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2014年 33卷 5期 刊出日期：2014-10-20 论文        论文 513 基于抑制性突触多层神经元群放电编码的图像边缘检测 廖进文  范影乐*  武薇  高云园  李轶 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2014.05.01 图像边缘检测所获得的目标轮廓细节质量，对于后续图像分析或理解过程具有重要作用。提出一种基于视觉机制的图像边缘检测新方法:构建抑制性突触连接的多层神经元群，在待检测图像的激励下，分析7像素×7像素视觉感受野窗口内互连接神经元的脉冲放电过程，记录发放时刻进行次序编码；同时考虑神经元之间的侧向抑制作用，在选择注意机制作用下获得增强图像；之后利用LogGabor滤波器模拟视觉系统中的方向选择特性，获取8个方向的滤波结果，经过输出层神经元群的融合处理并经灰度映射到0～255的范围后获得边缘图像。对含有丰富边缘细节特性的24幅菌落图像进行处理，其处理结果的ROC评价指标均值为0.698 4，优于PCNN法的0.659 3；从评价指标的均方差来看，该结果具有更好的一致性。另外，从信息熵评价指标来看，该方法同样具有一定的优势，能够有效提取图像的边缘信息，而且也能反映更多层次的图像细节。所提出的方法为利用视觉生理特性进行图像处理提供了崭新而有效的思路。 2014 Vol. 33 (5): 513-524 [摘要] ( 243 ) HTML (1 KB)  PDF (2871 KB)  ( 620 ) 525 基于Graph Cuts的脑部MRI图像脑组织提取方法 杨素华*陈琼  罗艳芬 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2014.05.02 脑部MRI图像的脑组织提取是神经影像学分析的一项重要预处理过程，为提高提取精度，提出一种基于graphcuts的脑组织自动提取方法，主要适用于T1加权MRI图像。首先采用Smith等提出的脑组织提取工具（BET）得到感兴趣区域 (ROI)，仅在该区域内用graphcuts方法进行演化；并在graphcuts中加入一个速度限制因子，解决脑组织提取过程中的局部收敛和边界泄漏问题；此外，还采用一种逐层处理2D图像切片的3D数据初始化方法。利用IBSR(Internet Brain Segmentation Repository)网站提供的18组数据，将所提出方法与现有的部分脑组织提取方法（脑组织提取工具(BET)、 脑组织表面提取算法(BSE)、 分水岭算法(WAT)、 混合分水岭算法(HWAT)、 图割算法(GCUT) 和鲁棒脑组织提取算法(ROBEX)），进行对比试验。结果显示，本方法最接近于标准分割，平均Dice系数达到095，并且在多个评价参数（假阳性率32%和Hausdorff距离96）上都取得最好结果。实验表明，所提出方法具有较好的精确性和稳定性。 2014 Vol. 33 (5): 525-531 [摘要] ( 274 ) HTML (1 KB)  PDF (1074 KB)  ( 525 ) 532 基于声换能器特性的三维磁感应磁声成像重建算法 马任 张顺起 殷涛 刘志朋#* DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2014.05.03 为了完善磁感应磁声成像算法，使其在真实声检测系统下都适用，研究声换能器特性对磁感应磁声成像重建效果的影响。依据换能器声场分布测量数据，采用插值方法建立真实声换能器三维声场分布模型，利用格林函数法及离散化方法建立磁感应磁声成像正逆问题算法。为了验证该算法，分别采用球扫描和柱扫描方式进行仿真。基于SL CT仿真模型建立三维仿体电导率模型，用有限元方法对瞬态电磁场进行分析，根据计算的涡流分布结果，使用Matlab进行数值计算。仿真结果表明：该算法可基本重建出原始力源的分布，重建图像的相关系数分别达到98.49%和94.96%，对一般声换能器比较适用。该研究为进一步的实验研究和实验重建的精确性提供理论依据。 2014 Vol. 33 (5): 532-538 [摘要] ( 223 ) HTML (1 KB)  PDF (2232 KB)  ( 438 ) 539 基于静态姿势图的人体平衡功能检测与评估 韩俊  罗志增*  张启忠 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2014.05.04 为有效检测和评估老年人及残疾人的平衡功能障碍，提出一种平衡功能检测与评估方法。