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2018年 37卷 6期 刊出日期：2018-12-20 论著 综述 简讯 目录 索引        目录 640 目录 2018 Vol. 37 (6): 640-640 [摘要] ( 162 ) HTML (1 KB)  PDF (272 KB)  ( 72 )        论著 641 基于联合决策卷积神经网络的光学相干断层扫描图像自动分类 王翀, 何兴鑫, 方乐缘, 郭斯羽, 陈向东, 聂辅娇 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2018.06.001 光学相干断层扫描(OCT)技术能实现视网膜的高分辨率三维层析成像,对视网膜疾病类型的诊断和发展阶段的分析具有至关重要的作用。临床基于 OCT 图像的视网膜疾病诊断主要依靠眼科医生对图像中病变结构的分析,这一人工分析过程不仅耗时而且易产生主观的误判。研究视网膜疾病的自动分析和诊断技术将极大减轻眼科医生的工作量,是实现高效诊疗的有效途径。针对视网膜OCT图像自动分类,构建一种联合决策的卷积神经网络分类模型。该模型利用卷积神经网络从原始输入OCT图像中自动地学习不同层级的特征,同时在网络多个卷积层上设计多个决策层,这些决策层能够根据网络中不同尺度的特征图分别对OCT图像分类,最后模型融合所有决策层的分类结果做出最终决策。在Duke数据集(3 231张OCT图像)上的实验结果表明,基于多层级特征联合决策的卷积神经网络分类模型对正常视网膜、视网膜年龄相关性黄斑变性和视网膜黄斑水肿的平均识别准确率达到94.5%,灵敏性达到90.5%,特异性达到95.8%。在HUCM数据集(4 322张OCT图像)上的实验结果表明,基于多层级特征联合决策的卷积神经网络分类模型的平均识别准确率达到89.6%,灵敏性达到88.8%,特异性达到90.8%。充分利用卷积神经网络中丰富的多层级特征,能够有效地对视网膜OCT图像实现准确的分类,为临床上视网膜疾病的辅助诊断提供技术支撑。 2018 Vol. 37 (6): 641-648 [摘要] ( 458 ) HTML (1 KB)  PDF (7313 KB)  ( 248 ) 649 基于局部图动态匹配的植物细胞追踪算法研究 钱伟丽, 刘敏, 李洁沁, 刘小燕 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2018.06.002 植物细胞追踪算法的研究对建立细胞的生长发育模型并探索其基因的结构和功能至关重要。由于植物细胞拥有相似的形状和灰度分布,在空间上具有紧密相连的特殊结构,且在成像过程中存在严重的噪声干扰,细胞图像可能发生错位或者旋转,给植物细胞的追踪带来了巨大挑战。针对以上难点,提出一种基于局部图动态匹配的细胞追踪方法,细胞面积、相邻细胞之间的夹角与距离被用作匹配的基本特征。通过计算相邻两帧细胞图像中细胞上述特征的距离函数,寻找最相似的细胞对作为种子细胞对,然后通过种子细胞逐步匹配其邻域细胞。在细胞逐步匹配过程中,已匹配的细胞将作为新增加的种子细胞。在动态扩张的已匹配细胞邻域范围中,每次优先匹配特征距离最小的细胞对,通过这种动态匹配方法提高细胞匹配的准确率。算法对3组未配准植物顶端分生组织细胞图像序列及它们的配准图像序列进行追踪实验,结果显示与之前的植物细胞追踪算法相比,在配准图像序列中平均追踪准确率可提高4%,在未配准图像序列中平均追踪准确率可提高30%。实验结果表明,所提出的算法可有效提高细胞追踪的准确率,对显微图像数据中细胞群的追踪具有很好的应用价值。 2018 Vol. 37 (6): 649-656 [摘要] ( 440 ) HTML (1 KB)  PDF (14142 KB)  ( 72 ) 657 基于卷积神经网络的P300事件相关电位分类识别 丑远婷, 邱天爽, 钟明军 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2018.06.003 针对脑机接口系统中P300电位识别正确率不高的问题,提出一种基于改进卷积神经网络的P300事件相关电位分类识别方法。