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2019年 38卷 5期 刊出日期：2019-10-20 论著 综述 简讯 目录        目录 511 目录 2019 Vol. 38 (5): 511-512 [摘要] ( 212 ) HTML (1 KB)  PDF (262 KB)  ( 113 )        论著 513 基于W-Net的肝静脉和肝门静脉全自动分割 孙锦峰, 丁辉, 王广志 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2019.05.001 基于术前CT影像的肝静脉和肝门静脉分割对于进行肝脏分段具有重要的临床价值。但在肝脏的静脉期CT影像中,肝静脉和肝门静脉的灰度差异很小,血管结构也错综复杂,因此自动提取三维的肝静脉和肝门静脉一直是个难题。为解决此难题,提出一种基于卷积神经网络(convolutional neural network,CNN)的网络结构W-Net。该结构利用肝静脉和肝门静脉在三维结构上的差异,为全部肝血管和门静脉的提取分别设置损失函数,通过优化两个损失函数的加权和,自动学习全部肝血管和门静脉的三维结构特征,使全部肝血管和肝门静脉均达到优化的提取效果,两者相减即可得到肝静脉。采用公开数据集3Dircadb01中的10组延迟期腹部CT影像用于网络模型构建,另外10组用于测试。结果显示,肝区全部血管Dice系数达到0.715,准确率达到0.970;肝静脉Dice系数达到0.597,准确率达到0.984;肝门静脉Dice系数达到0.608,准确率达到0.970。通过10组临床数据进行测试,所构建的网络均能将肝静脉和肝门静脉有效地分割开。实验结果表明,所提出的方法具有较好的特征提取能力及泛化能力,在公开数据和临床数据中都有较好的表现。 2019 Vol. 38 (5): 513-521 [摘要] ( 808 ) HTML (1 KB)  PDF (7569 KB)  ( 408 ) 522 无线胶囊内窥镜图像小肠息肉的自动识别 范姗慧, 刘士臣, 曹鹗, 范一宏, 魏凯华, 厉力华 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2019.05.002 息肉是小肠常见疾病之一。无线胶囊内窥镜(WCE)是检查小肠疾病的常规手段,但每次检查都会产生大量图像,却仅可能包含少数病变图像。目前WCE病变的筛查高度依赖于医生的临床经验,耗时费力,且可能发生漏检或误检,因此实现WCE图像小肠息肉的自动识别意义重大。基于深度学习框架,结合数据增强技术和迁移学习策略,提出实现小肠息肉识别的新方法。基于原始数据集(包含4 300张正常图像和429张息肉图像)和拓展数据集(包含6 920张正常图像和6 864张息肉图像),对比分析不同的深度卷积神经网络模型(AlexNet、VGGNet和GoogLeNet)对息肉的识别效果。实验结果表明,在随机初始化的卷积神经网络中,GoogLeNet模型对息肉的识别效果最好,其敏感性、特异性和准确性分别达到97.18%、98.78%和97.99%,说明增加网络深度可以有效提高识别率。但网络深度增加需要更高的硬件配置和训练时间,因此结合迁移学习策略,AlexNet模型的敏感性、特异性和准确性分别达到了96.57%、98.89%和97.74%,AUC为0.996,表明该方法能有效提高模型整体性能,同时降低对训练时间和实验配置的要求。与传统手工提取图像特征或仅基于深层卷积神经网络进行分类的方法相比,所提出的方法可以在有限的训练数据和实验环境下为小肠息肉的自动识别提供有效的解决方案,有望帮助医生高效完成基于WCE检查的消化道疾病的精准诊断。 2019 Vol. 38 (5): 522-532 [摘要] ( 651 ) HTML (1 KB)  PDF (11804 KB)  ( 155 ) 533 基于BiSeNet的小儿超声心动图左心分割方法 胡玉进, 雷柏英, 郭力宝, 毛木翼, 靳泽隆, 陈思平, 夏焙, 汪天富 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2019.05.003 小儿超声心动图分割是后续生物学参数测量与疾病诊断的关键一步。