首先选取睁眼及闭眼模式下的重心轨迹长度、单位面积轨迹长度、峭度、左右重心分布比及前后重心分布比共10个指标来定量检测平衡功能，然后运用主成分分析法对所选评价指标进行融合，最后根据主成分因子的方差贡献率确定主成分因子的权值，进而得出综合评价值，以此帮助受试者完成平衡功能评估。采用自行研制的平衡功能检测与评估系统，在2周内对30例平衡功能障碍患者(病例组)和30例性别、年龄、身高及体重与病例组相匹配的健康人(对照组)进行2次平衡功能检测与评估，对照组综合评价值的统计值为4.067±0.540（n=30,mean±SD），病例组综合评价值的统计值为2.054±0.685，两组相比具有统计学显著差异。实验表明，该平衡功能检测与评估方法合理，具有应用价值。 2014 Vol. 33 (5): 539-545 [摘要] ( 612 ) HTML (1 KB)  PDF (1280 KB)  ( 758 ) 546 基于3D人脸数据库的儿童面部发育评估 林升梁  季钗  徐琳  赵正言* DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2014.05.05 研究发现，患有遗传性疾病的人脸常伴有面部发育异常的问题，如患有威廉姆斯综合征（WS）和唐氏综合征（DS）的人脸。为此，对儿童面部发育的研究有助于遗传性疾病的早筛查与早诊断。基于目前国内还没有儿童3D人脸数据库的现状，通过3dMDface人脸采集系统，采集人脸5 600例，对原始数据进行预处理使人脸稠密对应，从而构建3D人脸数据库。利用人体测量学标定面部各器官的关键点，建立标准测量指标，建立儿童面部发育评估系统。其中，对浙江地区分别患有DS的人脸55例和患有WS的人脸30例的19项测量指标与正常人脸比较分析。结果发现，DS人脸两眼内宽分布在第90百分位以上的样本为763%，鼻长分布在第10百分位以下的样本为618%，耳长分布在第10百分位以下的样本为872%，上面深分布在第10百分位以下的样本为89%，颅面变异指数为1630～2117，T检验分析为T=10130,P=.000；WS人脸鼻宽与口裂宽分布在第75百分位以上的样本分别为50%和667%，而两耳屏间宽分布在第25百分位以下的样本为633%，颅面变异指数为1714～2365，T检验分析为T=12213,P=.000。这表明，该两种特殊人脸与正常人脸差异具有明显的统计学意义。因此，利用该评估系统能正确反映患有遗传性疾病特殊人脸的显著性特征，基于3D人脸数据库建立的面部发育评估系统对儿童生长发育及面部异常的评价具有临床应用价值。 2014 Vol. 33 (5): 546-555 [摘要] ( 279 ) HTML (1 KB)  PDF (1558 KB)  ( 432 ) 556 抑郁症情绪面孔加工的大脑功能网络研究 高云  曹丹  李颖洁#* DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2014.05.06 研究抑郁症患者和正常人在不同的情绪认知任务下大脑功能网络是否存在差异。采用了相位同步的方法以衡量不同脑区间的连接强度，运用网络参数全局和局部效率来刻画大脑的小世界拓扑结构。选取16个抑郁症患者和14个正常被试进行正负情绪面孔搜索的认知任务，同时记录头皮脑电。选择低gamma (30～50 Hz)和高 gamma (50～80 Hz) 两个频段的数据建立相位同步矩阵。结果显示：抑郁症患者组的全局相位同步值高于正常组；低gamma频段网络成本区间在（025~050）内，高gamma频段网络成本区间为（025~055），情绪加工网络的全局和平均局部效率介于随机网络和规则网络之间，具有小世界特性；在高gamma频段，在最大效费差下（网络成本为03），全局效率值在组间有显著性差异，此时局部效率无显著性差异发现；在网络成本为05时，发现抑郁症组在左顶颞区和枕区的局部效率显著高于正常组，在情绪间未发现显著性差异。综上反映了抑郁症患者情绪加工网络的异常特性，为抑郁症患者神经网络机制的研究提供了一定的参考。 2014 Vol. 33 (5): 556-563 [摘要] ( 377 ) HTML (1 KB)  PDF (1765 KB)  ( 489 ) 564 基于大脑结构网络特征的遗忘型轻度认知障碍诊断模型 员锐娟1  吴水才1*  林仲志2,3  黄楚中4&n DOI: 10.3969/j.issn.0258.8021-2014.05.07 选取与认知表现分数相关性高的结构网络拓扑特征，利用这些特征建立分类模型，实现对正常老化者及遗忘型轻度认知障碍(aMCI）患者的分类。