通过将传统卷积神经网络中第二个串行连接的卷积层改为3个并行连接的卷积层,可加大网络宽度,提升网络对P300信号特征提取的能力;将提取的特征经全互连层组合后,采用sigmoid函数构建P300事件相关电位分类器。针对脑机接口竞赛数据中靶刺激与非靶刺激数据量不平衡的问题,采用过抽样方式,对含有P300事件相关电位的脑电数据做部分平均来增加数据量,其训练集和测试集样本量分别为25 500和18 000。采用Adam优化方法,有监督地训练这种改进的卷积神经网络。结果表明,相比传统的卷积神经网络,该方法在实验次数大于11次时,字符识别正确率均高于95%,这对于脑机接口的应用具有重要的意义。 2018 Vol. 37 (6): 657-664 [摘要] ( 573 ) HTML (1 KB)  PDF (1953 KB)  ( 578 ) 665 利用整体经验模态分解和随机森林的脑电信号分类研究 秦喜文, 吕思奇, 李巧玲 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2018.06.004 癫痫脑电信号的自动监测与分类在临床医学上具有重要意义。针对脑电信号的非平稳特点,提出一种基于整体经验模态分解和随机森林相结合的脑电信号分类方法。选取波恩大学脑电信号数据集中癫痫发作间期和发作期的200个单通道信号,共819 400个数据作为样本。首先利用整体模态分解将癫痫脑电信号分解成多个固有模态函数,然后对各阶固有模态函数提取有效特征,最后分别用随机森林和最小二乘支持向量机对脑电信号的特征进行分类。将随机森林与最小二乘支持向量机分类正确识别率对比,结果表明,随机森林分类方法对发作期和发作间期的癫痫脑电信号的分类效果比较理想,识别精度为99.60％,高于最小二乘支持向量机的准确性。该方法的提出能有效提高临床癫痫脑电信号分析的效率。 2018 Vol. 37 (6): 665-672 [摘要] ( 381 ) HTML (1 KB)  PDF (1168 KB)  ( 496 ) 673 基于自回归模型表面肌电信号检测肌肉疲劳研究 杨铮, 王立玲, 马东 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2018.05.005 针对表面肌电信号的非平稳特性,采用自回归模型对表面肌电信号进行分析,对短时间内的表面肌电信号肌肉疲劳迅速做出判定。应用非平稳时间序列的时变系统建模方法对10例受试者疲劳前、疲劳后表面肌电信号进行特征提取。建立时变参数自回归模型,通过引入Legendre基函数将线性非平稳过程参数辨识转化为线性时不变系统参数辨识,结合相关指数可以获得时变系统参数估计的最优Legendre基函数维数,进而可以获得最佳模型拟合效果,并采用最小二乘法解出时不变参数。用疲劳前、后的自回归模型的第一个时变参数(ARC1)的变化率作为检测肌肉疲劳敏感性指标,并采用双尾t检验,分别与平均功率频率(MPF)和中值频率(MF)的变化率进行统计学对比分析。结果表明, ARC1、MPF和MF疲劳前后的变化率分别为34.33%±2.41%、25.68%±2.03%、22.80%±2.19%,且ACR1的变化率分别显著高于MPF和MF(P<0.05).所提出的方法通过表面肌电信号对肌肉疲劳检测时,具有时间短和敏感性高等优点,可用于在线实时分析肌肉疲劳程度,为肢肌肉劳损的评估、康复治疗及人体工效学的研究提供一个潜在的分析工具。 2018 Vol. 37 (6): 673-679 [摘要] ( 365 ) HTML (1 KB)  PDF (2396 KB)  ( 788 ) 680 基于平滑最小方差无失真响应的一致性同步算法研究 顾广华, 崔冬, 王娟, 齐顺爱, 李小俚 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2018.06.006 脑电信号一致性反映双通道信号在一定频率范围上波动形式的一致程度,反映相应位点大脑之间的联络性。