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2015年 34卷 4期 刊出日期：2015-08-20 论文        论文 385 基于偏定向相干性(PDC)的脑卒中后抑郁症患者脑网络研究 王春方1孙长城1张希2王勇军1綦宏志2何峰2赵欣2张颖1万柏坤2杜金刚1   明东2#* DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2015.04.001 探究脑卒中后抑郁症（PSD）患者脑网络异常。采集PSD患者及其对照组（卒中后无抑郁症（PSND）患者及健康人（CONT））各10例16导联静息态脑电信号进行偏定向相干性（PDC）分析，利用单尾单样本t检验构建这3类人群的平均脑网络图，并对所得脑网络进行基于图论的拓扑参数比较分析。结果表明，经统计学检验（P<0.05），当PDC阈值取0.2时，三类人群平均脑网络节点度、平均集群系数及中介中心度参数差异最明显。具体表现为脑卒中患者相对健康人出现了优势半球（左半球）信息流入的减弱，PSD患者相对PSND患者在与“情绪”相关的左额叶及左颞叶信息流出减弱。PSD患者相对CONT及PSND人群平均集群系数分别下降2.4%及1.8%，脑网络集团化程度减弱；网络核心节点个数分别增大2.2倍及1.6倍，且核心节点有所转移，枢纽节点核心地位下降。受脑卒中和抑郁情绪的影响，PSD患者的脑网络发生了异常改变。 2015 Vol. 34 (4): 385-391 [摘要] ( 675 ) HTML (1 KB)  PDF (1218 KB)  ( 1475 ) 392 基于局部色温估计的电子内镜图像自动白平衡算法 白昆仑1     陈晓冬1* 孙学斌1   DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2015.04.002 电子内镜的光源老化将导致色温和亮度的降低，严重影响成像质量，不利于医生对病灶处的观察。为补偿色温变化，需要对图像进行白平衡处理。以完美反射理论为基础，通过分析内镜图像共有固有特征，提取图像中高光点作为理想参考点，利用高光点的空间位置信息进行局部色温估计，从而校正图像色差。根据色差修正系数进行算法评估。相对于经典反射理论算法，该算法将平均色差修正系数从9.03%提升至79.34%，能够有效校正色差，剔除光源干扰。采用亚采样模板简化色温估计计算过程，单幅图像的平均处理时间减少54.95%。该算法是针对电子内镜图像的一种有效的自动白平衡算法，能够更加准确地还原人体组织的颜色特征，且具有较好的实时性。 2015 Vol. 34 (4): 392-398 [摘要] ( 396 ) HTML (1 KB)  PDF (3197 KB)  ( 671 ) 399 基于改进图割的超声瞳孔图像分割与直径测量 周亚丽1    高玉芝2   周浩1    周密1     郑音飞1* DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2015.04.003 传统的瞳孔直径测量是通过医生手工标定，对于眼外伤和丧失意识的患者测量不方便。针对瞳孔直径测量的人工交互量大且测量鲁棒性不强的问题，采用图割算法分割瞳孔超声图像并测量瞳孔直径。对传统图割算法进行两个方面的改进，采用自适应阈值的区域生长代替人为种子点选取，在保证分割效果的基础上减少了图割的交互量；在能量函数的数据项部分增加图像的梯度信息，减少了原始算法分割结果中出现的小区域，增强了对弱边缘的分割。最后，对采集到的超声瞳孔图像进行自动分割、自动测量瞳孔直径，可以得到患者瞳孔的直径动态变化，给临床诊断提供依据。为了验证算法的有效性，对10位患者的动态瞳孔超声图像进行基于改进图割的瞳孔直径测量，并与医生的手动测量结果对比。结果表明，本方法的结果与医生手动测量结果的绝对误差小于0.2 mm，相关系数不小于0.83。通过改进图割算法，改善了分割效果，实现了超声瞳孔动态图像的自动直径测量，并可有效代替瞳孔直径的人工测量，减少人工交互量。 2015 Vol. 34 (4): 399-406 [摘要] ( 504 ) HTML (1 KB)  PDF (8409 KB)  ( 350 ) 407 椎动脉支架内再狭窄的人工神经网络分析 乔爱科#* 彭坤    牛静 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2015.04.004 探讨椎动脉狭窄支架植入术后再狭窄的危险因素，并利用人工神经网络对椎动脉支架内再狭窄（ISR）进行预测分析。