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2019年 38卷 1期 刊出日期：2019-02-20 论著 综述 简讯 目录        目录 0 目录 2019 Vol. 38 (1): 0-0 [摘要] ( 176 ) HTML (1 KB)  PDF (251 KB)  ( 69 )        论著 1 基于改进U型网络的眼底图像血管分割 高宏杰, 邱天爽, 丑远婷, 周明, 张晓博 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2019.01.001 眼底图像血管分割问题是眼科及其他相关疾病计算机辅助诊断的基础。通过分割和分析眼底图像中的血管结构,可以对糖尿病视网膜病变、高血压和动脉硬化等疾病进行早期诊断和监测。针对目前已有血管分割算法存在准确率不高和灵敏度较低的问题,基于深度学习基本理论,提出一种改进U型网络的眼底图像血管分割算法。首先,通过减少传统U型网络下采样和上采样操作次数,解决眼底图像数据较少的问题;其次,通过将传统卷积层串行连接方式改为残差映射相叠加的方式,提高特征的使用效率;最后,在卷积层之间加入批量归一化和PReLU激活函数对网络进行优化,使网络性能得到进一步的提升。在DRIVE和CHASE_DB1这两个公开的眼底数据库上进行实验,每个数据库随机抽取160 000个图像块送入改进的网络中进行训练和测试,可以得到该算法在两个数据库上的灵敏度、准确率和AUC(ROC曲线下的面积)值,相比已有算法的最好结果平均分别提高2.47%、0.21%和0.35%。所提出的算法可改善眼底图像细小血管分割准确率不高及灵敏度较低的问题,能够较好地分割出低对比度的微细血管。 2019 Vol. 38 (1): 1-8 [摘要] ( 663 ) HTML (1 KB)  PDF (5662 KB)  ( 707 ) 9 基于区域建议策略的视盘定位方法 汤一平, 王丽冉, 何霞, 陈朋, 袁公萍 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2019.01.002 视盘定位对利用眼底图像进行眼科疾病的计算机辅助诊疗十分重要。提出一种基于区域建议策略的视盘定位方法。首先,将眼底图像从像素域映射到特征域,在得到的特征图上利用区域建议策略生成视盘的初始候选区域;然后,按照一定准则对候选区域进行采样,构建全连接层对其进行深层特征提取,并利用损失函数的约束实现候选区域的位置精修;最后,通过置信度阈值的过滤对视盘可见性进行判断,若视盘可见,则将置信度最大的候选区域中心作为该眼底图像的视盘坐标,从而实现视盘的正确定位。在3个公开的眼底图像数据库(DRIVE(40张)、MESSIDOR(1 200张)和STARE(400张))中进行实验,定位准确率分别为100%、99.9%和98.8%。实验证明,该方法能够实现视盘的准确、快速、鲁棒定位,优于现有的视盘定位方法,且预先进行视盘可见性的判断更符合实际应用的要求,能够辅助眼底疾病的诊断处理。 2019 Vol. 38 (1): 9-17 [摘要] ( 499 ) HTML (1 KB)  PDF (8525 KB)  ( 246 ) 18 基于改进模糊连接度的CT图像肝脏血管三维分割方法 张睿, 吴薇薇, 周著黄, 姜涛, 吴水才 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2019.01.003 解决传统模糊连接度难以较好分割CT图像肝血管、需要多个种子点和较耗时等问题。改进传统模糊连接度分割算法:对最新的Jerman血管增强算法进行改进;将改进的血管增强响应引入模糊亲和度函数;使用Otsu多阈值算法代替置信连接度,进行模糊连接度算法的初始化。预处理包括自适应S型非线性灰度映射和各向同性插值采样;随后,执行改进的Jerman血管增强算法;再将其增强响应引入模糊亲和度函数,同时利用Otsu多阈值算法统计前景目标信息,对模糊连接度进行初始化;最终,结合单一种子点实现三维肝脏血管的自动分割。选用内含20例CT的公开数据集,定量评估改进的血管增强算法和模糊连接度分割算法。评价标准主要包括对比度噪声比、准确性、敏感性和特异性。该血管增强算法的平均对比度噪声比为8.43 dB,优于传统血管增强算法。该血管分割算法的准确性达98.11%,优于基于置信连接度的传统模糊连接度分割算法、区域生长算法和水平集分割算法。