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2017年 36卷 4期 刊出日期：2017-08-20 论著 综述 简讯        论著 385 基于正交匹配追踪及加速近端梯度的人体三维重建 汪亚明,翟俊鹏,莫燕,韩永华,蒋明峰 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2017.04.001 为提高人体三维结构的重建精度,针对重建过程中字典中原子的最佳选择和结构矩阵的优化问题,结合稀疏表示和低秩约束,提出一种正交匹配追踪追踪及加速近端梯度(OMP-APG)算法,以此为医学领域提供丰富的信息,以辅助医生快速精确地制定出治疗方案。首先,对特征点观测矩阵进行奇异值分解(SVD)分解,利用列文伯格-马夸尔特(LM)算法得到唯一确定的相机旋转矩阵;其次,利用稀疏表示中“最大化逼近”思想,通过正交匹配追踪算法对轨迹基系数进行求解,结合预定义的轨迹基求解出人体三维结构矩阵;最后,根据结构矩阵是一个低秩矩阵,将其秩优化问题转化为核范数最小化问题,利用加速近端梯度算法对人体结构矩阵进一步优化处理。将该算法与稀疏逼近算法进行比较,对伸懒腰、瑜伽、拾物、喝水和跳舞等5组不同的人体运动模型进行三维重建,通过其三维重建效果图和三维重建误差的结果显示,其重建精度更高且稳定性更好。在该算法下喝水运动的重建效果最佳,其1 102帧图像序列41个特征点的重建误差为0.030 3,而在稀疏算法下的重建误差为0.017 8。因此,该算法可以有效地提高人体三维结构的重建精度,为医学领域辅助治疗提供相应的技术支持。 2017 Vol. 36 (4): 385-393 [摘要] ( 530 ) HTML (1 KB)  PDF (1102 KB)  ( 651 ) 394 基于PET/CT形变配准技术对放疗前后靶区变化的评估 张路路,杨娟,黄浦,赵睿,马长升,尹勇,李登旺 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2017.04.002 PET图像提供的新陈代谢信息可用于判断放疗后肿瘤的复发区域,对于制订精确的放疗计划具有重要的临床意义。研究采用多分辨率形变配准的方法提取放疗前后CT图像的形变域,并将其作用于放疗前PET图像,与放疗后的PET图像相比较,通过设定图像中SUV 的阈值,判断勾画轮廓之间的重叠率,以获得图像中的高摄取区域,回顾性指导精确放疗。研究针对22例肺癌病例,实验结果显示放疗后残留的高代谢区域和放疗前GTV重叠较好:当阈值设定为SUVmax的70%、80%和90%时,对应的重叠率分别为(95.2±0.6)%、(96.6±3.4)%和100%;当阈值设定为SUV2.5和SUV5.0时,对应的重叠率为(86.0±6.6)%和(97.0±3.0)%。对氟代脱氧葡萄糖(FDG)高摄取区域的高重叠率表明病变区域在放疗前后的位置相对稳定,放疗后的残余肿瘤基本上位于放疗前靶区对FDG的摄取区域。初步实验结果证明,研究可用于判断靶区区域对放疗的反应,回顾性指导在放疗计划中,针对放疗后残余的靶区加大照射剂量,保护危及器官和组织,精确放疗。 2017 Vol. 36 (4): 394-400 [摘要] ( 476 ) HTML (1 KB)  PDF (948 KB)  ( 585 ) 401 基于超声弹性成像的女性盆底肌肉定量评估方法 黄帅,李灵,练莉,郭娟,陶子,朱超超,王慧芳,陆敏华 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2017.04.003 女性盆底功能障碍性疾病是中老年女性的常见疾病,现已成为威胁女性健康的5种常见慢性疾病之一。盆底支撑结构中,盆底肌肉群的支撑作用至关重要,因此盆底肌肉评估对于女性盆底功能障碍性疾病的诊疗具有重要的临床价值。