首先，随访97例临床患者，对 12种可能影响椎动脉支架内再狭窄的因素进行单因素分析，总结出具有统计学意义的相关因素。然后，利用BP神经网络建立影响因素样本集与对应的ISR之间的隐性联系模型。最后，利用神经网络预测患者是否会发生支架内再狭窄，并对预测准确率进行评估。结果表明，置入支架后，再狭窄组中支架长度平均值为15 mm，无再狭窄组患者中支架长度平均值为17 mm，两者具有显著差异(P=0.005)；再狭窄组患者平均扩张比为1.15，无再狭窄组患者平均扩张比为1.17，两者具有显著差异（P=0.01）；再狭窄组和无再狭窄组患者椎动脉侧别也具有显著差异（P=0.045）。同时，评估结果显示，BP神经网络模型预测结果令人满意，不会发生ISR的确诊率q175%，会发生ISR确诊率q2=100%。支架长度、椎动脉侧别和支架扩张比对椎动脉ISR具有显著性影响。BP神经网络模型可用于预测椎动脉ISR的发生。 2015 Vol. 34 (4): 407-412 [摘要] ( 296 ) HTML (1 KB)  PDF (756 KB)  ( 444 ) 413 实用化EIT条件下不同激励模式成像效果仿真研究 邓娟1       王磊1   &nb DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2015.04.005 目前常用的电阻抗断层成像(EIT)相邻激励-相邻测量模式下，有限测量分辨率(MR)和信噪比(SNR)的系统往往难于分辨微小电位差，影响图像重建。通过获取16电极EIT系统均匀场在相邻、间隔6电极和相对激励模式下的理想仿真边界电压，分析实用化EIT系统成像对MR和SNR的要求，仿真模拟了不同MR和SNR测量条件下3种激励模式对近场域中心目标A、场域1/2半径处目标B、近场域边缘目标C的成像。图像重建采用TikhonovNoser组合正则化算法，引入图像重建误差函数和结构相似度函数定量评价成像效果。结果表明，各激励模式对不同目标成像要求的MR和SNR不同。MR为1 mV和0.01 mV时，成像效果分别是间隔6电极激励和相邻激励最优；MR为0.1 mV时对模型A、B成像间6激励更优，对模型C成像相邻激励更好。间隔6电极和相对激励对模型A、B、C成像要求的SNR临界值分别为50、40和30 dB，都比相邻激励低10 dB，临界值附近间6成像效果最优，其次是相对激励，SNR高于临界值10 dB时相邻激励成像质量最高。低MR和高MR时影响成像的主要指标分别是各模式边界电压次小值与最小值之差和独立测量数。建议低MR成像时优先选择间6激励，其次是相对激励，高MR时选择相邻激励，MR为0.1 mV时近场域边缘目标成像选择相邻激励而近场域中心目标成像选择间6激励。低SNR和高SNR时影响成像的是测量电压数组整体的数值大小和独立测量数。模型A、B、C成像时若SNR分别在50、40和30 dB的临界值附近建议选择间隔6电极和相对激励，一旦SNR高于临界值10 dB，建议选择相邻激励。 2015 Vol. 34 (4): 413-420 [摘要] ( 207 ) HTML (1 KB)  PDF (3578 KB)  ( 359 ) 421 细菌生物膜厚度和面积对人耳听力的影响 甘超孙       姚文娟*郭翠萍   &nb DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2015.04.006 依据临床健康志愿者右耳的CT扫描结果，将CT扫描数据数值化导入PATRAN软件进行人耳三维有限元模型的重建，并用NASTRAN软件对该模型进行频率响应分析。通过对正常人耳结构进行频率响应分析得出数据与实验数据吻合，验证了模型的正确性。结合临床中耳炎病症实际情况，研究细菌生物膜的成长阶段对人耳听力的影响。结果表明：在不同声压相同的频率段，细菌生物膜的厚度变化对人耳听力的影响是相同的。在相同声压不同频率段，细菌生物膜的厚度增加会引起镫骨振幅和速度降低，在较低频率段镫骨振幅和速度下降幅度较大，下降的最大值为1.64 dB；在较高频率段镫骨振幅和速度下降幅度较小，下降的最大值为1.04 dB。在不同声压作用下，在相同的频率段细菌生物膜的面积增加会引起镫骨振幅和速度降低。在100～1 000 Hz频率段镫骨振幅和速度的下降幅度较小，下降的最大值为0.18 dB。在1000～10 000 Hz频率段镫骨振幅和速度的下降幅度较大，下降的最大值为2.26 dB。细菌生物膜厚度或面积增加都会使人耳听力下降，厚度增加在低频时比高频时下降更多，而面积增加则刚好相反。 