此外,在分割算法的耗时方面,该算法也具有明显优势。提出的三维分割方法能有效解决传统模糊连接度分割CT影像中肝血管结构的不足,可提升分割精度和效率。 2019 Vol. 38 (1): 18-27 [摘要] ( 440 ) HTML (1 KB)  PDF (10886 KB)  ( 159 ) 28 新型乳腺磁共振增强图像肿瘤区域的自动分割模型 马伟, 刘鸿利, 孙明建, 徐军, 蒋燕妮 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2019.01.004 乳腺磁共振增强图像上,乳腺癌主要有肿块型和非肿块型两种强化方式。由于乳腺肿瘤区域相对较小,肿块型和非肿块型之间形态学差异大,非肿块型自身差异性复杂,因而很难精确分割出乳腺肿瘤区域。针对这些问题,提出一套新颖的粗检测细分割的深度学习模型(YOLOv2+SegNet)。该模型在精准分割之前,首先运用YOLOv2网络在乳腺可能的肿瘤区域进行粗检测,从而得到大致可能的肿瘤区域;接下来在粗检测的基础上,针对检测到可能的肿瘤区域,运用SegNet网络进行精细分割,从而实现算法最优的性能。为了验证YOLOv2+SegNet模型的有效性,从医院采集的数据集中选取560张乳腺MRI增强图像作为训练和测试(其中训练和测试集分别为415张和145张乳腺MRI数据)。在实验的过程中,运用YOLOv2+SegNet模型,分别对乳腺肿块型、非肿块型、肿块和非肿块混合型3类MRI数据进行肿瘤区域自动分割的实验。实验结果表明:YOLOv2+SegNet模型和SegNet网络分割结果的Dice系数相比有约10%的提升,与传统的C-V模型、模糊C均值聚类、光谱映射主动轮廓模型以及深度模型U-net、DeepLab相比有更为明显的提升。 2019 Vol. 38 (1): 28-34 [摘要] ( 450 ) HTML (1 KB)  PDF (4404 KB)  ( 652 ) 35 基于人体结构先验信息的胸部电阻抗成像方法 王琦, 陈晓静, 汪剑鸣, 李秀艳, 段晓杰, 王化祥 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2019.01.005 电阻抗成像(EIT)技术对于人体胸腔病理变化及肺部检测具有重要的临床价值。由于胸部轮廓具有特异性,传统模型成像方法误差较大。提出一种基于人体结构先验信息的胸部电阻抗成像方法,通过对CT图片进行图像处理来提取胸部及肺部轮廓,为正问题和逆问题提供图像边界的先验信息,同时基于边界先验信息提出一种有效的图像逆问题剖分方法,使重建图像形状更接近真实情况,改善成像效果。为进行有效性验证,从某医院CT数据库中选取30张肺部健康的人体CT图像,对于所提出的方法与两种传统模型成像方法(基于椭圆形模型和基于圆形模型的成像方法),分别就其肺部区域比例(LRR)与真实值以及所产生的相对误差进行统计学对比分析。结果表明,所提出方法的LRR与真实值之间无显著性差异,其相对误差(3.71%±1.77%)显著小于基于椭圆形模型(10.29%±3.30%)和基于圆形模型(12.74%±2.87%)这两种成像方法(P<0.05),能有效提高成像质量。 2019 Vol. 38 (1): 35-43 [摘要] ( 387 ) HTML (1 KB)  PDF (8550 KB)  ( 154 ) 44 刺激类型对听觉稳态响应的影响 王金海, 贾亚茹, 陈小刚, 王瑶, 李坤, 孟佳 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2019.01.006 听觉稳态响应(ASSR)是一种由周期性声音信号诱发的稳态脑电响应,能够用于听觉脑机接口(BCI)的研究。为构建高速的基于ASSR的BCI系统,需要寻求诱发较强ASSR的刺激类型。为此,通过典型相关分析(CCA),比较14名健康受试者中短声(click)、正弦调幅音(SAM)和白噪声(white noise)3种刺激声所诱发的ASSR响应。实验结果表明,3种刺激声均能诱发出稳定的ASSR,而且ASSR响应最大的区域主要集中在额中央区。ASSR响应的强度依赖于刺激类型,click声诱发的ASSR最强,白噪声次之,SAM声最弱。利用CCA分别对3种刺激声进行左右耳分类,发现click声获得的信息传输率(ITR)最高,达到6.69 bits/min;白噪声次之,为1.65 bits/min;SAM声最弱,为0.76 bits/min。