提出一种无创客观的肌肉运动分析方法,基于经会阴超声检测手段,同步获取50例具有不同脱垂程度女性主动收缩肌肉时的超声视频数据及阴道内压数据,应用二维弹性成像算法追踪盆底肌位移场,提取特征点的位移曲线,对比分析能有效完成指定动作的37例不同脱垂程度患者的位移结果,发现提取接近耻骨处特征点的切向位移参数(MPu)与临床脱垂测量参数(LBP)具有相关性(r=-0.93),同时通过在指定的肌肉慢缩运动中的肌力维持时间均值和最大厚度均值对盆底肌的持续控制能力进行评估,结果与被试临床脱垂分级表现具有显著相关性。结果表明,这种方法可实现对盆底肌肉自身生物力学特性的客观定量评估,为临床脱垂诊断提供重要的参考价值。 2017 Vol. 36 (4): 401-409 [摘要] ( 526 ) HTML (1 KB)  PDF (1053 KB)  ( 1003 ) 410 基于叠加原理的合成稳态视觉诱发电位 高倩,王涛,詹长安 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2017.04.004 检验高刺激率诱发的稳态视觉诱发电位(SSVEP),可以被看作是低刺激率诱发的瞬态视觉诱发电位(tVEP)的线性叠加的科学假设。采用模式翻转视觉刺激,记录10名健康成年人在不同刺激率(4, 7.1, 7.7, 8.3, 9.1,10, 11.1, 12.5, 14.3, 16.7, 20, 25 rev/s)条件下的视觉诱发电位(VEP),然后用低刺激率(4 rev/s)诱发的tVEP及其经过幅值和相位调整后的波形,分别与刺激序列卷积合成对应高刺激率下的SSVEP,并采用Hotelling T2检验比较各tVEP模板条件下合成SSVEP与实际记录SSVEP波形之间的异同。结果显示,当使用常规记录的tVEP作为模板时,基于线性叠加原理合成的与实际记录的SSVEP在7.1~9.1 rev/s刺激率范围内不存在显著性差异(P>0.05),而在10~25 rev/s刺激率范围内存在统计学差异(P< 0.05),且两者之间误差随刺激率增加而增大;当对tVEP模板进行幅值和相位调整后,合成与实测SSVEP之间无统计学差异(P> 0.05),两者间的误差也显著下降,在被测刺激率范围内基本保持平稳。结果表明,不同刺激率下的瞬态诱发反应存在差异,稳态与瞬态诱发电位之间的线性叠加假设有赖于对各个刺激率下瞬态诱发电位的测定。 2017 Vol. 36 (4): 410-417 [摘要] ( 435 ) HTML (1 KB)  PDF (1233 KB)  ( 413 ) 418 基于深度卷积神经网络的帕金森步态识别 王金甲,刘青玉,陈浩 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2017.04.005 步态冻结(FOG)是晚期帕金森病患者最常见的症状,FOG的突然发作会造成患者的行走障碍。为患者佩戴FOG检测可穿戴设备助手是一种有效可行的治疗途径,当检测到FOG发作时,可穿戴设备助手为患者提供一段有节奏的听觉信号刺激患者恢复行走。针对FOG检测,提出一种系统式的特征学习方法。该方法采用一个基于深度学习的卷积神经网络,对原始输入信号自动地进行特征学习。采用监督式学习方法利用标签信息,使学习到的特征更具识别能力。在整个网络模型中,特征学习和分类互相加强使整个网络更加稳定,更具智能化。通过DAPHNet数据集进行验证,结果表明,该方法可以自动地进行特征学习并识别出步态冻结。与以往的阈值法实验结果相比,平均正确率提高到91.43%,灵敏性提高到85.58%,特异性提高到了93.63%。该方法可以在一定程度上代替人工干预,在处理频繁出现FOG症状的帕金森患者的治疗中具有重要意义。 