2015 Vol. 34 (4): 421-428 [摘要] ( 363 ) HTML (1 KB)  PDF (6816 KB)  ( 451 ) 429 无心跳供体肺支气管内气体二次流动特性分析 胥义1* 邓如意1      刘晶1,2 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2015.04.007 无心跳供体（NHBD）肺有望解决临床供肺严重不足的问题，肺内低温通气被公认为是NHBD肺在体低温保护的有效方法之一。通过建立3D非对称四级支气管模型，借助计算流体动力学(CFD)方法，分别研究在3种被动呼吸频率（0.125、0.25、0.5 Hz）条件下肺支气管内的二次流结构特性。研究结果表明，被动吸气时主支气管截面上不存在二次流结构，且截面上最大无量纲速度差分别为0.67（@0.125 Hz）、0.5（@0.25 Hz）和0.3（@0.5 Hz），但在被动呼气时存在明显的二次流结构，且其截面最大无量纲速度差增大到1.25、1.1和1.06；随着支气管级数的增加，无论是吸气还是呼气状态，其对应截面上都存在明显的二次流动结构，但呼吸频率对其截面上最大无量纲速度差变化的影响不大（维持在1.0左右）；总体来讲，左肺各支气管内的流动结构比右肺要复杂一些，这与左右支气管的不对称结构有关。该研究明确了低温保护性气体在NHBD肺支气管内的流动总是伴随着二次流的特性，这对于进一步探索其临床保护工艺研究具有重要的指导意义。 2015 Vol. 34 (4): 429-437 [摘要] ( 1191 ) HTML (1 KB)  PDF (23717 KB)  ( 110 ) 438 电容式射频热疗中加热机制分析及不同组织升温速率计算 王祝盈*刘永谦   陈小林 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2015.04.008 拟就加热机制和人体不同组织的升温规律方面存在的一些认识上的偏差进行探讨。从电磁场的基本原理出发，分析电容式射频加热人体组织的理论机制。在忽略射频极板边缘效应且极板之间充有多层不同电介质的模式下，分别进行极板间任意两介质中单位体积耗散的功率比、比吸收率（SAR）比以及升温速率比的理论推导，然后针对人体不同组织（如人体肌肉、脂肪、皮质骨）的电参数和物理参数进行计算。结果表明，当采用27.12 MHz射频加热时，脂肪和皮质骨的升温速率比肌肉的升温速率分别高出18.9和20.2倍，而采用40.68 MHz射频时，则是高出19.8和19.1倍。电容式射频热疗时，电导率越大的人体组织升温速率越小，各组织的升温速率极不均匀。 2015 Vol. 34 (4): 438-444 [摘要] ( 274 ) HTML (1 KB)  PDF (907 KB)  ( 833 ) 445 基于活动轮廓模型的图像分割算法综述 段丁娜1       张欢1   邱 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2015.04.009 活动轮廓模型是一种重要的图像分割技术，它利用底层信息，并结合高层先验知识，实现对复杂目标轮廓的自动分割。自Kass等提出该思想以来的20多年中，活动轮廓模型在理论研究和应用方面均取得长足发展。首先，介绍活动轮廓模型的发展历程，重点阐述并分析典型的参数活动轮廓模型和几何活动轮廓模型，进而扼要介绍混合活动轮廓模型和快速求解算法；随后，从理论基础、分割效果、算法效率以及应用等方面，比较两类模型之间的区别与联系；最后，对活动轮廓模型未来的发展趋势进行展望。 2015 Vol. 34 (4): 445-454 [摘要] ( 818 ) HTML (1 KB)  PDF (841 KB)  ( 2093 ) 455 脑深部刺激未来发展的机遇与挑战 王守岩1*王学廉2     何江弘3 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2015.04.010 应对患者数多、病情复杂、药物治疗无效等难题，神经和精神疾病临床治疗面临着重大挑战，脑深部刺激是许多患者唯一可行的临床治疗手段，而达到“治疗效果更好”和“受益人群更大”是脑深部刺激未来发展的两个重要需求。从调控机制研究、智能调控策略、精准手术技术、新适应症推广应用以及术后定量远程康复、先进设备研发和系统综合管理7个方面所面临的科学问题、技术需求和重大突破进行总结和思考，探讨如何针对已有适应症来改善脑深部刺激的临床治疗效果，面向新适应症创新临床治疗方法，降低临床治疗成本，提高临床服务质量，优化医学效能，增强神经调控研究领域的核心竞争力。 