将基于最小方差无失真响应的一致性算法与核滤波相结合,提出平滑最小方差无失真响应一致性算法(SMVDR);仿真实验表明,SMVDR在窄带信号和宽带信号中均有较好的准确性和抗噪性能。利用新算法SMVDR,对31例糖尿病患者(遗忘型轻度认知障碍aMCI组18人,认知功能正常对照组13 人)的脑电信号在大脑不同区域、不同频带(δ,θ,α,β)进行一致性分析,统计分析发现:aMCI组在左右颞间δ频段的一致性下降而β频段一致性增加,前额枕区的θ频段的一致性增加,右颞枕区和前额右颞区域的α频段一致性下降。一致性值与MOCA得分的相关性分析发现,在特征通道下δ和α频段的一致性与MOCA得分存在显著的正相关,θ和β频段一致性与MOCA分数呈负相关。SMVDR算法可以更好地计算双通道脑电信号之间的一致程度,对于理解老年期轻度认知障碍的患病机制并进行早期诊断与干预具有重要的意义。 2018 Vol. 37 (6): 680-687 [摘要] ( 414 ) HTML (1 KB)  PDF (1160 KB)  ( 261 ) 688 人体正常与肿瘤甲状腺组织10 Hz~100 MHz间介电特性的对比研究 史学涛, 周怡敏, 季振宇, 蔡占秀, 尤富生, 付峰, 董秀珍 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2018.06.007 研究人体正常与甲状腺肿瘤组织介电特性,确定各组织介电参数间的差异,为基于介电特性的病变组织快速鉴别提供依据。采用标准化生物组织介电特性测量平台,离体测量135例甲状腺组织在10 Hz~100 MHz频段内的介电特性。依据病理学检测结果对样本进行分组,并对其介电特性进行建模分析,确定各组织在介电特性方面的差异。样品共分为正常(95例)、恶性肿瘤(19例)和良性肿瘤(21例)三组。这些组织的电导率均随频率升高而增大,且在测量频段内存在α、β两个频散区间。通过建模分析获得各组织的介电特性特征参数ρ∞(Ω·cm)、ρ0(Ω·cm)、fcα(kHz)、δα、fcβ(MHz)和δβ:正常组织分别为54.8±27.5、385.6±3.3、40.3±10.9、0.61±0.04、97.7±1.7和0.48±0.05;良性肿瘤组织分别为118.3±8.5、418.1±84.5、26.3±13.1、0.62±0.04、3.5±0.8和0.56±0.06;恶性肿瘤组织分别为67.7±5.1、592.9±73.3、10.2±2.6、0.66±0.06、6.37±4.1和0.36±0.07。对这些参数的统计结果表明正常,与恶性肿瘤(ρ0、fcα、fcβ和δβ)、正常与良性肿瘤(ρ∞、fcα和δβ)、良性与恶性肿瘤(ρ∞、ρ0、fcα、fcβ和δβ)存在显著性差异。组织的介电特性能够在一定程度上反应其微观结构的变化。甲状腺组织的介电特性与组织的性质、组织的微观形态之间具有一定的相关性,有望为甲状腺病变组织的快速区分与鉴别提供数据支持。 2018 Vol. 37 (6): 688-693 [摘要] ( 316 ) HTML (1 KB)  PDF (3256 KB)  ( 274 ) 694 支持力反馈的个性化膝关节置换虚拟手术仿真系统的研究与构建 王春娟, 刘非, 张维杰, 马建兵, 姚舒馨, 肖琳, 程咏华, 徐显辉, 连芩, 王琦, 张明娇 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2018.06.008 应用传统外科手术培训模式发展的医师队伍无法满足当前日益激增的膝关节病患就医需求,研究构建一套基于虚拟现实和力反馈技术的个性化膝关节置换手术仿真系统。