目前,这主要依赖于超声医生的手动分割,不仅耗时耗力,而且由于它的重复性与冗余性,常常会导致不准确的分割。深度学习方法在自然图像处理领域已经取得令人瞩目的成果,因此提出应用深度卷积神经网络,从小儿超声心动图中学习有效特征,进行左心关键解剖结构的分割。具体来说,提出使用双路径分割网络(BiSeNet),通过两路分支网络,分别提取低层和高层的特征,然后送入一个特征融合模块,筛选出有效的特征,从而得到准确的分割结果。在采集自深圳儿童医院超声科的包含87个超声心动图视频(2 216张图像)的数据集上进行验证,并与医生的标注结果进行比较。实验结果表明,BiSeNet可以提取到超声心动图中心脏结构的特征,它在左室和左房的分割任务上取得Dice系数高达0.914和0.887。这证明,所提出的方法可以帮助医生进行超声心动图分割,从而减轻医生的负担。 2019 Vol. 38 (5): 533-539 [摘要] ( 511 ) HTML (1 KB)  PDF (16635 KB)  ( 328 ) 540 基于稀疏表示的视网膜图像对变化检测 傅迎华, 李江, 潘东艳, 王国政, 付东翔 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2019.05.004 视网膜图像对变化检测主要研究两个不同时间点所采集到图像的变化情况。图像间的亮度差异及解剖结构与病灶的亮度相似性,使得基于逐点对比的差分方法或商方法很难准确检测变化区域。针对光照干扰问题,提出对光照具有鲁棒性的稀疏表示(SRC)变化检测方法。SRC方法先抽取参考图像局部区域块构建字典,再通过稀疏表示重构当前图像的局部背景块,最后利用背景相减获得变化区域。通过该方法,图像对的亮度差异可用稀疏表示系数自动调整,而基于块的方式可过滤掉局部光照,更有效地检测出变化区域。SRC方法与其他检测方法结合,可以增加检测结果的准确性。实验根据一对来自DRIVE数据集的小病灶仿真数据,SRC方法的AUC和mAP值分别为0.986和0.865;对一对采集自临床的大病灶数据,SRC与迭代鲁棒同态曲面拟合(IRHSF)校正结合方法的AUC和mAP值分别达到了0.989和0.969。实验结果表明,SRC方法比RPCA方法对局部光照鲁棒性更强,比基于逐点的比较差分方法更多地考虑局部邻域信息,能够更有效地检测出变化区域。 2019 Vol. 38 (5): 540-548 [摘要] ( 378 ) HTML (1 KB)  PDF (10213 KB)  ( 75 ) 549 基于定量影像组学的乳腺肿瘤良恶性诊断 赵爽, 魏国辉, 马志庆, 赵文华 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2019.05.005 乳腺癌是女性致死率最高的恶性肿瘤之一。为提高诊断效率,提供给医生更加客观和准确的诊断结果。借助影像组学的方法,利用公开数据集BreaKHis中82例患者的乳腺肿瘤病理图像,提取乳腺肿瘤病理图像的灰度特征、Haralick纹理特征、局部二值模式(LBP)特征和Gabor特征共139维影像组学特征,并用主成分分析(PCA)对影像组学特征进行降维,然后利用随机森林(RF)、极限学习机(ELM)、支持向量机(SVM)、k最近邻(kNN)等4种不同的分类器构建乳腺肿瘤良恶性的诊断模型,并对上述不同的特征集进行评估。结果表明,基于支持向量机的影像组学特征的分类效果最好,准确率能达到88.2%,灵敏性达到86.62%,特异性达到89.82%。影像组学方法可为乳腺肿瘤良恶性预测提供一种新型的检测手段,使乳腺肿瘤良恶性临床诊断的准确率得到很大提升。 2019 Vol. 38 (5): 549-557 [摘要] ( 467 ) HTML (1 KB)  PDF (3453 KB)  ( 315 ) 558 虚拟内窥镜图像增强膝关节镜手术导航系统 崔曦雯, 陈芳, 韩博轩, 马聪, 马龙飞, 廖洪恩 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2019.05.006 膝关节镜手术是利用内窥镜的膝关节微创手术,具有创口小、恢复快等优势,但同时整个手术仅凭术中二维膝关节镜图像引导,存在缺乏深度信息、容易出现遮挡、依赖手术经验等缺点。利用虚拟内窥镜技术,将术前与术中的信息结合,互为补充,为膝关节镜手术进行导航,增加其便利性和可靠性。