这些结果提示,click声适合于构建高速的BCI系统。 2019 Vol. 38 (1): 44-50 [摘要] ( 446 ) HTML (1 KB)  PDF (2813 KB)  ( 437 ) 51 基于Hololens的增强现实脑-机接口研究 张力新, 张裕坤, 柯余峰, 杜佳乐, 许敏鹏, 明东 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2019.01.007 当前脑-机接口(BCI)发展迅速,但高性能无创BCI往往需要借助显示设备诱发特定脑电信号,其中最常用的为计算机屏幕,因其难以实现可穿戴而限制BCI的便携性。将增强现实技术(AR)与BCI相结合形成AR-BCI可以解决这一问题,提升BCI的实用性。然而已有AR-BCI研究仅有少量报道,且识别正确率与速度均有待提升。通过采用微软的可穿戴增强现实设备Hololens作为显示设备,实现一种基于稳态视觉诱发电位(SSVEP)的AR-BCI,通过Hololens设备产生视觉刺激诱发八种频率的SSVEP信号,分别开展在线与离线实验,并与基于计算机屏幕的刺激进行比较。参与实验的12名被试成功在增强现实环境中诱发出明显的SSVEP信号,利用1和2 s长的EEG信号分别实现平均88.67%和98.6%的在线识别正确率。该研究表明,AR-BCI有望在日常生活中实现可穿戴的便携化高性能控制型BCI系统。 2019 Vol. 38 (1): 51-58 [摘要] ( 423 ) HTML (1 KB)  PDF (4959 KB)  ( 557 ) 59 基于偏序拓扑图的帕金森病语音障碍分析方法 张涛, 蒋培培, 李林, 张晓娟 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2019.01.008 从形式概念分析角度,提出将偏序拓扑图用于帕金森病语音障碍分析与诊断。首先,在属性拓扑的基础上,结合偏序结构表示,构造偏序拓扑图的形式背景表示方法,并利用偏序拓扑图进行概念本体计算,获得原始形式背景的层次化概念树结构。进而结合决策属性,对概念树进行着色与约简,获得约简概念树。根据约简概念树的偏序关系,可获得分析对象的概念分类结构。将该方法应用于帕金森病语音特征数据集进行概念提取,实验表明不但可以在概念层面分析帕金森病与语音特征的关系,同时可以作为诊断依据进行数据诊断。将该方法应用于多个帕金森病数据集(样本数分别为197、5 875、1 040、220)进行分类精度对比测试,表明基于偏序拓扑图的帕金森病语音障碍分析在不同的帕金森病语音数据集下的平均诊断精度达到76.64%,高于LDA(67.36%)、QDA(70.83%)、kNN(71.83%)、parzen窗(70.24%)、SVM(74.61%)等经典分类器的诊断精度,高出经典分类器SVM 2.72%,表明该方法能有效应用于帕金森病语音障碍分析。 2019 Vol. 38 (1): 59-69 [摘要] ( 368 ) HTML (1 KB)  PDF (3917 KB)  ( 370 ) 70 细胞外基质蛋白模式对成肌细胞分化的影响 邱昌俊, 浑婷婷, 赵莹彤, 詹悦维, 赵峰, 孙艳 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2019.01.009 成肌细胞分化机理至今尚不明确,为此主要研究细胞外基质蛋白模式对成肌细胞分化的影响。采用微接触印刷技术制备4种不同的纤维粘连蛋白微图案(平行组、随机组、垂直组、对照组)培养成肌细胞,用免疫荧光染色法分析7 d后各组成肌细胞的分化情况,并分析2、6、18 h后各组中的黏附分子、Vinculin以及微丝蛋白F-actin的分布情况,每组实验重复3次,每次取3个样本。肌管形成个数平行排列组与对照组相比,无显著性差异(17.33±0.58 vs 16.00±1.73),与垂直组(7.00±1.00)和无极性组(10.89±0.19)相比则显著高(P<0.05)。在2 h时,微丝在细胞中排列与局部微图案一致;在6 h时,微丝开始沿整体图案长轴方向排列;在12 h时,微丝分布与条带整体图案长轴方向一致;18 h时,所形成的黏着斑会沿着微图案区域分布。细胞外基质蛋白模式会对成肌细胞的分化有影响,不同FN极性排列微图案对成肌细胞的骨架和黏附影响不同,这也可能是后期产生不同分化结果的一个原因。 