2017 Vol. 36 (4): 418-425 [摘要] ( 1297 ) HTML (1 KB)  PDF (991 KB)  ( 1528 ) 426 不同激振位置对压电式人工中耳听力补偿性能的影响 张莹,刘后广,饶柱石,黄新生,杨建华,杨善国 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2017.04.006 研究不同激振位置对压电式人工中耳听力补偿性能的影响,确定压电式人工中耳最优激振位置。建立人耳有限元模型,并通过和相关实验数据进行对比验证模型的可靠性。基于该模型,分别在鼓膜脐部、砧骨体、砧骨长突和圆窗施加相同的位移驱动,通过检测镫骨足底板位移及基底膜的最大位移,分析这些位置的激振对人工中耳听力补偿性能的影响。结果表明,以镫骨足底板位移为评估标准会低估圆窗激振的高频听力补偿效果。砧骨长突激振下的基底膜特征位置处的运动位移大于激振鼓膜脐部及激振砧骨体时的位移值,其中激振砧骨体时的基底膜特征位置处运动位移最小;激振圆窗时的基底膜特征位置处运动位移在低频段小于激振其他位置时对应的位移值,但在中、高频段其激振效果最好。在频率低于400 Hz时,砧骨长突激励听力补偿效果最好,圆窗激励听力补偿效果最差。当频率大于1 kHz时,圆窗激励听力补偿效果比其他位置好。以传统的镫骨足底板响应为评估标准,将低估圆窗激振式人工中耳的听力补偿效果。 2017 Vol. 36 (4): 426-433 [摘要] ( 527 ) HTML (1 KB)  PDF (1075 KB)  ( 777 ) 434 一种快速精确的瞳孔和角膜反射光斑中心定位算法的研究 余罗,刘洪英,许帅,蔡金芷,皮喜田 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2017.04.007 眼动追踪系统在临床医学中有着重要应用,为提高系统中眼图特征值的识别率,创新性地提出一种双层过滤的瞳孔中心和角膜反射光斑中心的定位算法。瞳孔中心定位算法首先对获取的眼睛图像二值化处理,然后以100～300为阈值设定轮廓点数,进行第一次瞳孔过滤,最后用最小二乘法椭圆拟合瞳孔轮廓,并将最接近圆的轮廓作为瞳孔轮廓,继而得到瞳孔中心。在此基础上,进一步对瞳孔中心一定范围内的眼图进行边缘检测,求其轮廓,并找出轮廓的外接矩形中心,然后以瞳孔中心为基点进行坐标转换,最终求出角膜反射光斑中心。算法在一定程度上缩小图像处理的区域,提高实时性和反射光斑的识别率。实验结果表明,所设计的算法能够实时地对不同情况下的瞳孔和角膜反射光斑中心进行准确定位,瞳孔-角膜反射向量坐标最大均方差低于0.74像素,平均误差低于0.53像素。算法运行速度达到12.8 ms/帧。算法满足精确性的同时具有很强的鲁棒性,为后续眼动设备的开发提供重要的参考价值。 2017 Vol. 36 (4): 434-441 [摘要] ( 558 ) HTML (1 KB)  PDF (998 KB)  ( 1218 ) 442 微流体装置线性去除猪MII期卵母细胞冷冻保护剂的实验研究 周新丽,杨云,戴建军,张德福,邵文琪,衣星越,陶乐仁 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2017.04.008 低温保存后的卵母细胞在使用前必须要去除冷冻保护剂,目前常用的分步法去除步骤繁琐,容易丢失细胞,而且会对细胞造成致命的渗透损伤。为减小细胞渗透损伤,设计制作适合卵母细胞保护剂去除的微流体装置,研究微流控线性法去除猪MII期卵母细胞低温保护剂时在不同时间(6、8、10 min)下卵母细胞的体积变化,以及对卵母细胞存活率与发育率的影响;并与传统的去除方法(一步法和分步法)进行比较。结果表明,采用微流体装置线性去除冷冻保护剂,8 min为实验中的最优去除时间;线性法能够明显减小细胞的渗透损伤,其最大归一化渗透膨胀体积为1.12±0.07,卵母细胞的存活率、卵裂率及囊胚率分别达到83.6%、72.4%、21.5%,均显著高于一步法和分步法(P<0.05)。