提出基于虚拟内窥镜技术的膝关节镜手术导航系统:首先通过对内窥镜及整个坐标系统的标定,完成对整个系统的坐标描述;然后针对实时追踪的内窥镜视角,实现对应范围术前信息的渲染,最后将术前术中及融合信息通过二维、三维显示方式,全面地展示给医师。完成系统的搭建及完整的膝关节模型实验,将术前术中信息同时显示、精确融合,实现导航功能;实验的定位标定均方误差小于1 mm,术前术中图像融合匹配均方误差小于0.7 mm,分立及融合图像均可实时显示。综合定位信息与术前信息的膝关节镜手术导航系统,可以实时进行内窥镜图像增强,为膝关节镜术提供多源信息融合引导,为医生提供直观、便捷的手术导航效果。 2019 Vol. 38 (5): 558-565 [摘要] ( 525 ) HTML (1 KB)  PDF (4825 KB)  ( 698 ) 566 经颅直流电刺激对孤独症谱系障碍儿童脑电的影响研究 闻芳, 庞姣, 李小俚, 康健楠 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2019.05.007 孤独症谱系障碍(ASD)是一种复杂的大脑神经发育障碍,其核心特征是社交障碍和刻板行为。针对孤独症儿童的脑发育异常,将新兴脑调控技术——经颅直流电刺激(tDCS)应用于孤独症儿童脑调控。共招募24名孤独症儿童参加试验,其中12名孤独症儿童接受每周2次共计10次脑调控干预,另外12名孤独症儿童接受每周2次共计10次的伪刺激,作为对照组。利用功率谱和多尺度熵算法,评估脑电的功率谱和复杂度变化。结果表明,经过调控干预后,实验组儿童干预前后4~8 Hz theta频段在全脑均有显著下降(P<0.05),其中,额叶从(1.13±0.07) dB/Hz下降到(0.96±0.06)dB/Hz,左颞叶从(1.18±0.05) dB/Hz下降到(1.03±0.07)dB/Hz,中央区从(1.43±0.06) dB/Hz下降到(1.16±0.03)dB/Hz,右颞叶从(1.14±0.09) dB/Hz下降到(0.96±0.04)dB/Hz,枕叶从(1.39±0.06) dB/Hz下降到(1.09±0.03)dB/Hz;通过计算15个尺度的熵值发现,顶叶(P3,Pz,C3,C4)、枕叶(O1)以及左侧背外侧前额叶(F3)均有显著增加。研究表明,颅直流电刺激能够以无损安全的方式实现对孤独症儿童的神经调控,改善异常脑功能,因此在孤独症的康复中有很大的应用潜力。 2019 Vol. 38 (5): 566-572 [摘要] ( 540 ) HTML (1 KB)  PDF (1783 KB)  ( 771 ) 573 基于眼动信号的便携式无线智能交互系统设计 郜东瑞, 汪润桂, 应少飞, 姜东, 陈家鑫, 宗欣, 董丽娟, 宋晓宇, 王录涛 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2019.05.008 肢体运动障碍患者由于无法控制四肢操控现代化的电子设备(如手机、平板等)与外界交流,因此很难融入信息化的社会。设计一个基于眼动信号的便携式无线智能交互系统,帮助使用者利用自身眼动信号控制电子设备,实现与外界的沟通。该系统包含模拟电路和数字电路两部分,模拟电路实现眼动信号的滤波、放大等处理,数字电路将模拟信号转换为数字信号,并实现对信号的实时分析处理,主要包括采用基于短时能量的端点获得信号活动段的起止位置,并将位置、幅值、波峰数等作为信号特征选择量,然后采用过零点分析和动态阈值方法识别不同类型的眼动信号,利用状态机定义不同类型的眼部信号与电子设备中鼠标动作的对应关系。选择15名使用者进行试验测试,要求被试根据随机指令控制眼部实现5个不同动作,包括眼球向上看、向下看、向左看、向右看、主动眨眼,每个动作共执行100次。测试结果表明,每个眼部动作平均识别准确率大于94%,最低平均信息传输率大于22 bits/min,因此能够利用眼动信号代替鼠标实现对电子设备的控制,实现字符输入、拨打电话、听音乐以及浏览网页等功能。 2019 Vol. 38 (5): 573-580 [摘要] ( 469 ) HTML (1 KB)  PDF (980 KB)  ( 585 ) 581 基于BP神经网络的旋转血泵生理控制 朱卓玲, 赵伟国, 黄峰 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2019.05.009 提出一种基于BP神经网络的旋转血泵生理控制方法,实现血泵植入者生理状态变化下控制器的自适应调节。