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2019年 38卷 3期 刊出日期：2019-06-20 论著 综述 简讯 目录        目录 256 目录 2019 Vol. 38 (3): 256-256 [摘要] ( 167 ) HTML (1 KB)  PDF (267 KB)  ( 275 )        论著 257 基于3D深度残差全卷积网络的头颈CT放疗危及器官自动勾画 田娟秀, 刘国才, 谷珊珊, 顾冬冬, 龚军辉 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2019.03.001 头颈部肿瘤放射治疗危及器官的准确勾画是放疗计划的关键步骤,然而头颈部放疗危及器官的精确分割挑战性很大,目前临床医生手动勾画危及器官非常繁琐、耗时且缺乏一致性。提出基于3D深度残差全卷积网络的头颈部肿瘤放疗危及器官自动分割方法,通过改进的V-Net网络分割模型,有效地结合危及器官CT影像的深层特征和浅层特征,同时根据特别设计的端到端监督学习确定危及器官分割模型参数。为了解决小器官类分布极不平衡问题,提出利用器官位置先验约束采样区域与随机采样相结合的训练样本选择策略,同时采用Dice损失函数对网络进行训练。该策略不仅可加速训练过程,提升分割性能,而且可保证小器官的分割准确率。该方法在2015年MICCAI头颈自动分割挑战赛数据集PDDCA上验证,各器官分割的Dice系数平均值分别为:颌下骨0.945、左腮腺0.884、右腮腺0.882、脑干0.863、左颌下腺0.825、右颌下腺0.842、左视神经0.807、右视神经0.847、视交叉0.583。大多数器官的95% Hausdorff距离小于3 mm,所有器官的勾画平均距离均小于1.2 mm。实验结果表明,该方法在除脑干以外的危及器官分割中性能比其他对比方法更优。 2019 Vol. 38 (3): 257-265 [摘要] ( 480 ) HTML (1 KB)  PDF (9582 KB)  ( 503 ) 266 基于冠脉造影图像血管树分割的血管狭窄自动识别方法 陈建辉, 赵蕾, 李德玉, 万涛 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2019.03.002 针对冠状动脉造影图像中的血管狭窄位置进行自动识别,并且定量评估其狭窄程度,为临床医生提供一种计算机辅助诊断方法,从而提高对冠状动脉狭窄的诊断准确率,同时减轻医生的劳动强度。所提出的基于冠脉造影图像的血管狭窄自动识别方法包括血管树分割以及血管狭窄识别两部分。在血管树分割部分,首先通过基于Frangi Hessian的改进模型进行图像增强,随后利用基于统计学区域融合方法对血管区域进行分割。在血管狭窄识别部分,首先利用水平集算法对分割结果进行细化获得血管骨架,随后提取血管边缘进行血管直径测量,最后采用局部最小点法计算整幅图像血管段狭窄的百分比,对狭窄段进行定位并分级。实验在153例患者的血管造影图像中检测出狭窄共计208段,其中轻度84段,中度42段,重度82段。统计分析结果显示,血管狭窄识别平均准确率为93.59%,敏感性为88.76%,特异性为95.58%,阳性预测值为90.51%,表明该方法能够有效地检测和定量评价动脉血管的狭窄程度,有助于心血管疾病的临床诊断。 2019 Vol. 38 (3): 266-272 [摘要] ( 552 ) HTML (1 KB)  PDF (4637 KB)  ( 538 ) 273 基于加权复杂网络度熵和的癫痫发作检测方法 张汉勇, 孟庆芳, 杜蕾, 刘明敏 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2019.03.003 癫痫发作检测一直是一项富有挑战性的工作,随着癫痫发病率的增加,高性能癫痫自动检测算法在临床上可以减轻医务工作者的工作量,具有重要的临床医学研究意义。提出基于加权水平可视图的癫痫检测新方法。