因此,微流控线性去除冷冻保护剂能够显著减小细胞的渗透损伤,为卵母细胞低温保存技术提供新思路。 2017 Vol. 36 (4): 442-448 [摘要] ( 370 ) HTML (1 KB)  PDF (870 KB)  ( 344 ) 449 高频率微波信号对微波消融效果影响的仿真研究 吴曦,刘宝林,徐彬凯 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2017.04.009 生物体的介电常数能反映其对微波频率的响应程度,相同微波频率下,不同生物组织的介电常数存在差异,在不同频率的微波消融过程中,微波对消融对象的材料选择性也存在差异性。参照乳腺癌结构建立肿瘤、脂肪相接的生物模型,对比研究高频率微波(6、12、18 GHz)和传统微波(915、2 450 MHz)的消融特性,讨论高频率微波信号在微波消融领域应用的可行性。模拟结果显示,当消融时间达到600 s时,微波频率为12 GHz对正常组织损伤最少,相比正常组织误杀范围最大的2 450 MHz小61.6%;当肿瘤区域达到100%消融时,微波频率为6 GHz对正常组织损伤最少,相比正常组织误杀范围最大的2 450 MHz小71.4%;当肿瘤边缘温度达到52℃时,微波频率为18 GHz时肿瘤边缘两侧温差最大,6 mm区域内最大温差达111.2℃,相同区域内2 450 MHz温差仅为40.1℃。模拟结果表明,高频率微波对介电常数较高的肿瘤组织材料选择性较强,相对于传统的915和2 450 MHz的微波消融,高频率微波具有对周围正常组织的损伤低、消融范围集中的优点。 2017 Vol. 36 (4): 449-455 [摘要] ( 489 ) HTML (1 KB)  PDF (1016 KB)  ( 503 ) 456 有限元分析颈椎棘突骨折内固定有效性 沈彦,王朝阳,吴荣,陈博 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2017.04.010 通过对颈椎棘突骨折(累及椎板)内固定治疗有限元模型的建立和分析,明确此种治疗方式对颈椎棘突骨折的有效性。先建立正常全颈椎(C0-T1)的有限元模型并与文献报告进行对比验证,模型验证后,在正常模型基础上建立颈椎棘突骨折(累及椎板)模型,并模拟直型接骨板行内固定治疗,测量并比较颈椎棘突骨折模型及手术内固定模型和原始正常模型在前屈、后伸、左右侧弯、左右旋转6种条件下活动度改变。以及颈椎各结构的应力变化。结果表明,在正常模型上结合临床病例建立的颈椎棘突骨折(累及椎板)外观逼真,生物力学相似度良好。骨折模型部分节段,主要为C7-T1的活动度(前屈+后伸9.20°,左右侧弯5.83°,左右旋转13.12°)较正常模型(前屈+后伸7.11°,左右侧弯4.92°,左右旋转 9.59°)增大,尤其是旋转活动度,模拟植入内固定后稳定性增加(前屈+后伸4.07°,左右侧弯2.21°,左右旋转2.91°),且内固定钢板应力分析提示,承受最大应力值在安全范围。颈椎棘突骨折(累及椎板)及内固定模型可以较好地模拟临床实际病例,通过有限元分析预示,此型骨折存在潜在不稳的可能性,探讨微型棘突钢板在骨折手术治疗中的应用,具有一定的临床参考价值。 2017 Vol. 36 (4): 456-463 [摘要] ( 449 ) HTML (1 KB)  PDF (1496 KB)  ( 604 ) 464 碳纳米管对树突状细胞成熟和T细胞分化作用研究 代亚丽,聂欣,刘健,孟洁,许海燕 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2017.04.011 Th分化在免疫应答过程中起着关键性的作用,主要由树突状细胞来调控。碳纳米管是由碳元素组成的空心管状纳米材料,可作为抗原载体。