邵晨；孙伟
生物学探究的基因关联是类似于因果关系的本质联系,要解决的关键问题是寻找一种可以描述本质联系的方法.针对Dialogue for Reverse Engineering Assessments and Methods第3次竞赛项目(DREAM3)中的大肠杆菌(E.coli)基因调控网络结构辨识问题,提出一种基于再生核希尔伯特空间(RKHS)的统计独立性度量方法——Hilbert-Schmidt独立性准则(HSIC).此方法是一种基于分布的非参数独立性度量方法,并不要求数据符合某种特定分布,不以分类率、模型简单度等外部条件作为约束条件,同时非参数定量地描述变量之间的联系程度.对大肠杆菌基因表达数据的实验结果显示,尽管数据集中的时间序列数据样本很小,并且只提供了较弱的和类型复杂的调控信息,但HSIC方法仍能较好地辨识出这种较为隐含且复杂的调控关系.对比计算显示,在3种数据规模下,采用HSIC方法辨识结果的AUROC值高于Granger Causality(GC)方法23个百分点,高于参与此竞赛的第1名3.9个百分点,而且在计算效率上亦高出其所使用的微分方程法3个数量级.
作者：樊双喜；韩斌；厉力华；祝磊；金丽艳；李颜娥；王晟；应南娇 刊期： 2013年第02期
研究基于混合PRF/T1的测温方法,以提高永磁MRI温度测量的准确度与可靠性.用琼脂凝胶仿真肝脏组织制作体模,将体模放在水浴中加热到65℃,然后置于0.3T永磁MRI系统用翻转角为40°与75°的梯度回波序列进行交替连续扫描,在降温中温度每下降1℃采集一次数据直到36℃.对所采集数据,分别用质子共振频率(PRF)方法、水质子纵向弛豫时间(T1)方法、改进的混合PRF/T1方法计算温度变化,并以酒精温度计测温结果作为参考.比较这3种方法的测温准确度,3d内分别进行3次测温实验,用3次实验结果的变异系数(COV)评价测温方法可重复性.结果表明,仅用PRF或T1方法的测温误差为±6℃,而改进的混合PRF/T1方法的测温误差为±3℃.PRF方法的COV=3.12％,T1方法的COV =7.53％,改进的混合PRF/L方法的COV =2.63％.在永磁MRI系统上采用改进的混合PRF/T1方法比单一用PRF或T1方法的测温准度高且可重复性好,可以更好的满足肿瘤热消融对温度监控的需求.
作者：王雷；李璟；朱剑锋；钟智辉；陈武凡；冯衍秋 刊期： 2013年第02期
研究具有不同连接筋的冠状动脉支架的力学性能,为支架的设计开发以及介入治疗提供更加科学的指导.采用Solid Works建立3种不同连接筋的支架模型(根据连接筋的形状分别称为W-支架、S-支架和L-支架,压握壳以及球囊模型),使用Hypermesh软件完成模型的网格划分,应用ABAQUS软件模拟分析了径向回弹、轴向缩短,扩张不均匀性以及径向支撑刚度和柔顺性,并结合径向均匀加载和“四点弯曲”测量技术的径向支撑刚度和弯曲刚度的测试方法验证了数值模拟的合理性.结果表明:3种支架的各项力学性能都在安全范围内；相对而言,S-支架的支撑强度较大,支撑刚度为3.34 N/mm,容易造成局部血管壁的损伤；L-支架的轴向缩短率较大,为8.25％,不利于支架在血管病变部位的正确定位；S-支架和L-支架的弯曲刚度分别为:17.74 N/rad和18.00 N/rad,它们的柔顺性较差.3种支架的力学性能各有优缺点,其中W-支架的综合力学性能相对较好,这在临床上为选用支架提供良好的参考依据.