控制器以临床主动脉平均压100 mmHg作为控制目标,利用神经网络自动学习的特性,采用3层神经网络在循环系统生理状态发生变化时在线调优血泵PID控制器的参数。该控制方法在血液循环系统数学模型中进行数值模拟验证,分别在模拟左心室衰竭、体循环阻力发生生理变化以及左心室收缩能力动态变化等条件下,接入改进后的PID控制器控制血泵转速,使循环系统中主动脉压力达到设定的正常值。结果表明,在上述多种不同的生理状态下,基于BP神经网络改进后的PID控制器均可以克服扰动,在经过约150 s调整时间后达到主动脉平均压100 mmHg的控制目标,并且稳态误差为零。该控制方法可以适应循环系统多种生理状态的变化,为后续的体外和动物试验提供有效的旋转血泵控制方法。 2019 Vol. 38 (5): 581-589 [摘要] ( 473 ) HTML (1 KB)  PDF (1120 KB)  ( 374 ) 590 胃区3层EIT模型构建和仿真 李章勇, 刘兆宇, 冉鹏, 相尚志, 马成群, 王伟 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2019.05.010 构建3层电阻抗成像技术(EIT)模型,研究不同电极激励模型下胃排空信息的规律,以及胃内容物电导率不同时胃阻抗测量信号的变化情况。利用COMSOL MULTIPHYSICS仿真软件,以人体解剖学为基础,构建包含胃、肝胆的人体腹腔模型,并在模型外构建3层电极模型,每层16个电极,以5 mA的安全电流为激励源进行仿真。分别设定相对和相邻电极激励模型,设定不同的胃内容物,即绝缘试餐0.054 S/m、导电试餐1 S/m和中性试餐0.5 S/m等3种条件,用以模拟不同食物在胃内的情况;设定胃体积由2倍变为1倍的过程,模拟胃排空过程,进行仿真实验研究。包括对测量电压进行数据分析,利用评价参数边界测量电压敏感性δ,利用边界电压测量动态范围U~,对测量电压进行稳定性和检测效果的评价。相对电极模型的测量电压敏感性δ较高,且其在绝缘试餐时较导电试餐时小;而相邻模型的δ在绝缘试餐时较导电试餐时大,边界测量动态范围U~也相对更大。对测量的敏感性而言,在试餐电导率0.054 S/m时,两种激励模式分别为34.13与34.25;试餐电导率1 S/m时,两种激励模式分别为33.60与26.68。3层EIT模型可提供达24×23×3组水平测量数据组,以及根据测试需求的可扩展交叉激励数据组,能够得到更多的胃排空信息,有效地反映胃内容物情况,以及胃排空过程的信息关系。 2019 Vol. 38 (5): 590-598 [摘要] ( 481 ) HTML (1 KB)  PDF (8258 KB)  ( 133 )        综述 599 空间滤波方法在脑-机接口中的应用及研究进展 王韬, 柯余峰, 王宁慈, 刘文陶, 安兴伟, 明东 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2019.05.011 随着脑-机接口技术的不断发展,通过优化数据处理算法来提高脑-机接口系统的分类正确率已成为研究热点。近年在多种脑-机接口范式中都发现空间滤波能够提高脑电信号的信噪比并优化特征提取,从而提升脑-机接口系统的分类正确率。空间滤波在基于脑电的脑-机接口中正日趋凸显其重要应用价值。综述脑-机接口中的脑电信号处理常用的空间滤波方法,包括基本空间滤波器、用于脑电预处理及特征降维的空间滤波器,以及基于诱发节律和诱发电位的脑-机接口中用于特征提取的空间滤波器,并阐述各类空间滤波方法的基本原理、构建方法及相关研究成果。最后归纳目前存在的问题并对发展趋势进行展望。 2019 Vol. 38 (5): 599-608 [摘要] ( 596 ) HTML (1 KB)  PDF (1834 KB)  ( 669 ) 609 经颅直流电刺激技术在阿尔茨海默症治疗中的研究进展 罗尹培, 李念, 温惠中, 田学隆 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2019.05.012 阿尔茨海默症(AD)是不可逆的神经退行性疾病,严重影响患者的身心健康及日常活动,目前尚不能通过药物和认知训练来有效阻止AD病程。