采用医学影像三维重构技术创建膝关节解剖组织几何模型,应用正向CAD参数化建模技术建立手术器械的几何模型,研究三角网格体素化算法,并基于此生成组织和器械的物理体素模型;通过设备接口和虚拟代理点的坐标匹配映射建立手术器械的力触觉模型,AABB包围盒层次树作为碰撞检测模型,空间重叠相交模拟组织的切割变形,基于单点约束的力触觉渲染方法建立组织和器械的虚拟操作过程;以力反馈设备Phantom Omni和计算机为硬件平台,基于触觉引擎CHAI 3D和OpenGL等软件接口,开发构建虚拟膝关节置换手术仿真系统;将专业医学人员体验系统后实际手术操作训练时间与对照组的作比较,并采用问卷调查的形式对系统作出等级评估。结果表明,仿真系统可实现个性化膝关节置换手术沿规划路径钻孔和截骨操作的组织形变和力触觉反馈的仿真模拟,并且系统仿真的实时性能良好,视触觉刷新频率维持在60~1 000 Hz左右;统计结果显示,两组成员的实际手术操作时间存在显著性统计学差异(P< 0.04),问卷结果皆在平均优良水平(8分)之上(P＜0.05)。仿真系统为个性化膝关节置换手术提供一种安全、可靠、有效的医学培训和术前演练方式。 2018 Vol. 37 (6): 694-704 [摘要] ( 370 ) HTML (1 KB)  PDF (8510 KB)  ( 181 ) 705 采用牺牲层技术的电容式微机械超声传感器的仿真与分析 郭庆, 李妍, 高尚, 张培玉 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2018.06.009 电容式超声传感器有可能取代压电式超声传感器,在超声成像领域受到极大的关注。目前,对采用牺牲层释放技术加工而成的电容式微机械超声传感器(CMUT)的分析,均较少将释放工艺对其结构参数的影响进行详细的分析,故拟将牺牲层释放工艺对CMUT参数的影响进行分析。采用大型工程有限元分析软件ANSYS进行有限元分析的方法,分析释放方法对CMUT性能的影响。采用激光测振仪对超声传感器的共振频率为2.5 MHz的结构进行初步测试,实验结果和仿真结果的误差为3.9%。由仿真分析可知,CMUT振动膜的长宽比对4种CMUT的分析误差变动较大,一般情况下,当振动薄膜的长宽比大于4时,CMUT的振动频率变化不大,且4种模型的相对误差变化趋于平缓。此外,CMUT薄膜的厚度越薄,百分比差异越小。由此得知,牺牲层释放工艺对CMUT的性能有较大的影响,CMUT中支撑振动薄膜的侧墙和牺牲层的释放孔及释放通道对模型仿真有较大的影响。对采用牺牲层技术制造的CMUT,在设计和构建CMUT结构时,应考虑牺牲层释放工艺对CMUT性能的影响。实验结果和仿真结果具有很好的一致性,验证所提模型的有效性。 2018 Vol. 37 (6): 705-713 [摘要] ( 312 ) HTML (1 KB)  PDF (6941 KB)  ( 194 ) 714 基于粒子群算法与反向传播神经网络的呼吸运动预测研究 常盼春, 杨济民, 杨娟, 游涛 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2018.06.010 在放射治疗过程中,呼吸运动会造成某些器官组织如肺、肝的靶区发生变化,从而降低放疗的效果,并且加大对正常组织器官的伤害。因此,在放疗过程中对靶区进行呼吸运动的实时估计是一项非常必要的工作。由于具备较好的非线性拟合能力,优化反向传播神经网络(BP-NN)已经被广泛应用于呼吸的预测,然而BP-NN容易陷入局部最优值。提出一种应用粒子群算法(PSO)优化BP-NN的方法减少陷入局部最优值的机率,提高呼吸运动预测的精度。首先,应用PSO算法寻找神经网络的最佳初始权值与阈值;然后,应用最优的初始权值与阈值建立神经网络(PSO-NN);最后,利用建立的PSO-NN网络进行呼吸预测。结果表明,11组肺癌病人呼吸运动预测实验对比结果表明,此算法(PSO-NN)相比单纯应用BP-NN算法的平均绝对误差由0.24减少到0.18(25%),互相关系数由0.82提高到0.86。所提出的算法可以有效地减少BP-NN陷入局部最优值的机率,提高预测的精度。 