作用机理,以此推导出定位问题的一般性解决办法.
作者：周天鹏；张广浩；吴昌哲；张丞；霍小林 刊期： 2017年第06期
针对专项严肃游戏训练改善脑功能状态、提高注意力展开研究.基于脑电信号样本熵特征,分析训练后脑功能状态的变化,以及长期使用单一训练的刺激耐受性问题.试验采集10名受试者,持续20 d的专项严肃游戏训练前、后的脑电数据,并采用国际公认D-CAT和SRT注意力测试方法评估脑功能状态的变化.提出以alpha波样本熵与beta波样本熵的比值作为特征参数,分析游戏训练改善脑功能.进一步,基于theta/SMR熵值,讨论长期单一严肃游戏训练的刺激耐受性问题.经过20 d专项严肃游戏训练后与训练前相比,脑电信号的alpha波样本熵值呈上升趋势,beta波样本熵值显著降低(0.62±0.05 vs 0.54±0.04,P＜0.05),alpha/beta的样本熵比值显著提高(0.44±0.02 vs 0.83±0.20,P＜0.05),说明严肃游戏训练可以改善脑功能状态.国际公认的注意力行为测试评估结果支持了相同的结论,即专项严肃游戏训练后,训练者的测试命中值显著提高(35.60±6.21 vs 37.81±6.42,P＜0.05),所需反应时间(ms)显著降低(292±25 vs281±20,P＜0.05).长期单一游戏训练后theta/SMR熵值提高,表明长期采用同一款注意力训练方法,会使被训练者产生耐受性,使大脑对训练的敏感程度降低,适当调整训练方案,将有助于提高训练效率.这一结果,将为脑功能辅助康复治疗方案选择提供支持与帮助.
作者：李昕；孙小棋；蔡二娟；范梦頔；侯永捷 刊期： 2017年第06期
观察并探讨颞叶癫痫(TLE)患者脑皮层厚度变化.对71例颞叶癫痫患者(左侧癫痫组40例、右侧癫痫组31例)及17名健康对照组进行三维扰相梯度回波序列(3D-SPGR)扫描,采集数据通过Freesuffer软件进行大脑模型重建;再利用Brainstorm软件配准、平滑,以双样本独立t检验分别比较癫痫组与对照组,和癫痫组间皮层厚度的差异,并将具有统计学意义(P＜0.01)的区域在标准脑模板上标注显示.结果显示,与正常组比较,癫痫组均出现部分颞叶及颞叶意外脑区皮层厚度增大的现象,但异常脑区存在不同(左侧27个,右侧11个);癫痫组间比较,左侧癫痫组患者在左侧额下回眶部皮层增厚现象更为明显.颞叶癫痫患者的情感及认知等障碍可能与多个脑区皮层增厚的问题有关.
作者：崔婧轩；崔园；刘奇；张军鹏 刊期： 2017年第06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