2015 Vol. 34 (4): 455-463 [摘要] ( 340 ) HTML (1 KB)  PDF (2860 KB)  ( 1434 ) 464 虚拟手术训练系统中软组织切割模型的研究进展 程强强1,3刘小平1,2徐少平1* DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2015.04.011 虚拟手术仿真训练系统(VSSTS)较好地解决了传统临床医生培训方法中存在的培训周期长、成本高和训练对象匮乏等方面的问题，是一种经济有效的替代训练方式。人体软组织切割作为各类实际手术中最为常见和核心的手术操作类型，对其进行逼真的模拟一直是虚拟手术仿真系统研究中的难点和热点问题。在简要介绍软组织切割模型发展历程后，分别从基于网格和无网格两大建模体系对目前已提出的多种软组织切割模型进行介绍，分析并总结各种建模方法的优缺点及其在各类虚拟手术仿真系统中的具体应用实例。除此之外，针对近年来新提出的混合模型进行分析，并从仿真效果与计算速度角度对未来的发展方向进行展望。 2015 Vol. 34 (4): 464-474 [摘要] ( 538 ) HTML (1 KB)  PDF (12465 KB)  ( 169 ) 475 创伤环境巨噬细胞表型的时空相关性及其对生物材料 支架引导组织再生与修复的意义 郝绥绥   许海燕#* DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2015.04.012 炎症反应是机体对损伤和异物的正常应答，炎症的强度和持续时间影响生物材料在体内的相容性和稳定性。巨噬细胞是调控机体免疫和炎症反应的重要细胞，因此它对生物材料的响应性在认知材料-机体反应中有决定性作用。系统阐述巨噬细胞表型与机体创伤环境及对后期的修复和（或）再生、巨噬细胞表型与相关生物材料之间的相互作用，并对其未来发展方向进行评述。 2015 Vol. 34 (4): 475-480 [摘要] ( 280 ) HTML (1 KB)  PDF (755 KB)  ( 433 ) 481 低温保护剂渗透关节软骨研究进展 虞效益1     张绍志2      DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2015.04.013 玻璃化保存关节软骨具有临床治疗和科学研究的双重意义。如何在保证对软骨细胞造成的损伤最小的前提下，将足够多的低温保护剂载入软骨组织，是玻璃化保存关节软骨的关键环节之一，而低温保护剂渗透关节软骨的特性是指导设计低温保护剂加载处理过程的重要依据。从实验研究和数学建模两方面，系统评述低温保护剂渗透关节软骨的研究进展，指出现有研究存在的不足，并对今后低温保护剂渗透关节软骨的研究方向提出展望。 2015 Vol. 34 (4): 481-486 [摘要] ( 341 ) HTML (1 KB)  PDF (2198 KB)  ( 466 ) 487 基于眼动实验的显著目标检测图像库构建 高鑫     杨开富    尧德中# 李永杰* DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2015.04.014 构建一个合理的显著目标检测标准图像库，探讨图像分割对于显著目标检测的重要意义。首先以Berkeley的BSDS500图像库为基础，通过使用眼动仪记录10位被试观看图片时的眼动轨迹，并结合手工勾画的标准分割图像，构建了一个显著目标检测图像库（含500幅自然图像）。其次，基于gPb-UCM图像分割算法结果，同时引入中央偏置和图像边界先验作为后处理，建立了一个简单的显著目标检测方法。实验结果显示，与以往的二值显著目标图像库不同，本研究为多目标图像提供了每个目标的相对显著水平，可作为更为符合人类感知经验的显著目标检测参考图像。另外，研究发现，基于已有的图像分割算法，并结合简单的后处理就能有效地实现复杂图像中的显著性目标检测（和标准图像的相关系数为0.53），其效果接近现有最优算法的水平（相关系数为0.54），证明了图像分割在显著目标检测中的重要作用。 2015 Vol. 34 (4): 487-491 [摘要] ( 209 ) HTML (1 KB)  PDF (6457 KB)  ( 618 ) 492 基于多尺度特征提取的t检验方法分析fMRI数据 支联合1* 周文刚2    谭素敏3 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2015.04.015 采用基于多尺度特征提取的相关分析方法来分析fMRI数据性能优良，但需要已知实验响应信号的精确波形，因此适用范围受到限制。