作者：王晓；冯海全；王文雯；张瑞敏；陈彦龙 刊期： 2013年第02期
表面阵列电极在改进刺激选择性和控制能力方面具有优越性能,其中电极设计和刺激波形对于神经肌肉电刺激效果具有重要影响.针对手功能康复需求,采用大小电极触点交叉排列的表面阵列电极,对人体前臂组织实施直流阴极刺激；基于人体前臂的简化层次模型,通过有限元法仿真人体前臂组织的电场分布,使用神经纤维激励函数表征外加电场对神经轴突电活动的影响.在此基础上,选择前臂深层神经纤维激励函数的峰值和半宽度乘积之比作为靶向性能评价函数,利用粒子群算法对表面阵列电极的触点尺寸和间距进行优化设计.结果发现,当大、小触点尺寸分别为9.80和10.72 mm时,阵列电极的靶向性能优,靶向性能评价函数大值为11 252.68 V/m4.对比不同刺激波形作用下随时间变化的人体前臂深层神经纤维激励函数大值,发现矩形波刺激下神经纤维激励函数大值可达3.448 V/m2,稍高于其他刺激波形,有利于神经纤维的激活,从而为表面阵列电极设计和制定刺激处方提供理论指导.
作者：徐琦；胡能宇；周厚纶；王熠钊 刊期： 2013年第02期
乳腺组织疾病早期诊断具有十分重要的意义,基于电阻抗频谱法进行乳腺组织疾病早期诊断是近年来发展起来的乳腺临床检查技术,具有成本低、无损害、无创伤等优势.本研究采用电阻抗频谱法测量的64位妇女,106个乳腺样本的电阻抗特性数据,基于神经网络与支持向量机实现乳腺组织疾病的早期自动诊断.针对传统神经网络的过拟合问题,网络初始参数如何确定问题,以及支持向量机(SVM)分类器的惩罚因子C与核函数g如何有效确定问题,采用遗传算法全局寻优的方式,按适者生存的原则,进行参数的选择、交叉、变异,直到收敛到适应环境的“染色体”上,即得到问题的优解,从而实现网络权值与阈值以及SVM惩罚因子与核函数的参数寻优.改进后的算法诊断识别率分别由优化前的61.92％和51.92％,提高到优化后的76.15％和68.08％,为乳腺组织疾病的早期自动诊断提供了一种有效的参考方法.
作者：李昕；李红红；李丛；李长吾 刊期： 2013年第02期
针对目前癫痫预测多为回顾性离线研究,难以实现自动实时预测并应用于临床这一问题,进行癫痫发作实时预测的初步研究,探讨方法的可行性.提出了结合反向传播(BP)神经网络与样本熵分析进行癫痫发作实时预测的方法.首先基于临床癫痫患者发作前脑电数据计算样本熵,转化为样本熵时间序列；然后利用BP神经网络建立患者发作时间预测模型.BP神经网络模型对发作时间的预测与实际发作时间之间存在线性关系,基于样本熵值的预测结果的相关系数达到0.94以上.结合样本熵与人工神经网络算法,在脑电监测数据基础上对癫痫发作预测具有可行性,为进一步开发癫痫便携预警装置提供了基础,具有重要的潜在临床应用价值.
作者：马莉；杜一鸣；黄光；王耘 刊期： 2013年第02期
间充质干细胞在再生医学领域中具有重要的应用价值,其增殖能力强,免疫原性低,具有良好的分化潜能,是理想的组织工程血管种子细胞.本文系统总结了应用间充质干细胞构建组织工程血管的研究进展,介绍了间充质干细胞分离纯化和鉴定方法,分类阐述了间充质干细胞构建组织工程血管的几种方法,并探讨了其优缺点.