本研究包含两组扩散张量影像（DTI）数据，一组为52例正常老化受试者，一组为39例aMCI患者。分别对两组数据进行结构网络构建，采用图论分析法提取结构网络的特征，将所有特征与简单智能状态检查量表(MMSE)分数进行相关性分析，选取与认知表现分数高度相关的特征，基于这些特征建立5种分类模型，并对模型的分类效果进行评估。对于正常老化数据，选出18个与认知能力显著相关的结构网络特征，集中于解剖自动贴标（AAL）图谱中的9个脑区；对于aMCI数据，也选出18个与认知能力显著相关的结构网络特征，集中于AAL图谱中的9个脑区；二者选出的特征及分布的脑区是不同的。通过对分类模型的评估，得出支持向量机序列最小优化算法建立的模型分类效果最佳，特异性达到88.46%，敏感性达到83.05%，准确性达到85.71%。所提取的与认知表现相关性高的结构网络特征，可以作为生物标记指针，来建立分类模型，对正常老化者及aMCI患者进行分类，也可提供相应脑区间连接变化的信息。 2014 Vol. 33 (5): 564-573 [摘要] ( 277 ) HTML (1 KB)  PDF (2196 KB)  ( 482 ) 574 外部电场作用下的视神经纤维兴奋性的仿真研究 郭红1隋晓红1  李孟辉2李丽明1* DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2014.05.08 基于刺入式电极的视神经视觉假体,为盲人的视觉修复提供了新的可能性。为了对该视神经假体的电刺激策略和微电极设计提供理论支持，基于真实的电极结构，在COMSOL软件中建立刺入式微电极的外部电场仿真模型，并将其与利用NEURNO软件实现的神经纤维双层电缆模型结合，系统地研究电极与视神经纤维的相对位置、电刺激脉冲宽度以及电极几何结构的改变对视神经纤维兴奋阈值的影响。不同电极位置、刺激脉宽刺激下阈值变化规律的仿真结果，与以往报道的动物实验和仿真实验结果相符，证明了所建模型的有效性。 根据仿真结果，对刺入式视神经假体中刺激脉宽的选择和电极几何结构的设计，建议如下：窄脉宽刺激有利于降低能量消耗；电极锥度的设计要在满足电极力学特性及易于植入视神经的基础上，尽可能地减小，以降低纤维兴奋的阈值；电极的暴露面积越小，纤维兴奋所需的电流阈值越低，但电荷密度阈值越高；较低的电流阈值有利于减少能量消耗，但过高的电荷密度阈值却容易造成组织损伤，因此电极暴露面积的设计需要在耗能与安全性之间进行综合考虑。电极绝缘层厚度的改变对视神经纤维的兴奋阈值没有明显的影响，但从电极插入的难易考虑，应尽可能减小绝缘层厚度。以上结果对人体其他部位神经纤维的电刺激同样具有参考价值 2014 Vol. 33 (5): 574-584 [摘要] ( 303 ) HTML (1 KB)  PDF (3974 KB)  ( 387 ) 585 CHVAD动物实验抗凝管理研究 徐创业1,2刘修健1,2吴广辉1,2侯晓彤1   DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2014.05.09 VAD绵羊模型常用来验证装置血液相容性、生物安全性和工作可靠性以及对动物生理状态的影响，且需要有效、安全的抗凝管理方案，以降低血栓和出血风险。研究拟讨论绵羊植入CHVAD后应用肝素和华法林钠的抗凝效果，为后期动物长期存活实验和临床应用提供抗凝数据。选择健康绵羊6只，构建动物左心室→心室辅助装置→降主动脉血流旁路，建立CHVAD动物模型。术中一次性静脉注射肝素250 U/kg。术后前4 d连续静脉滴注肝素50 U/kg〖DK〗·h，使活化全血凝固时间（ACT）和活化部分凝血酶时间（aPTT）15～20倍于基值。术后第3 d开始口服华法林钠，并调整用量使国际标准化比值（INR）在12～20目标范围内。动物存活期间密切观察有无出血并发症。实验终止后，观察血泵内部、人工血管、吻合口等血液流道内有无血栓。宏观检查主要脏器是否充血、梗死，取典型部分做HE染色，观察组织病理学变化。6例绵羊整个实验过程无严重出血并发症。绵羊模型术中ACT值为（326±33）s。术后前4 d ACT基本保持在（157±28）s，在基值的15-20倍内，aPTT上升缓慢，第4 d刚达到目标范围下限。除Sheep4血泵转子背部有小块纤维组织外，其他血泵泵体、出入口、人工血管、吻合口内均无血栓和纤维组织。病理学检查显示在此抗凝方案下绵羊终末期器官基本没有血栓、坏死和微栓子存在。