首先利用加权水平可视图将单通道脑电信号转化为复杂网络,并提取生成的复杂网络的度的平方和权重度分布熵两个特征;最后将两个特征之和作为单特征输入到线性分类器中,用来识别癫痫间歇期和发作期信号。对波恩大学的癫痫脑电数据集进行实验,评价所提出的检测算法的性能。使用该癫痫脑电数据集间歇期和发作期各100个实验样本,样本长度为1 024。实验结果表明,所提出的方法具有较高的分类精度,可达到98.5%。由于分类的特征为单特征,所以更加简单高效,可用于癫痫发作在线自动检测。 2019 Vol. 38 (3): 273-280 [摘要] ( 423 ) HTML (1 KB)  PDF (3345 KB)  ( 297 ) 281 支付方式对产品偏好的事件相关电位研究 宋之杰, 张丽平, 王丹丹, 李天娇, 石蕊 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2019.03.004 为了探究消费者使用支付方式如何影响产品购买偏好及其脑神经机制,根据心理账户理论,采用基于事件相关电位(ERP)脑电实验的双因素组内设计分析,即2(产品类型:实用型产品和享乐型产品)×2(支付方式:现金支付和非现金支付)。实验任务需要被试在随机出现的4种不同的购买情景下做出购买选择,并同时记录其选择时的脑神经电生理活动。结果表明,在早期认知阶段,消费者面对不同类型产品刺激时,对享乐型产品较实用型产品自动分配更多注意力且引起较大波幅P2成分((5.809±0.811)μV vs (4.878±0.944)μV,P<0.05);在认知过程阶段,消费者面对不同的支付方式,易产生决策冲突,现金支付较非现金支付会引起较小波幅P3成分((3.267±0.907)μV vs (3.913±0.833)μV,P<0.05);在认知决策阶段,现金支付享乐型产品较实用型产品的支付疼痛与购物内疚产生更大波幅晚期正成分波(LPP)成分((3.825±0.843)μV vs (2.929±0.769)μV,P<0.05),同时非现金支付享乐型产品较实用型产品的支付快感与购物愉悦均诱发强烈情绪唤醒,产生更大波幅晚期正成分波(LPP)成分((3.375±0.887)μV vs (2.03±0.768)μV,P<0.05)。因此,当消费者采用现金支付时,更偏爱实用型产品;当消费者采用非现金支付时,更偏爱享乐型产品。消费过程中的脑神经电生理分析对消费者、商家和支付机构均具有重要意义。 2019 Vol. 38 (3): 281-290 [摘要] ( 306 ) HTML (1 KB)  PDF (12446 KB)  ( 57 ) 291 正常人短时心率变异性指标在长时序列中的分布特性及其年龄的影响 潘越, 王志刚, 张正国, 彭屹 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2019.03.005 无创的心率变异性(HRV)检测所反映的自主神经状态可受生理、病理和心理等因素影响。提出研究短时HRV分析指标在长时序列中的分布特性,并探讨在正常人中随年龄可能发生的变化。将THEW中Normal子数据库中年龄大于18岁的Holter数据(n=177)分为5个年龄组(18≤y≤25, n=35; 25< y≤35, n=44; 35< y≤45, n=41; 45< y≤55, n=34; y >55, n=23)。利用5 min的滑动窗口、2.5 min的步长,计算每个滑动窗的RR间期均值(MRRI)、LF/HF和短时分形尺度指数(α1),然后基于长时序列,分别计算MRRI和LF/HF,以及MRRI和α1这两种配对的Spearman相关系数,并在各组内统计相关性良好人数的百分占比。然后,以具有正常作息时间和数据长度为筛选标准,从177名正常人中筛选出93名25<y≤65岁的受试数据,并以10岁为间隔分为4个年龄组,计算每人各个2 h时段中的各5 min滑动窗(2.5 min步长)的指标均值(EM_MRRI、EM_LF/HF和EM_α1)。结果表明,具有良好相关性的人数百分占比在18≤y≤55的年龄段保持高水平(94%～100%),但在年龄大于55岁后急剧下降(MRRI vs LF/HF: 78.26%; MRRI vs α1: 65.22%)。