研究基于多尺度特征提取的t 检验新方法分析fMRI数据，以利用前者去噪彻底和后者不需要已知实验响应信号的特性，并用视觉fMRI组块型和事件相关型试验进行性能验证，且与基于多尺度特征提取的相关分析和目前权威的SPM8方法进行对比。分析结果显示，3种方法检测的激活区位置相同，但激活体素个数分别是2945、3811和1454。结果表明，由于综合了多尺度特征提取与t检验各自的优点，新方法的适用范围较基于多尺度特征提取的相关分析更广，分析性能较SPM8更好。 2015 Vol. 34 (4): 492-495 [摘要] ( 426 ) HTML (1 KB)  PDF (6009 KB)  ( 403 ) 496 前列腺癌磁共振电阻抗成像新方法 刘阳1     郭建炎2* DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2015.04.016 基于经肠道和尿道的体内电极方式，提出适用于人体深层、小体积前列腺癌诊断的磁共振电阻抗成像（MREEIT）新方法, 并通过仿真将该方法的成像结果与传统的体外电极MREIT方法进行对比。分别采用有限元方法及J-substitution算法，求解三维正问题和逆问题。仿真结果表明：在噪声存在的情况下，经肠道和尿道两种体内电极MREIT的成像效果均远优于体外电极方式；且在相同的噪声水平下，经尿道MREIT方式的成像效果更好。信噪比（SNR）为30且采用最佳电极配置方式时，经尿道和肠道体内电极MREIT得到的重构电导率与目标电导率之间的相对误差（RE）分别为10.32%和14.58%。研究提示，体内电极MREIT在前列腺癌诊断领域具有潜在应用价值。 2015 Vol. 34 (4): 496-500 [摘要] ( 342 ) HTML (1 KB)  PDF (5776 KB)  ( 349 ) 501 一种适用于生物反应器观察的生物显微镜设计 徐兵1       于源华2   &n DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2015.04.017 基于目前国内对“细胞工厂”生物反应器在使用过程中监测方法的局限性，为了在原位高效实时地监测细胞工厂中细胞的生长状况，提高疫苗等生物药物企业的生产效益，提出一种通过细胞工厂透明侧壁进行倾斜的对细胞观测的方法，并设计出用于监测细胞工厂中所培养细胞的卡塞格林反射式长工作距显微物镜；同时，针对该观测装置，设计了采用单神经元自适应PI控制算法的伺服控制系统。显微物镜放大倍率为5×，工作距离为85 mm，数值孔径NA为0.3，可分辨的最小距离为1.1 μm，伺服控制系统重复定位精度为5 μm，重复性能良好，自动观察一个40层细胞工厂仅需2 min。 2015 Vol. 34 (4): 501-506 [摘要] ( 169 ) HTML (1 KB)  PDF (6717 KB)  ( 746 ) 507 骨折愈合进程下髁突囊内骨折内固定的有限元分析 曲爱丽1，2 王冬梅1* 景捷3 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2015.04.018 为重建由于髁突囊内骨折引起的颞下颌关节结构的不连续，需选择合适的内固定方式，采用有限元方法将B型髁突骨折的四种固定方式置于骨折愈合进程中进行模拟，以获得最适宜的长效内固定方式。基于CT图像构建了下颌骨模型，在右侧髁突模拟骨折裂隙与微型钛板，加载边界条件获取有限元结果并分析受力、位移。考察术后当天及4、8、12周骨折愈合进程中4种固定方式即：一个直板、两个平行直板、一个直板+一个L板以及两个L板的力学行为，得出两平行平板的力学特性最好（采用最大等效应力比较，两平行平板的最大应力术后稳定在443 MPa，且其上应力变化平稳），一个直板+一个L板的稳定性最好（采用固定端与游离端的位移和转角作为度量标准，其最大相对位移0.045 mm，最大相对转角基本稳定在0.0378 度，为系统提供可靠的稳定性。临床可根据适应症选择双板固定治疗髁突囊内骨折，不建议采用单板固定，且双板固定考虑两平行直板或一个直板+一个L板。 2015 Vol. 34 (4): 507-512 [摘要] ( 272 ) HTML (1 KB)  PDF (1839 KB)  ( 394 )

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