CHVAD绵羊模型中，植入后初期连续静脉滴注肝素保持ACT 15～20倍于基值、后期口服华法林钠使INR值在12～20范围内能够很好的控制血栓和出血并发症，可以作为CHVAD后期动物实验抗凝方案参考。 2014 Vol. 33 (5): 585-592 [摘要] ( 284 ) HTML (1 KB)  PDF (2831 KB)  ( 442 ) 593 蜂窝状聚氨酯支架的制备及性能评价 胥伟军  钱军民*金欣霞 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2014.05.010 以2,2′-二硫代二乙醇为引发剂，经开环聚合法合成聚ε-己内酯二元醇，该大分子二元醇再与1,6-己二异氰酸酯加成聚合得到聚酯型聚氨酯，利用红外光谱仪、差示扫描量热仪和X射线衍射仪对合成聚氨酯结构和性能进行表征；然后，利用生物模板法制备出蜂窝状聚氨酯支架，分别用扫描电子显微镜、基于阿基米德原理的测量方法和万能材料试验机表征支架形貌、孔隙率和压缩性质；最后，通过小鼠成骨细胞MC3T3-E1与支架共培养法评价支架细胞相容性。结果表明，合成聚氨酯分子结构得到验证，呈半结晶性特点；所得聚氨酯支架呈现典型的蜂窝状孔结构，孔径范围为100～140 μm，孔隙率为77.2%±4.1%，压缩模量为299.02 kPa；肌动蛋白染色和死活细胞染色结果说明该蜂窝状聚氨酯支架能支持MC3T3-E1细胞黏附、生长和增殖，细胞形态良好。该蜂窝状聚氨酯支架在骨组织工程中具有良好的应用前景。 2014 Vol. 33 (5): 593-599 [摘要] ( 327 ) HTML (1 KB)  PDF (2472 KB)  ( 362 ) 600 C6位氧化型细菌纤维素/壳聚糖复合材料的制备及表征 廖世波1,2黄淑玉2  赖琛1  奚廷斐1 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2014.05.011 细菌纤维素是天然的骨组织工程支架材料。为了改善其降解性并使其微观结构具有可调控性，利用2,2,6,6-四甲基-1-哌啶酮(TEMPO)/NaBr/NaClO体系，对细菌纤维素C6位羟基进行选择性催化氧化，氧化后的细菌纤维素在活化剂1-乙基-3-(3-二甲基氨丙基)-碳化二亚胺(EDC)/N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)存在的条件下与壳聚糖发生交联。将交联产物装入圆柱形模具，经冷冻干燥即得氧化型细菌纤维素/壳聚糖复合材料支架。通过FTIR、13CNMR、XRD、体外降解率测定、孔隙率测定和场发射扫描电镜(FESEM)对复合材料支架进行表征。 FTIR和13CNMR结果表明氧化型细菌纤维素与壳聚糖成功发生交联；XRD交联产物的结晶度随着壳聚糖用量的增大而减小，但减小的幅度不大(≤31%)；体外降解率测定表明氧化产物和复合产物的降解性均明显增大，其中当((OBC—COOH)/(CH—NH2))/(n/n)＝1/45时，复合支架在8周内的降解率达402%；FESEM和孔隙率测定结果表明，OBCCH支架的孔径和孔隙率 大于BC和OBC，当((OBC—COOH)/(CH—NH\-2))/(n/n)＝1/45时，复合支架的孔隙率最大，为97%。实验结果表明，OBCCH是一种理想的具有良好降解性和微观结构可调控性的骨组织工程支架材料。 2014 Vol. 33 (5): 600-608 [摘要] ( 291 ) HTML (1 KB)  PDF (2835 KB)  ( 503 ) 609 仿生嗅觉与味觉传感技术及其应用的研究进展 秦臻1  董琪1  胡靓1，2HUANG Li Quan2 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2014.05.012 动物的化学感受系统具有惊人的能力，能够在极低的浓度下识别数千种分子结构各异的化学物质，其灵敏性、选择性和响应速度都远高于当前的人工识别系统。近年来，研究者致力于利用完善的天然分子识别机制，开发出一种与传统嗅觉/味觉传感器相比更具仿生意义的新型化学探测系统，即仿生嗅觉/味觉传感器。仿生嗅觉/味觉传感器通常将动物嗅觉味觉的受体、细胞和组织作为敏感材料，然后使用多种人工检测方法，如光学、电化学和声波检测器件等，实现对化学物质的检测和识别。文中概述了动物嗅觉/味觉感受系统对化学物质的信息处理机制，并结合本实验室的工作，综述了目前仿生嗅觉/味觉传感器的常用技术及其未来发展趋势，并展望了其在医疗、工业和军事等领域的应用前景。 