作者：赵亮；李敏 刊期： 2013年第02期
研究人体肺癌组织与正常组织介电特性差异,建立人体肺部组织介电参数频率谱图,为基础医学和临床诊断提供理论依据和数据参考.以肺癌手术中切下的患者癌变组织和癌周正常组织为样本,控制测试舱的温度和湿度,采用Agilent公司的4294A阻抗分析仪,在100 Hz～ 100 MHz频率范围内测量样本组织的介电特性.基于Cole-Cole模型利用小二乘曲线拟合方法,提取两种组织的特征参数.在所测频率范围内,肺癌组织的相对介电常数为正常组织的3～5倍,电导率为正常组织的1.6～3.3倍,肺癌组织的介电谱明显地向低阻抗方向移动.在提取的特征参数R0、R∞、α、Υ和fc中,低频电阻R0的差异具有统计学意义(P＜0.05).人体肺癌组织与正常组织的相对介电常数、电导率及低频电阻R0存在明显差异,可为人体肺组织介电特性研究和EIT测量提供基础数据.
作者：王洁然；王化祥；徐晓 刊期： 2013年第02期
基于复杂网络理论,研究磁刺激穴位时大脑功能连接的变化情况.利用互相关和互信息方法,分析了7名被试内关穴磁刺激前、刺激中、刺激后同步脑电信号的通道间关联特性,构建了大脑功能网络,并利用复杂网络分析方法对其进行了中心化程度评价,分析了几种状态下的关键脑区.结果表明:1 Hz刺激与刺激前相比,顶叶内部、顶叶与中央区节点间的关联程度发生了统一增强,额叶与枕叶、额叶与顶枕叶节点间的关联程度发生了统一减弱；3 Hz刺激与刺激前相比,统一增强的区域集中在额叶内部、中央区内部、额叶与中央区、额叶与顶叶、额叶与颞叶、中央区与颞叶、中央区与顶叶节点之间.度值较大的节点主要分布在额叶和中央区,介数值较大的节点主要分布在顶叶、中央区以及顶枕区.此研究有助于揭示磁刺激穴位对大脑功能网络的影响.
作者：尹宁；徐桂芝；于洪丽；周茜；郭磊 刊期： 2013年第02期
在蛋白质组学研究中,通常使用数据库检索算法进行蛋白质的鉴定.使用完整性较高但注释不准确的数据库,可能能够鉴定到更多的蛋白质,但存在数据不准确的风险；使用注释准确但完整性较低的数据库,则有可能漏掉一些数据库中未收录的蛋白.如何兼顾蛋白质鉴定结果的完整性和准确性是一个重要的问题.本研究以人类蛋白质组为例,采用不同质谱仪及不同样品产生的蛋白质组数据,比较了常用的IPI数据库、UniProt数据库和Swiss-Prot数据库的检索结果.结果表明,3个数据库在不同的蛋白质组数据中表现各有优劣,但总体来讲差异很小；每个数据库可鉴定到的、特有的多肽数不超过总数的5％,蛋白数的差异为1％～5％.说明3个数据库都覆盖了常见的人类蛋白序列,完整性很高.因此,推荐采用通过人工注释、在不断更新中的Swiss-Prot数据库作为检索对象.当研究目的为鉴定或定量未收录在Swiss-Prot数据库中的蛋白序列(如一些特殊的蛋白异构体或突变体)时,可将目的序列加入该数据库进行检索,或考虑使用其他完整性更高的数据库.
作者：邵晨；孙伟 刊期： 2013年第02期
研制婴儿培养箱温度集中监测与报警系统,并对采集数据的准确性和稳定性进行评估.建立基于ZigBee的无线传感器树簇型网络拓扑模型,婴儿培养箱内放置传感器终端节点,病房走廊放置无线路由器节点,护士站放置协调器节点与监控主机相连；各节点软件基于C++编写,监控主机软件使用SQL Server 2005作为数据库平台,实时分析终端节点温度及电池电压数据,并产生声光报警.初步实验结果表明,该无线传感器网络能精确、稳定地读取婴儿培养箱箱内温度及终端节点供电电压值.与专业检测设备作对比测试,相对误差小于2％.该系统采集数据正确、实时,能提高医疗安全性,减少医疗不良事件发生,具有广泛的应用前景.