对于清晨最低EM_MRRI时段,其EM_MRRI、EM_LF/HF和EM_α1在各年龄组均不存在显著差异(P>0.05)),但在其他时段这些参数则可能存在显著差异。随着可穿戴技术的发展,长时心率序列(RR间期序列)的可获得性大幅度提高,该研究结果对于拓展长时序列的HRV分析方法可提供新的思路。 2019 Vol. 38 (3): 291-297 [摘要] ( 704 ) HTML (1 KB)  PDF (834 KB)  ( 757 ) 298 基于CNN算法的稳态体感诱发电位的特征识别 徐桂芝, 胡忠涛, 王磊, 齐志光, 郭苗苗 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2019.03.006 脑-机接口研究可为瘫痪病人的康复带来一种新的治疗方法。已有研究表明对手指或者正中神经施加一定频率的体感刺激,会引发相同频率且具有空间特异性的稳态体感诱发电位。为优化基于稳态体感诱发电位的脑-机接口的性能,通过快速傅里叶变换寻找12个健康被试的个人左手特定共振频率,采用事件相关谱扰动进行时频分析,检测其稳态体感诱发电位信号。基于共振频率对实验诱发的脑电信号进行1 Hz带通滤波,获得特定频带的数据,采用卷积神经网络(CNN)学习算法对其进行分类,并与采用共空间模式和支持向量机的特征提取及特征分类的方法(CSP+SVM)进行比较。所有被试的结果显示:基于共振频率滤波方法,采用CNN学习算法获得的离线分类准确率均高于85%,并且CNN学习算法的分类准确率显著性优于CSP+SVM的分类准确率(91.8%±5.9% vs 77.4%±8.5%,P<0.05)。因此,在基于稳态体感诱发电位的脑机接口的特征识别中,CNN学习算法相比传统使用的机器学习分类算法(如共空间模式+支持向量机)能够显著提升分类准确率,提高脑机接口的整体性能。 2019 Vol. 38 (3): 298-305 [摘要] ( 435 ) HTML (1 KB)  PDF (2820 KB)  ( 384 ) 306 医学图像语义概念识别方法研究 王序文, 张宇, 郭臻, 李姣 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2019.03.007 医学图像语义概念识别是医学图像知识表示的重要技术环节。研究医学图像语义概念识别方法,有助于机器理解和学习医学图像中的潜在医学知识,在影像辅助诊断和智能读片等应用中发挥重要作用。将医学图像的高频概念识别问题转化为多标签分类任务,利用基于卷积神经网络的深度迁移学习方法,识别有限数量的高频医学概念;同时利用基于图像检索的主题建模方法,从给定医学图像的相似图像中提取语义相关概念。国际跨语言图像检索论坛ImageCLEF于2018年5月组织ImageCLEFcaption 2018评测,其子任务“概念检测”的目标是给定222 314张训练图片和9 938张测试图片,识别111 156个语义概念。上述两种方法的实验结果已被提交。实验结果表明,利用基于卷积神经网络的深度迁移学习方法识别医学图像高频概念,F1值为0.092 8,在提交团队中排名第二;基于图像检索的主题模型可召回部分低频相关概念,F1值为0.090 7,然而其性能依赖于图像检索结果的质量。基于卷积神经网络的深度迁移学习方法识别医学图像高频概念的鲁棒性优于基于图像检索方法的鲁棒性,但在大规模开放语义概念的识别技术研究上仍需进一步完善。 2019 Vol. 38 (3): 306-314 [摘要] ( 350 ) HTML (1 KB)  PDF (2728 KB)  ( 355 ) 315 HOMPPD:一个全面的人类口腔宏蛋白质组序列数据库 宋婷婷, 邵晨, 杜鹏, 张本煜, 朱伟民, 蒋继志 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2019.03.008 与宏基因组学相比,宏蛋白质组学可以系统地描绘微生物功能的动态变化,因此用其研究口腔微生物的组成和功能已成为一个新兴的领域。一个适当、完整的蛋白质组序列数据库在宏蛋白质组的数据分析中至关重要。