2018 Vol. 37 (6): 714-719 [摘要] ( 344 ) HTML (1 KB)  PDF (1090 KB)  ( 303 ) 720 可吸收支架生物力学性能分析 祁勇翔, 罗雷, 管质旭, 唐乃杰, 聂芳芳, 霍勇 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2018.05.011 分析和评估可降解支架在加工和临床使用时的生物力学性能。基于有限元方法,建立六面体网格模型,假设支架和模拟血管为各向同性的不可压缩材料,分别赋予弹塑性和超弹性本构模型,根据加工和临床情况施加边界条件和接触条件,使用有限元软件ABAQUS的隐式求解器,模拟3种规格支架B-2508、B-3018和B-3528在压握、扩张、后扩张和疲劳工况下的表现。结果表明,压握时,这3种支架的应力峰值分别为55.47、55.47 和50.51 MPa;扩张时,这3种支架的应力峰值分别为64.10、66.09和66.25 MPa;后扩张时,这3种支架的应力峰值为66.10、65.85和67.85 MPa。在疲劳图中,B-2508和B-3018的平均应力交变应力坐标均位于疲劳临界线1以下,而B-3528中少数节点的坐标位于疲劳临界线1以上。总的来说,压握安全性方面,B-3528最优;扩张安全性方面,B-2508最优;疲劳安全性方面,B-3018最优。研究结果对可吸收支架提供一种准确的生物力学性能模拟分析方法,为可吸收支架类的产品开发和临床精确操作提供理论指导。 2018 Vol. 37 (6): 720-730 [摘要] ( 362 ) HTML (1 KB)  PDF (14679 KB)  ( 166 ) 731 基于同轴流技术的肝组织生物3D打印研究 杜显彬, 徐铭恩, 王玲, 周永勇 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2018.06.012 生物三维打印为医疗领域提供全新的技术可能,可广泛应用于制造人工组织和器官。人工组织的功能和尺寸大小受限于组织的血管化,可利用同轴流挤出系统制造封装肝细胞的中空细丝,结合生物3D打印系统,叠层制造含微通道网络的肝组织。首先搭建集成化的同轴流生物3D打印系统,研究材料挤出速率、材料浓度等参数对中空细丝尺寸及出丝速度的影响;然后以肝细胞株C3A为材料,打印含多层管网机构的仿生肝组织;最后,对含微通道的肝组织进行分组培养,利用细胞活死染色法检测第24、48、72 h肝细胞在灌流组和非灌流组中的细胞存活率。实验表明,同轴流3D打印的组织,中空细丝之间有效融合,支架内部的立体微通道网络完整;打印过程对肝细胞损伤较小,中空细丝中的肝细胞存活率达90%以上;灌流组和非灌流组在培养72 h后,细胞存活率有显著的差异,证明对微通道灌流可以促进组织内部的物质交换,提高微通道周围肝细胞的存活率。研究提出打印方法和灌流系统,为人工组织的血管化以及培养方式提供全新的思路。 2018 Vol. 37 (6): 731-738 [摘要] ( 318 ) HTML (1 KB)  PDF (11830 KB)  ( 109 )        综述 739 肺部CT图像气管树分割技术研究进展 段辉宏, 龚敬, 王丽嘉, 李鑫宇, 聂生东 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2018.06.013 肺部气管是人体与外界进行气体交换的唯一通路;其解剖结构信息可用于诊断呼吸系统疾病。计算机断层扫描技术(CT)是检测呼吸系统疾病的主要手段,但因就诊人数多、图像数据量大等因素;导致人工阅片费时费力。而肺部气管树的自动提取与分割;是实现自动化定量分析与呼吸系统疾病辅助诊断的前提。首先对肺部气管树分割技术的背景及意义进行介绍;然后分析对比传统分割技术、基于管状结构检测的分割技术以及基于机器学习的分割技术所运用的研究方法和存在的问题。最后指出提高肺部气管树分割效果;依赖于将气管分割技术与泄漏剔除技术相互结合;需要在尽可能分割出多数气管树分枝的基础上;消除分割结果中存在的伪气管区域。 