碳纳米管对树突状细胞和Th分化的影响是决定其免疫响应的关键因素。分析氧化多壁碳纳米管(CNT)对小鼠骨髓来源的树突状细胞(BMDCs)功能的影响,以及对过敏抗原多肽OVA323-339的 Th1和Th2免疫反应的影响。实验结果显示,BMDCs大量吞噬CNT,但对其细胞表面活化标志分子CD86、MHCII以及细胞因子TNF-α表达没有明显变化。CNT/抗原复合物可促进BMDCs表面MHCII的表达和CD8+T细胞增殖,增殖细胞的比例由28.7%分别增加到40.6%、41.3%和29.6%。Th2型细胞因子IL-4、IL-13和IL-10的表达和CD4+T的增殖受到抑制,增殖细胞的比例由54.4%减少到38.9%、46.6%和39.8%。研究结果提示,CNT不影响DCs的成熟和活化,但CNT可以影响过敏抗原的Th分化平衡,可抑制Th2型细胞因子的表达,促进Th1型免疫响应。 2017 Vol. 36 (4): 464-469 [摘要] ( 399 ) HTML (1 KB)  PDF (970 KB)  ( 454 )        综述 470 指纹识别技术发展现状 顾陈磊,刘宇航,聂泽东,李景振,王磊 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2017.04.012 利用生物特征进行身份识别已成为目前信息安全领域的研究热点,指纹识别技术随着计算机图形学技术的飞速发展已取得巨大的进步。对近20年来指纹识别技术的发展状况进行综述,重点介绍指纹图像的采集、图像的增强、特征提取及匹配、图像的存储与数据库应用等指纹识别中的关键技术,阐述这些关键技术的实现原理,并分析不同技术方法的优缺点。 2017 Vol. 36 (4): 470-482 [摘要] ( 1198 ) HTML (1 KB)  PDF (1340 KB)  ( 1950 ) 483 纳米沉淀法及其在纳米药物载体领域的应用研究进展 李艳,罗成,周婕 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2017.04.013 纳米材料在生物医学领域具有广泛的应用。纳米沉淀法通过控制溶质溶液与非溶剂的混合制备纳米颗粒,反应快速,适用于多种纳米颗粒的制备。近年来纳米沉淀法领域已取得大量研究进展,基于混合器的Flash纳米沉淀技术以及基于水动力聚焦的微流控纳米沉淀技术的出现,提高混合效率和对反应条件的控制性,为高质量纳米颗粒的规模化制备提供条件。纳米沉淀法被广泛用于各种纳米颗粒以及药物载体(姜黄素、紫杉醇、阿霉素、喜树碱、顺铂、青霉素等)的制备,对其近年来的研究进展进行总结归纳。 2017 Vol. 36 (4): 483-489 [摘要] ( 1164 ) HTML (1 KB)  PDF (835 KB)  ( 2522 ) 490 胰岛移植高分子生物材料支架研究进展 廖世波,黄淑玉,奚廷斐,吴敏,邹毅,李玲,朱钊 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2017.04.014 肝脏可能不是胰岛移植最理想的环境,肝内胰岛移植相关的问题阻碍其广泛应用。体内许多部位都曾被尝试用来作为胰岛移植的替代位点,但到目前为止还没有找到一个最适宜胰岛移植的部位。开发生物工程材料支架用于肝外胰岛移植可能是一种理想的选择。概述近3年胰岛移植高分子生物材料支架的研究现状,包括天然高分子材料支架、人工高分子材料支架、人工-天然复合材料支架、全器官脱细胞支架和3D生物打印支架,最后对其前景进行展望。 