在口腔宏蛋白质组研究中,常用的数据库为人类口腔微生物数据库(Human Oral Microbiome Database,HOMD),其中收录来自117个菌属和367个菌种的蛋白质组序列。但在近年来的口腔宏基因组研究中,已报道大量HOMD未收录的菌属。通过对宏基因组研究报道的95个菌属的蛋白质序列进行筛选和去冗余,然后与HOMD进行整合,构建一个更完整的人类口腔微生物蛋白质组数据库HOMPPD(Human Oral MetaProteome Plus Database);同时基于口腔微生物的高度个体化,提出对每个样本进行一次两步搜索的改进的两步检索法,最后利用已发表的唾液蛋白质组数据对其进行测试。通过整合,HOMPPD最终收录184个菌属和2 793个菌种的蛋白质组序列;测试结果表明,采用HOMPPD和改进的两步检索法可以鉴定到39个HOMD中未收录的新菌属和124个新菌种。新鉴定到的菌属主要分布在Proteobacteria、Firmicutes、Bacteroidetes三个门中。HOMPPD是目前为止收录蛋白质序列最全的口腔细菌蛋白质组数据库,使用其检索可以更加全面地鉴定唾液微生物的类群构成,其下载链接为ftp://111.198.139.72:4000//pub//metaproteomics//homppd.fasta。 2019 Vol. 38 (3): 315-323 [摘要] ( 611 ) HTML (1 KB)  PDF (5237 KB)  ( 441 ) 324 本体支持的生物医学领域元数据异质性与可兼容性研究 张璐璐, 杨晟, 史涪仁, 潘虹洁, 王志刚, 杨啸林 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2019.03.009 利用本体支持数据元素的表示,是提升元数据机器可理解性的重要手段。采用生物医学通用数据元素数据库caDSR中的数据,评价相关的数据元素之间的语义异质性,并利用机器学习对元数据可兼容性进行判别。首先,从caDSR 中选取60对通用数据元素,涉及人口学、生活方式、既往病史和实验室测量等方面。依据ISO/IEC 111179标准抽提数据元素的必要组分,利用NCIT的本体支持,就每对关联数据元素的相似度进行评价。依据数据元素内部各组分的语义相似度,利用支持向量机,对数据元素间的可兼容性做出预测,其准确度超过80%。研究结果显示,目前在caDSR数据库中,对于元数据的定义存在较大的异质性,这些异质性在数据元素的概念域尤其集中。虽然如此,通过机器学习的方法,还是能够依据现有的数据元素的定义实现数据可兼容性的自动判断。研究所建立的方法,对于优化数据元素构建流程、丰富数据标准化工具具有一定的应用价值。 2019 Vol. 38 (3): 324-331 [摘要] ( 456 ) HTML (1 KB)  PDF (2554 KB)  ( 429 ) 332 高压纳秒脉冲电场杀伤化疗抗性肿瘤细胞的实验机理研究 刘红梅, 王莉, 董守龙, 马剑豪, 王艺麟, 姚陈果 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2019.03.010 肿瘤严重危害人类生命和健康,化疗抵抗是当前临床肿瘤治疗所面临的主要屏障之一。为探究高压纳秒脉冲电场是否能够对化疗抵抗的肿瘤细胞具有同等敏感性,以肺癌细胞系A549及顺铂化疗抵抗的A549/R为研究对象,用80个脉冲宽度为200 ns,场强为5~15 kV/cm的纳秒脉冲作用后分析对比其活性情况、致死效应及消融阈值差异。结果表明:当场强为8、10、15 kV/cm纳秒脉冲电场作用下A549/R细胞的存活率分别为5.65%、7.78%、2.80%,显著低于A549(分别为48.31%、26.8%、5.96%);诱导的凋亡和坏死率也显著高于A549(P<0.05);在80个宽度为200 ns,场强为15 kV/cm的脉冲作用下,A549/R单层细胞消融面积是A549的1.59倍;A549/R的消融阈值为～8 kV/cm,显著低于A549(～13 kV/cm)。因此,纳秒脉冲电场为可优先选择杀伤化疗抵抗的A549/R细胞,诱导更高的凋亡率、消融面积,并且有更低的消融阈值。