2018 Vol. 37 (6): 739-748 [摘要] ( 520 ) HTML (1 KB)  PDF (4376 KB)  ( 587 ) 749 脑-机接口操控效果差异及其预测研究综述 郑玉甫, 许敏鹏, 明东 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2018.06.014 近年来,脑机接口(BCI)技术得到广泛关注并取得显著进展。然而,脑控效果差异已成为脑机接口发展面临的重要挑战之一,即被试间差异以及被试内差异严重降低BCI系统的可靠性。为创建更稳定的系统,理解这些问题出现的原因是至关重要的,而预测大脑BCI操控效果有望解决控制表现差异问题。其中被试水平的预测能够实现对BCI盲筛选,并有望帮助消除被试间差异;而试次水平的预测有望改善用户的整体控制效果。回顾近年来预测BCI操控效果的研究,详细阐述BCI盲以及引起BCI表现差异的原因,最后就大脑BCI操控能力预测研究现状进行论述,并对其研究前景进行展望。 2018 Vol. 37 (6): 749-755 [摘要] ( 343 ) HTML (1 KB)  PDF (789 KB)  ( 513 ) 756 羟基磷灰石表面蛋白质吸附的研究进展 付亚康, 张科宏, 翁杰, 刘耀文 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2018.06.015 综述近30年关于羟基磷灰石(HAP)表面蛋白质吸附研究的主要工作,包括吸附的机制、影响因素及与之相关的应用研究。HAP表面蛋白质吸附的机制主要包括静电引力、氢键和范德华力,影响因素包括HAP的暴露晶面、比表面积、吸附环境中PO43-和Ca2+的浓度、pH和温度等因素。最后介绍HAP表面蛋白质吸附在药物缓释载体及骨组织工程支架领域的应用研究,为探索HAP的生物活性及特殊吸附功能的设计提供全面、准确的借鉴。 2018 Vol. 37 (6): 756-764 [摘要] ( 627 ) HTML (1 KB)  PDF (3596 KB)  ( 667 )        简讯 765 不同孔径微孔滤膜富集肿瘤细胞的方法 赵霄, 刘文娟, 李磊, 杨水青, 余春红, 崔宁轩, 王颖, 易宗春 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2018.06.016 对不同孔径微孔滤膜富集肿瘤细胞进行研究。分别测定活性K562细胞、固定的K562细胞及血液样本通过孔径为1、3、5、8、10 μm滤膜的滤过率。将固定染色后的K562细胞作为目标细胞,测定不同浓度目标细胞通过1 μm及3 μm的时间;选取1～10个目标细胞,分别在未混入细胞、混入5×105个活性K562细胞、混入1×106个活性K562细胞、混入1 mL血液后,通过3 μm滤膜过滤测得回收率及阳性率。结果显示:固定的K562细胞不可通过1和3 μm滤膜,1 mL血液样本不可通过1 μm滤膜;目标细胞在未混入细胞时回收率为60%～70%,混入5×105个活性K562细胞、混入1×106个活性K562细胞及混入1 mL血液后回收率在40%～65%之间,当目标细胞数为6个及以上时阳性率为100%。研究表明,对直径大于或与固定K562细胞相差不大的肿瘤细胞的富集,可采用孔径为3 μm的聚碳酸酯滤膜。 2018 Vol. 37 (6): 765-768 [摘要] ( 355 ) HTML (1 KB)  PDF (828 KB)  ( 362 )        索引 769 总目次索引 2018 Vol. 37 (6): 769-769 [摘要] ( 174 ) HTML (1 KB)  PDF (497 KB)  ( 48 ) 770 作者索引 2018 Vol. 37 (6): 770-770 [摘要] ( 182 ) HTML (1 KB)  PDF (432 KB)  ( 50 )

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