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2021年 40卷 5期 刊出日期：2021-10-20 论著 综述 简讯        论著 513 基于多参数磁共振影像组学特征的脑垂体瘤质地术前评估方法 万涛, 赵辉, 李德玉, 马军, 武春雪, 蒙茗, 秦曾昌 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2021.05.001 为了探究多参数磁共振图像(MP-MRI)特征对脑垂体瘤质地评估的应用价值,提出一种基于影像组学的计算机辅助诊断方法,以期实现术前肿瘤质地的准确判定,从而为手术入路的选择提供影像学依据。对磁共振图像(T1加权、T1加权对比增强、T2加权)的肿瘤区域分别提取6种共296维纹理特征。采用特征选择方法识别重要的影像组学特征,并且使用支持向量机和随机森林两种常用的分类器对垂体瘤质软与质韧进行判别。在84例临床研究样本共计252张MRI图像上,用所述方法进行训练、十折交叉验证及测试。实验结果表明,与单一MRI图像特征相比较,所提出的MP-MRI特征组合能够获得更好的分类效果,分类准确率、敏感性、特异性、AUC分别达到89.80%、90.51%、89.88%、94.08%,表明MP-MRI影像组学特征能够有效准确地识别垂体瘤的软韧质地,有助于垂体瘤疗效和预后的改善。 2021 Vol. 40 (5): 513-520 [摘要] ( 427 ) HTML (1 KB)  PDF (3910 KB)  ( 312 ) 521 脑功能连接模型在机器学习中分类鲁棒性研究——以静息态功能磁共振定位癫痫发作侧为例 杨泽坤, 葛曼玲, 付晓璇, 陈盛华, 张夫一, 郭志彤, 张志强 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2021.05.02 机器学习能促进静息态功能磁共振成像(rfMRI)在癫痫中应用,尽管Pearson相关性的传统功能连接(FC)模型作为成像算法有较多报道,但其分类鲁棒性却少有研究。提出特异于健康人的癫痫患者FC指数模型,与FC在有监督机器学习分类敏感性和稳定性上进行比较, 以期为提取癫痫患者功能影像学标记提供新算法。搜集20名结构像标记为海马阳性的内侧颞叶癫痫患者(各10名纳入左侧、右侧2组)和142名来自连接组学且与患者相同年龄段健康人的rfMRI数据;以健康人群为参照,构建个体患者FC特异性指数模型,为每个脑区功能打分;通过ROC敏感性分析曲线和曲线下面积(AUC)提取指数模型,对发作侧敏感脑区获得功能影像标记;以其指数作为特征向量,分别输入至概率神经网络和支持向量机,对患者发作侧分类;10次随机交叉验证分析稳定性,再分别对敏感脑区之间和患者之间的特征向量做线性相关性分析,以探求影响稳定性的内在原因。最后,用FC代替指数模型做同上处理,并比较两种功能连接模型的分类稳定性。结果显示,以FC为特征向量的AUC为0.76,而特异性指数的特征向量AUC为0.84,指数模型的分类敏感性高于FC。另外,FC的分类精度在25%～100%之间强烈波动,方差高达25.99%,且特征向量平均相关系数为0.67,相关性较强;而指数模型则在75%～100%之间较小波动,方差低至7.10%,且特征向量平均相关系数为0.28,相关性较小。在机器学习癫痫定侧中,静息态功能连接特异性指数模型表现出较强的分类鲁棒性,远优于传统模型,特征向量相关性较大可能是影响后者稳定性的主要原因。 2021 Vol. 40 (5): 521-530 [摘要] ( 263 ) HTML (1 KB)  PDF (4683 KB)  ( 292 ) 531 基于3D U-Net 实现人体耳软骨MRI图像的解剖结构分割 孙若凡, 张唯唯 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2021.05.03 自体肋软骨雕刻法是目前治疗先天性小儿畸形的临床标准疗法,而耳软骨组织工程和3D生物打印是有前景的治疗方案。可是,这些治疗方案的核心—(复合物)支架构造缺乏基于医学图像的耳软骨自动分割方法。