经颅直流电刺激(tDCS)是一种非侵入神经调控技术,安全、经济、耐受性良好,近年来已广泛应用于多种神经退行性疾病的研究。研究发现,tDCS可通过调节突触可触性、参与炎症调控和调节局部血流量等多种途径,改善AD患者的学习记忆和认知功能障碍。因此,tDCS是一种非常具有前景的AD治疗手段。为更好了解和推广tDCS在AD的应用,在此就tDCS在AD的应用现状和作用机制进行综述。 2019 Vol. 38 (5): 609-620 [摘要] ( 551 ) HTML (1 KB)  PDF (902 KB)  ( 728 ) 621 体温对大脑认知功能状态影响与调控策略研究进展 周鹏, 周林颖, 安兴伟, 杨佳佳, 万柏坤, 明东 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2019.05.013 人若长期暴露在高低温极端环境下会使机体不适,极大影响其脑的认知功能,以致警觉度、注意力、工作记忆等功能受损。皮肤温度刺激作为简便易行的体温调控物理方法,可在一定程度上稳定并提高大脑的认知功能状态。综述目前国内外相关研究的现状与存在的问题,指出现未明确了解的调控体温、保护大脑神经和提高认知功能的机制,还有待探索的最佳目标刺激温度和时间,以达到快速有效提高大脑认知能力的目的。展望今后的研究策略,应紧密结合低温刺激,从大脑神经保护机制和大脑认知功能内在机理两个方面来研究制定体温调控策略,才有望找到快速有效调控、安全稳妥保护大脑认知功能的最佳方案。 2019 Vol. 38 (5): 621-627 [摘要] ( 523 ) HTML (1 KB)  PDF (764 KB)  ( 717 ) 628 光固化3D打印软组织材料的性能研究进展 许克惠, 李娇娇, 李香玉, 陈佳龙 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2019.05.014 光固化3D打印技术具有成型速度快、精度高的特点,可以精确控制需打印软组织的大小、形状和强度等,完成所需替代软组织支架的高匹配定制,有效解决软组织替代物的巨大缺口。目前该技术的应用范围取决于光敏材料的性能,首先,需具备适当的黏度、固化时间和固化收缩率等,以执行光固化打印并能控制打印组织的精度;其次,打印组织还需满足机体使用的机械性能(如强度、硬度、韧性)和良好的生物相容性(如促细胞黏附、增殖及分化),而降解性质、孔隙率、血管化等直接影响打印组织的机械性能或生物相容性。综述软组织支架打印所需光敏材料的基本性能和特殊性能要求及目前改良材料性能的方法,并展望光敏材料的发展趋势,对软组织工程光敏打印材料的开发具有指导意义。 2019 Vol. 38 (5): 628-635 [摘要] ( 556 ) HTML (1 KB)  PDF (1869 KB)  ( 739 )        简讯 636 原位开窗用覆膜支架织物覆膜的设计与性能研究 王韶霞, 林婧, 劳继红, 王璐 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2019.05.015 常规覆膜支架的原位开窗术是临床上治疗突发性复杂主动脉瘤的主要手段之一。然而,常规覆膜支架在原位开窗后,由于球囊扩张后织物覆膜的撕裂、稳定性差等原因,极易发生内漏,造成覆膜支架体内失效。本研究拟设计并制备一种具有梯度化结构的原位开窗用织物覆膜,包括基础区、加固区和开窗区,旨在加强开窗区边缘的抗撕裂能力。结果表明,具有梯度化结构原位开窗用织物覆膜的壁厚小于0.14 mm,水渗透性低于300 mL/min/cm2,平纹-方平-斜纹试样的周向拉伸断裂强度高于商用样Anaconda(11.10 N/mm),顶破强度基本低于商用样Anaconda,基本满足覆膜支架织物覆膜的结构与力学性能要求。加固区的抗撕裂强力优于开窗区,可有效提高织物覆膜加固区的抗撕裂性能。单股纬纱型平纹-方平-斜纹试样的力学性能较好,且织物各向异性较小,更适合作为原位开窗用织物覆膜,但其远期耐久性能仍需进一步研究。 2019 Vol. 38 (5): 636-640 [摘要] ( 457 ) HTML (1 KB)  PDF (2991 KB)  ( 412 )

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