2019 Vol. 38 (1): 70-76 [摘要] ( 325 ) HTML (1 KB)  PDF (6833 KB)  ( 274 ) 77 聚乙二醇-b-聚己内酯/聚己内酯单分散电喷微球的制备与亲水性研究 杨雪, 邵华英, 张琼月, 吴小红 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2019.01.010 用静电喷雾法制备单分散性良好、亲水性的聚乙二醇-b-聚己内酯/聚己内酯(PEG-b-PCL/PCL)电喷微球。将聚乙二醇-b-聚己内酯(PEG-b-PCL)、聚己内酯(PCL)与氯仿混合磁力搅拌3 h后,采用静电喷雾的方法,以双亲(PEG-b-PCL)含量、流速、电压为变量,研究微球形态大小、粒径分布的变化,并研究微球亲水性随双亲含量的变化程度及微球在水中的分散性。双亲含10%～20%、流速1 mL/h、电压10 kV时能得到成球性佳、粒径5～6 μm的单分散性良好的微球,粒径的变异系数为15%～21%;双亲含量增至30%,微球之间由较多的纤维连接;双亲含量由0增至20%时,接触角由126.2°±4.8° 降至29.9°±4.9°,差异具有统计学意义(P<0.05),通过改变双亲含量能有效改善微球的亲水性,同时,加入10%～20%双亲的微球在水中分散性佳,能形成均匀的混悬液。PEG-b-PCL/ PCL能得到单分散、亲水性佳的微球,为进一步制备载药微球提供条件。 2019 Vol. 38 (1): 77-83 [摘要] ( 296 ) HTML (1 KB)  PDF (4822 KB)  ( 324 )        综述 84 运动想象脑-机接口新进展与发展趋势 赵欣, 陈志堂, 王坤, 王仲朋, 周鹏, 綦宏志 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2019.01.011 基于运动想象(MI)的脑-机接口(BCI)作为一项新的运动损伤康复手段,在帮助改善和恢复丧失的身体功能方面具有重要的作用。然而,目前MI-BCI走向实用化仍面临着许多问题和挑战,包括MI诱发生理信号空间分辨率低、使用者训练时间较长和异步控制MI-BCI系统难以有效实现等。简要阐述MI相关的机制研究,然后针对以上问题从信号采集、信号处理算法分析、范式设计和异步控制研究等,综述相关解决方案及其研究现状,最后概述MI-BCI的应用,并展望MI-BCI未来的发展方向。 2019 Vol. 38 (1): 84-93 [摘要] ( 673 ) HTML (1 KB)  PDF (851 KB)  ( 1401 ) 94 基于MRI的认知相关的脑宏观-微观结构变化模式研究综述 吴琼, 陈元园, 赵欣, 明东 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2019.01.012 阿尔茨海默病(AD)是伴有认知功能障碍的神经退行性疾病,其发病机制复杂且至今不明确,一直是国内外医学研究领域的巨大挑战。而结构和扩散磁共振成像技术的发展,为研究AD大脑宏观形态学-微观结构特性病变的机制研究提供重要技术手段。近年来,研究发现,这种宏观和微观结构的异常改变之间具有的内在联系,对于揭示AD等衰老相关疾病的结构病变机理有非常重要的意义。针对该问题,对近几年MRI的大脑宏-微观结构变化模式及相互关系的研究进行分析,对其重要的分析方法和研究结论进行综述,希望有助于今后对大脑宏-微观病变机理的深入开展。 2019 Vol. 38 (1): 94-101 [摘要] ( 384 ) HTML (1 KB)  PDF (804 KB)  ( 487 ) 102 药物基因组学临床决策支持系统综述 秦伟峰, 吕旭东, 段会龙, 李昊旻 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2019.01.013 近几年来精准医学成为生物医学的一个热门领域,世界各国都致力于率先在这一领域取得突破性的进展。药物基因组学(PGx),通过基因组学和其他“组学”知识来个性化药物选择和药物使用以避免药物不良反应和最大化药物疗效,是精准医学的重要组成部分,也是目前最有希望在临床上实现日常应用的精准医学领域之一。其中药物基因组学临床决策支持(PGx-CDS)系统,是实现PGx临床应用和知识转化必不可少的工具。