2014 Vol. 33 (5): 609-619 [摘要] ( 377 ) HTML (1 KB)  PDF (3067 KB)  ( 974 ) 620 纳秒脉冲肿瘤消融的研究进展 任志刚  陈新华  周琳  郑树森* DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2014.05.013 目前，癌症仍然是全世界人类死亡的主要原因，而且患者人数不断上升。探索新型有效的癌症治疗手段刻不容缓。本文阐述了癌症的十个主要生物学特征，介绍了纳秒脉冲靶向癌症生物学特征的肿瘤消融的独特优点：包括诱导细胞凋亡，抑制血管生成，破坏肿瘤微环境等，并重点综述了纳秒脉冲肿瘤消融在皮肤黑色素瘤、基底细胞癌、鳞状细胞癌、肝细胞癌以及其他肿瘤中的研究应用。最后对纳秒脉冲的临床应用前景进行了展望。 2014 Vol. 33 (5): 620-624 [摘要] ( 556 ) HTML (1 KB)  PDF (1437 KB)  ( 778 ) 625 基于模糊C均值聚类的儿科机械通气撤机时机研究 俞刚1   郑焜1*叶盛2 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2014.05.014 研究呼吸机撤机时机，提高撤机成功率。收集本院PICU在过去两年中发生机械通气撤机的病例1 061例，在完成数据标准化后，分为训练集样本和测试集样本，各样本集中撤机成功的定义为正常样本，反之为异常样本。应用模糊C均值聚类算法，对撤机时样本临床相关参数聚类分析，将所有的病例进行分类，以确定撤机失败病例所属的类别。训练集的样本总数为785，从聚类结果来看，第1类撤机失败病例数为0，第5类撤机失败病例比率为1065%，是样本平均值的两倍。测试集的样本总数为276例，聚类结果和训练集类似，第1类撤机失败病例数为0，第5类撤机失败病例的比率高达1579%，大于平均值的两倍。虽然正常样本和异常样本之间不易发现明显的界限区别，但大部分异常样本之间存在较为紧密的联系，个别类别撤机失败率远高于整体的平均水平。实验结果说明，异常样本之间存在一定的相似度，可以通过聚类分析获得其范围，从而为临床医生提供有效的撤机决策支持。 2014 Vol. 33 (5): 625-629 [摘要] ( 180 ) HTML (1 KB)  PDF (1809 KB)  ( 478 ) 630 轻型化外骨骼手功能训练器结构设计及实现 易金花   李继才   胡鑫   喻洪流* DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2014.05.015 为帮助由脑卒中引起的手功能障碍患者更好的完成手部的康复，设计一种能在日常生活辅助使用的轻型化穿戴式外骨骼式手功能训练器。通过对拇指运动仿生机构和四指运动仿生机构的设计，得到了适用于患者穿戴的手指仿生结构。在SolidWorks motion仿真软件中对训练器的抓握运动进行仿真分析，验证了其运动符合正常人手抓握运动规律。在实验样机上进行穿戴实验和关节活动度测量实验，结果表明，所研制的轻型化外骨骼手功能训练器具有很强的仿生性，安全可靠，适合手功能障碍患者穿戴进行手部康复训练。 2014 Vol. 33 (5): 630-634 [摘要] ( 239 ) HTML (1 KB)  PDF (1901 KB)  ( 551 ) 635 一种人体气道树快速自动提取算法的医学评价和应用 齐守良1   李争华1   岳勇2 &nbs DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2014.05.016 为了将提出的气道自动提取算法应用到实际临床，首先由高年资放射科医生将算法分割结果与解剖结构进行了对比。然后，分别考察了重建滤波器和层间距（或重叠率）对分割结果的影响。最后，作为例子将提取算法应用到三大类气道疾病：气道形态改变、气道扩张性病变和狭窄性病变。结果表明，算法可精确提取第4级支气管和大多数第5级支气管，最高可达12级支气管，支气管分支数量达170余个。高对比的重建滤波器和小的层间距（或高重叠率）对于分割结果有利。气道提取和3D可视化能直观显示更多细节，对于气道形态改变、气道扩张性病变和狭窄性病变诊断具有重要参考价值。 2014 Vol. 33 (5): 635-640 [摘要] ( 213 ) HTML (1 KB)  PDF (2254 KB)  ( 483 )

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