作者：沈云明；郑焜；陈龙；王琳；沈一奇 刊期： 2013年第02期
针对弥散加权磁共振图像噪声呈Rician分布,现有Wiener滤波基于高斯分布易于产生误差的缺陷,以及弥散加权磁共振图像多相近磁场方向数据共存特点,综合多相近磁场方向的弥散加权磁共振图像进行Wiener滤波复原,并将现有针对高斯噪声的Wiener滤波器基于Rician噪声分布进行改进,后在估计复原参数的过程中引入各向异性概念提高复原参数估计的准确性,进一步提高复原质量.使用本方法分别在合成和真实脑部弥散加权磁共振图像上进行的仿真和实验表明,本方法能有效降低噪声对弥散加权磁共振图像的影响,提高由此计算获得弥散张量磁共振图像的大小和方向信息,在10％ Rician噪声下,弥散加权磁共振图像的峰值信噪比提高10 dB,由此计算获得弥散张量磁共振图像角度平均偏移下降5度,可保障后续应用的准确性和可靠性.
作者：吴锡；何晋；王玉；谢明元；周激流 刊期： 2013年第02期
利用人体生物电作为人与外部设备沟通的桥梁,是一种新的人机交互方式.依此开展了基于稳态视觉诱发电位(SSVEP)的脑电手机拨号系统的研究.设计一种基于视觉诱发电位的实时脑-机接口系统,用于控制拨打手机号码.该系统采用单片机设计视觉刺激器,同时在LabVlEW平台上,利用功率谱估计实时提取诱发电位向量,产生脑-机接口控制命令,用于TC35无线模块拨打手机号码.通过5位受试者各10次实验验证,所设计的基于稳态视觉诱发电位的脑电手机拨号系统,识别正确率高达到100％,平均正确率98％,拨打任意一个11位手机号码的平均时间低于65 8,并且能保证正确拨打每一个号码.证明该系统的方案是可行的,具有较高的应用价值.
作者：赵丽；孙永；郭旭宏；宋淇 刊期： 2013年第02期
均衡化算法可有效降低超声图像采样点间的相关性,提高斑点噪声的抑制效果.但根据在体图像获取均衡滤波器参数的计算量大,不利于实时实现.针对浅表超声图像,本研究提出一种效果明显同时避免大量实时计算的均衡化方法.基于射频图像成像模型,分析超声体模回波信号频谱,滤除组织反射函数频谱成分,获得点扩散函数(PSF),构建均衡滤波器,分析其用于浅表组织超声图像的均衡化处理效果.通过超声体模获取参数的均衡滤波器用于浅表超声图像,可以有效降低采样点间的相关性,预处理后的去斑滤波效果相较于直接滤波,信噪比提高约19.2％,图像去斑效果得到提高.对于浅表超声图像,可以通过超声体模预先获取均衡滤波器参数,从而减少去斑过程的计算量,容易实时实现.
作者：李金冬；郑政 刊期： 2013年第02期
细胞三维受控组装为组织工程和再生医学等研究领域拓展了新的理论和技术.由于器官是由不同细胞组成并具有复杂微观结构的三维结构体,多细胞组装是细胞组装技术发展的关键.针对多细胞组装问题,本研究基于气动控制的多细胞组装平台,利用压缩空气作为动力,采用非水平排列方法设计多喷头模块,设计并构建了实现多细胞三维受控组装的硬件系统和控制系统,并基于该系统进行了3种颜色基质材料的组装和2种活细胞的组装实验.结果表明:本系统可实现3个喷头的准确切换和组装,组装过程中喷头喷射的启停响应迅速,启停响应延迟小于5ms；成型精度小于30 μm,喷头间不易发生干扰；系统易于实现多喷头扩展和控制.该系统在三维空间内可完成3种材料的阶梯结构、圆环形腔结构、多边形结构等多种有重要生物应用价值结构的成型组装,并完成2种活细胞组装.CD34和Oil red O染色实验结果显示,组装的细胞在结构内生长良好,细胞定位准确并保持细胞性状.本研究为制造复杂的人体组织和器官提供了新的技术.