高压纳秒脉冲对化疗抵抗的肿瘤细胞的选择性作用,可望作为一种新型的物理选择方式联合其他肿瘤治疗方法,克服肿瘤治疗临床难点,为化疗抵抗或高恶性度的肿瘤消融提供新策略。 2019 Vol. 38 (3): 332-338 [摘要] ( 389 ) HTML (1 KB)  PDF (3550 KB)  ( 336 ) 339 Sphere梯度孔结构力学性能有限元分析 石志良, 黄琛, 卢小龙, 李锋, 孙允龙 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2019.03.011 建立不同孔径分布的钛合金梯度多孔结构的三维有限元模型,对力学性能进行分析。使用Rhino 5.0和ABAQUS 6.1软件,分别建立sphere、sphere_line、sphere_plane、sphere_point等4种按不同梯度分布的多孔结构有限元模型。对模型分别加载200、400、600、800、1000 N的力,加载力作用于上表面,方向垂直于表面向下,选定下表面为固定约束,计算等效应力及最大主应力。在加载力相同的情况下,sphere_plane梯度孔模型的最大主应力及最大等效应力最大;其次为sphere_point梯度孔模型,较sphere_plane梯度孔模型小42.49%和23.61%;sphere_line梯度孔模型再次之,较sphere_plane梯度孔模型小47.60%和33.12%;sphere无梯度孔模型的最大主应力及最大等效应力最小,较sphere_plane梯度孔模型小68.44%和54.13%。在4种不同梯度孔径分布的多孔结构中,sphere无梯度孔结构的实际受力最小、承载能力最好,其次是sphere_line梯度孔结构,再次是sphere_point梯度孔结构次之,sphere_plane梯度孔结构实际受力最大,其承载能力相比前3种要差。最后通过快速原型对设计出的4种模型进行制备,得到多孔钛合金实体,并对实体进行力学性能测试实验,得出的结论可验证数值模拟分析结果的可靠性。该研究结果可为多孔钛合金植入体设计以及临床应用提供相关设计参考和理论依据。 2019 Vol. 38 (3): 339-347 [摘要] ( 483 ) HTML (1 KB)  PDF (10677 KB)  ( 87 )        综述 348 轻度认知障碍患者EEG动力学特征提取与分类方法研究进展 李恒智, 文冬, 魏振豪, 周艳红 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2019.03.012 脑电图可用于对轻度认知障碍的病理性变化进行评估。近年来,脑电领域的特征提取和分类方法广泛地应用到对轻度认知障碍疾病的诊断中。首先从局部耦合与全局同步两个方面,深入分析轻度认知障碍患者脑电信号特征提取方法的应用情况及其优势和不足,而后对当前轻度认知障碍患者脑电信号特征进行分类的多种方法进行详细总结与分析,如支持向量机、k均值以及近年来应用广泛的卷积神经网络等,最后对该领域脑电动力学特征提取与分类方法的未来发展趋势进行展望。 2019 Vol. 38 (3): 348-354 [摘要] ( 461 ) HTML (1 KB)  PDF (787 KB)  ( 569 ) 355 脑电失匹配负波客观评估人工耳蜗语音感知的综述 徐丹莹, 陈霏 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2019.03.013 人工耳蜗的语音感知是言语交流和听力康复领域的研究热点之一,传统的主观行为学评估手段存在诸多的限制,实验结果受到较多因素的影响,因此,使用基于脑电波成分之一的失匹配负波来进行客观评估的方法正日益受到重视。由于失匹配负波不需要被试注意力的调制,相比于其他行为学实验,可以获得更为客观和准确的研究结论,现阶段已经被广泛应用于人工耳蜗的相关研究领域中。从人工耳蜗的实现过程、失匹配负波的评估方法及其在人工耳蜗植入人群中的研究现状等方面,总结归纳这一领域的研究进展,其中包括利用脑电波评估人工耳蜗植入人群在语音及音乐方面的感知表现,以及在植入后的听力恢复情况等。