2017 Vol. 36 (4): 490-496 [摘要] ( 504 ) HTML (1 KB)  PDF (833 KB)  ( 636 )        简讯 497 基于Android平台的无创血压连续监测系统* 游玲,郑瑞杰,季忠 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2017.04.015 血压是反映心脏和血管功能状况的重要参数,无创、准确的血压连续监测便携式系统能提高血压监测的舒适性与便捷性,从而有助于心血管疾病的预防和诊断。根据血压连续监测需求,设计一套基于Android平台的无创血压连续监测系统。该系统由前端信号采集系统和手机端App构成,可实现心电、脉搏信号的同步采集。用手机端App实时绘制两路波形,计算出脉搏波传导时间PWTT和脉搏波波形特征量K,建立血压回归模型,计算血压值,并对血压的变化进行图表分析。实验结果表明,所设计的无创血压监测系统测量的血压绝对误差均小于8 mmHg,标准误差小于5 mmHg,App界面简单易操作,用户通过随身携带的手机就能随时查看自己身体健康状况变化,达到预防高血压疾病和及时问医的目的。 2017 Vol. 36 (4): 497-501 [摘要] ( 594 ) HTML (1 KB)  PDF (877 KB)  ( 898 ) 502 经颅磁声刺激作用下耦合神经元的去同步研究 袁毅,孙红宝,陈玉东,庞娜,李小俚 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2017.04.016 基于全同HR神经元的耦合系统模型,应用Simulink平台建立系统仿真模型,研究经颅磁声刺激对神经元同步活动的影响。通过分析不同参数下的经颅磁声刺激对神经元去同步的作用效果,发现适当参数下的外加磁声刺激可以有效减弱神经元的同步性。仿真结果表明:超声强度为0.7~0.8 W/cm2时,去同步指数Q值变为0.041 7,耦合神经元出现去同步现象,从1.3~3.0 W/cm2逐渐增大时,耦合神经元去同步指数Q值由0.041 7逐渐增大到0.625,神经元的放电模式发生了改变。调制超声波的占空比从40~70%变化时,去同步指数Q值变为0.041 7,耦合神经元的去同步对经颅磁声刺激具有敏感性;当调制超声波的周期从170~180 ms变化时,去同步指数Q值变为0.041 7,耦合神经元呈现去同步状态。研究结果揭示出经颅磁声刺激对耦合神经元去同步的作用规律,有助于探索经颅磁声刺激对神经精神类疾病治疗和康复的机理。 2017 Vol. 36 (4): 502-506 [摘要] ( 397 ) HTML (1 KB)  PDF (930 KB)  ( 437 ) 507 维医沙疗下股动脉双向流固耦合血流动力学数值模拟 布热比·依明,富荣昌,阿达依·谢尔亚孜旦,迪丽娜尔·马合木提 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2017.04.017 研究室内维医沙疗对人体供血量和动脉粥样硬化的影响。应用基于CT 图像的三维模型重构技术,构建股动脉流固耦合模型;使用双向流固耦合(FSI)方法,分别对维医沙疗前后的血液流动情况进行血流动力学模拟。通过比较两者的速度矢量、壁面压强及von-Mises等效应力,讨论维医沙疗对动脉粥样硬化、人体供血量以及缺血性脑卒中发生的影响。结果表明:维医沙疗后流场特征时刻的最大血流速度分别增大16.78%、24.14%、29.03%,von-Mises等效应力分别增大64.4%、69.76%、74.14%。维医沙疗可以增加血流量,改善人体供血能力,对预防动脉内血小板的沉积以及缺血性脑卒中发生起积极作用;维医沙疗后von-Mises等效应力明显增加,会加大股动脉粥样硬化斑块破裂的可能性,患者进行维医沙疗时需要慎重。 2017 Vol. 36 (4): 507-511 [摘要] ( 478 ) HTML (1 KB)  PDF (989 KB)  ( 505 )

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