作者：杨敏；徐铭恩；陈洁毅；赵占盈；葛亚坤；严明；郭淼 刊期： 2013年第02期
磁感应断层成像利用涡流原理,在成像区域边界对内部磁场变化进行测量,再经过重建,获得内部电导率分布图像.其中,反投影作为一种快速重建算法,经常被应用于断层成像技术.但是,由于成像区域内磁场分布的非线性,大大降低了反投影成像的定位精度.研究检测线圈测得的相位差与成像区域磁场分布之间的关系,根据测量相位差即为成像区域内电导率分布沿磁力线路径投影的集合这一结论,设计一套适用于磁感应断层成像的反投影算法,利用成像区域磁力线的分布,构建反投影路径和区域,改善直线反投影应用于非线性场定位不准的问题.重建实验结果表明,在直径为200 mm的成像区域内,所提出算法的小定位误差为1 mm,相对直线反投影算法提高了2～26 mm,同时重建图像在视觉质量上也有很大提高,为磁感应断层成像技术提供一种有效的重建算法.
作者：杜强；白保东；林筱；柯丽 刊期： 2013年第02期
超声成像具有无辐射、实时且成本低廉等优点,被广泛应用于人体肌肉特性的研究.传统方法利用人工从超声图像中提取肌肉厚度,主观性强,测量时间长且容易出错.本研究提出一种基于光流的肌肉厚度自动测量新方法,采用仿射光流来跟踪表层与深层的肌筋膜,基于肌筋膜与测量位置的几何关系,自动计算出肌肉的厚度.在连续运动条件下,对10位健康志愿者的大腿动态超声图像进行跟踪测量.结果表明,该法与人工测量结果的平均绝对误差为(0.24±0.22)mm,相关系数达0.93,在Matlab环境下测量速度达10帧/s,证明该方法在自动测量肌肉厚度上的准确性与高效性,在生物力学、肌肉骨骼建模等方面具有广阔的应用前景.
作者：李乔亮；任盼盼；张会生；齐素文；饶捷；张小飞；陈昕；陈思平；汪天富 刊期： 2013年第02期
研制耐压力学测试系统,用以不同药物或手术方式对结肠、直肠吻合口愈合影响的实验中,测量吻合口耐压力学指标.该测试系统由双通管、三通管、加压模块和压力检测记录模块等组成,通过对本装置的操作,实现耐压检测中压力的实时检测、记录和显示.利用10只小鼠进行对比实验,共取有40段2 cm长肠管和20段2 cm长下腔静脉血管,进行耐压实验,对比吻合口破裂时压力表读数和本耐压力学测试系统的测试值,以验证系统性能.结果显示,两者的测量值具有良好的吻合度,并且测压系统所测得数据具有较小的变异系数.与以往使用压力表的测试方式相比,实验过程更为简单,观测更加直观,实验结果更为可靠.本测试系统结构简单,可优化实验流程,可应用于肠管、血管、皮肤等组织的耐压力学测试.
作者：嵇承栋；李桢；郑风；秦海庆；许畅 刊期： 2013年第02期
在医学和生物学的多项研究中,能够对不同种类的细胞进行有效的分离,一直是学术界所面临和一直在研究的重要问题.如果人们能够有效地分离不同类型的细胞,那么将会给许多疾病的诊断和治疗带来巨大的便利,从而为医学和生物学带来突破.目前,传统的、主要的细胞分离和筛查方法可以分为两大类,分别是标记法和非标记法.随着微流体技术的发展,微流体芯片正在越来越广泛地应用在细胞分离的领域.本文从微流体的研究历程出发,结合现有的传统细胞分离技术,以及其与微流体技术的对比,对微流体在细胞分离领域的应用和发展作综述性介绍.
作者：鲍小凡；刘冉；刘静 刊期： 2013年第02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