最后对脑电波实验现存的挑战进行论述,并对其未来相关的研究前景进行展望。 2019 Vol. 38 (3): 355-366 [摘要] ( 361 ) HTML (1 KB)  PDF (1383 KB)  ( 861 ) 367 可降解血管支架结构设计及优化的研究进展 彭坤, 李婧, 王斯睿, 夏骏, 乔爱科 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2019.03.014 可降解血管支架具有完全可吸收性和良好的生物相容性,可避免永久性支架易导致血管再狭窄、药物洗脱支架面临迟发性支架内血栓等的问题,引领介入治疗领域的“第四代”革新。然而,可降解支架服役过程中表现出支撑力不够、降解过快等力学性能不足的问题,使其距临床应用还有一段距离。针对这个问题,支架的结构设计及优化是提高支架支撑性能、延长可降解支架服役时间的有效方法。支架的结构设计及优化也是一个复杂过程,涉及力学性能之间的相互平衡、血流动力学以及腐蚀过程中支架支撑性能变化等问题。综述可降解支架结构设计及优化的国内外研究现状,并在此基础上阐述可降解支架结构设计及优化研究面临的挑战,展望可降解支架结构设计及优化研究的发展方向。 2019 Vol. 38 (3): 367-374 [摘要] ( 548 ) HTML (1 KB)  PDF (4197 KB)  ( 511 )        简讯 375 永磁体磁共振电特性成像方法研究 赵世龙, 李晓南, 刘国强, 胡丽丽, 陈海燕 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2019.03.015 磁共振电特性成像,是利用磁共振原始数据对被测生物组织的电特性进行重建的一种成像方法。利用有限元仿真软件,建立0.4 T主磁场下的射频线圈模型,测量仿真中射频场的分布情况。通过射频场空载和负载下射频场的均匀性,证明电特性的不同影响射频场的分布。用0.4 T永磁体磁共振设备对仿体和人体头部进行实验,并根据仿真数据和实验数据对电特性进行重建。结果表明,低场磁共振电特性在有无负载下,感兴趣区域的磁通密度均匀性相差将近4倍,磁通密度模值明显增加,这为磁共振电特性低场下发展提供一定的参考。 2019 Vol. 38 (3): 375-379 [摘要] ( 304 ) HTML (1 KB)  PDF (7908 KB)  ( 130 ) 380 心肺转流系统血细胞损伤监测装置设计 王陶涛, 谷雪莲, 李月如, 张晓颖 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2019.03.016 为解决体外循环手术中发生血栓和溶血的监测问题,利用血液中氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白的吸光系数在近红外光谱范围内所特有的光学性质,设计一套心肺转流系统血细胞损伤监测装置。采用新鲜抗凝猪血,通过搭建实验平台,进行血液损伤实验。将人工心肺机的流量设定为1、2、3、4 L/min,每隔一定的时间采集一次数据,建立血细胞损伤监测装置的监测结果与溶血率的关系。在血细胞损伤监测装置中,激光近红外光源的光线经光学系统聚焦后透射到监测区域,再将近红外激光二极管采集到的信号由信号调理电路处理,最后使用数据采集卡采集传输至计算机。应用LabVIEW软件设计显示界面,实时显示监测电压值,电压精度为0.000 1 V,监测人工心肺机流量范围为1～4 L/min,每组实验使用新鲜抗凝猪血200 mL,监测时间120 min。使用装置进行多组实验得出数据,建立校正曲线以修正实验产生的误差,最后得出监测电压值与溶血率的关系。结果能有力地支撑理论,表明该装置可以解决体外循环中血栓和溶血的监测问题。 2019 Vol. 38 (3): 380-384 [摘要] ( 286 ) HTML (1 KB)  PDF (10868 KB)  ( 67 )

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