目前很多临床医疗机构已经开展PGx服务并部署PGx-CDS系统,同时更多的临床医疗和研究机构正在筹备开展这类服务。对目前已出现并被报道的主要PGx-CDS系统和研究进行文献综述,共涉及11个PGx-CDS系统。通过对这些系统的临床应用场景、系统设计、知识表达、干预方式和应用评估等方面的综合回顾,总结目前PGx-CDS系统的研究进展和发展现状,然后对PGx-CDS系统目前面临的主要挑战和未来发展方向进行讨论,为在国内落地PGx服务和PGx-CDS系统提供借鉴。 2019 Vol. 38 (1): 102-111 [摘要] ( 489 ) HTML (1 KB)  PDF (1208 KB)  ( 553 ) 112 白蛋白纳米颗粒的制备研究进展 李艳, 蓝锦晓, 罗成 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2019.01.014 由于可以增强药物的靶向性、降低游离药物的毒副作用,基于纳米颗粒的药物递送系统在医学领域具有广泛应用。白蛋白是血浆中含量最多的蛋白质, 具有生物相容性好、无免疫原性、可生物降解等特性, 是制备纳米颗粒的理想材料。现有白蛋白纳米颗粒的制备方法主要有去溶剂化法、自组装法、乳化法、双乳化法、热凝胶、喷雾干燥、nabTM技术、pH凝聚法等。由于制备原理及制备条件的差异,各方法表现出的优缺点也不尽相同。综述近年来白蛋白纳米颗粒的制备研究进展, 按照制备方法分类进行介绍, 并对当前白蛋白纳米颗粒研究领域所面临的困境及未来的发展方向进行探讨。 2019 Vol. 38 (1): 112-119 [摘要] ( 723 ) HTML (1 KB)  PDF (2769 KB)  ( 1557 )        简讯 120 基于SSVEP的无线脑-机接口系统研究与实现 吴正平, 魏欢, 赵靖, 杨翔宇, 仇凯 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2019.01.015 针对目前脑-机接口存在的成本高、普及面窄、体积笨重等问题,开发基于稳态视觉诱发电位(SSVEP)的无线脑-机接口系统,并对脑电信号特征提取算法进行研究。脑电采集设备采用锂电池供电,通过无线方式传送数据到上位机进行数据处理。上位机软件对接收的信号进行滤波预处理,并基于小波变换的典型相关分析法(WT-CCA)对信号特征提取及处理,甄别视觉诱发刺激类型。对10名测试者分别测试15组数据,结果表明该系统成功获取含有特征信息的脑电信号,经过上位机处理后被外部机器人识别的准确率达90%以上。这一脑-机接口系统技术成本低、准确率高、便携可穿戴,对残障人士修复运动功能和感觉功能具有重要的应用价值,也促进脑机交互技术的普及和发展。 2019 Vol. 38 (1): 120-124 [摘要] ( 458 ) HTML (1 KB)  PDF (3198 KB)  ( 491 ) 125 交叉剪切对人工关节应用中PEEK和CFR-PEEK磨损的影响 王俊元, 段晨曦, 杜文华, 董磊 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2019.01.016 磨损是人工关节置换中晚期失效的主要因素,而交叉剪切效应对于磨损性能的研究具有重要的意义。聚醚醚酮(PEEK)和碳纤维增强聚醚醚酮(CFR-PEEK)优异的耐磨性能为人工关节材料的研发提供希望。为了研究交叉剪切效应对于PEEK和CFR-PEEK磨损性能的影响,通过在一系列交叉剪切条件下进行的磨损实验测试,对PEEK和CFR-PEEK的磨损机理进行深入的研究,同时与超高分子量聚乙烯(UHMWPE)进行对比。实验结果表明,PEEK与UHMWPE具有一样的与交叉剪切相关的磨损效应,而CFR-PEEK材料在实验中并没有表现出明显的交叉剪切效应。另外,在同等条件下,与UHMWPE相比,PEEK的耐磨性能较差,其磨损系数约为UHMWPE的8倍;而CFR-PEEK的耐磨性能具有显著的优势,其磨损系数约为UHMWPE的50%。因此,CFR-PEEK材料在人工关节应用中有望成为UHMWPE合适的替代材料。 2019 Vol. 38 (1): 125-128 [摘要] ( 325 ) HTML (1 KB)  PDF (1696 KB)  ( 237 )

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