基于3D U-Net提出改进的网络模型,能够实现MRI图像的人体耳软骨解剖结构的自动分割。该网络模型结合残差结构和多尺度融合等设计,在减少网络参数量的同时实现12个耳软骨解剖结构的精确分割。首先,使用超短回波时间(UTE)序列采集40名志愿者单侧外耳的MRI图像;然后,对所采集的图像进行预处理、耳软骨和多解剖结构手动标注;接下来,划分数据集训练改进的3D U-Net模型,其中32例数据作为训练集、4例为验证集、4例为测试集;最后,使用三维全连接条件随机场对网络输出结果进行后处理。模型经过10折交叉验证后,耳软骨12个解剖结构的自动分割结果的平均Dice相似度系数(DSC)和平均95%豪斯多夫距离(HD95)分别为0.818和1.917,相比于使用基础的3D U-Net模型,DSC指标分别提高6.0%,HD95指标降低了3.186,其中耳软骨关键结构耳轮和对耳轮的DSC指标达到了0.907和0.901。实验结果表明,所提出的深度学习方法与专家手动标注两者之间的结果非常接近。在临床应用中,根据患者健侧UTE核磁图像,本研究提出的方法既可以为现有自体肋软骨雕刻法快速、自动生成三维个性化雕刻模板,也可以为组织工程或者3D生物打印技术构建耳软骨复合物支架提供高质量的可打印模型。 2021 Vol. 40 (5): 531-539 [摘要] ( 274 ) HTML (1 KB)  PDF (2477 KB)  ( 832 ) 540 经颅磁声电刺激对大鼠工作记忆局部场电位gamma节律的影响 张帅, 党君武, 焦立鹏, 武健康, 王艺潇, 徐桂芝 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2021.05.04 经颅磁声电刺激(TMAES)是一种新型无创的神经调控技术,利用超声与静磁场相互耦合产生感应电场,调节相应脑区的神经节律振荡活动,从而影响大脑学习、记忆等认知功能。为探究经颅磁声电刺激对大鼠工作记忆(WM)行为学实验中gamma节律神经振荡活动的影响,将20只健康成年Wistar大鼠随机分为对照组和刺激组,刺激组大鼠接受0.05～0.15 T、1.33～13.33 W/cm2的经颅磁声电刺激,持续10 d,对照组不接受刺激;采集T型迷宫工作记忆任务中大鼠前额叶皮层(PFC)的局部场电位信号(LFPs),对比分析两组间的行为学差异、LFPs的时频分布和互信息相关性。结果显示,刺激组大鼠执行工作记忆任务达到正确率80%以上所需时间为(7.57±0.99) d,明显少于对照组(10.65±2.32) d(P<0.05);在经过选择点位置前后,2.66～13.33 W/cm2组、0.10～0.15 T组大鼠LFPs信号gamma频段的能量密度明显高于对照组的相应值(P<0.05),6.65～13.33 W/cm2组、0.10～0.15 T组大鼠gamma频段12通道信号间的相关性明显强于对照组的相应值(P<0.05)。研究结果表明,经颅磁声电刺激能够增强大鼠工作记忆中前额叶皮层神经元集群gamma节律振荡活动,为进一步探索经颅磁声电刺激调节大脑记忆功能的作用机制奠定基础。 2021 Vol. 40 (5): 540-549 [摘要] ( 297 ) HTML (1 KB)  PDF (12240 KB)  ( 154 ) 550 融合多特征脑电评估孤独症儿童 赵杰, 靳亚娟, 张志明, 万灵燕, 李小俚, 康健楠 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2021.05.05 孤独症是一种复杂的神经发育性脑疾病,其早期发现和精确诊断非常重要。从54名孤独症和50名正常儿童的脑电信号中提取功率谱、熵、双谱相干性以及相干性等多特征进行分析研究,并对每组特征进行独立样本t检验分析组间差异;为提高分类性能,提出融合多特征脑电进行分析,进一步采用最大相关最小冗余算法进行特征选择,最后利用支持向量机建立分类模型。结果显示,用单一特征分类,得到的分类准确率为72%,灵敏度为73.94%,特异性为67.74%,F1分数为69.74%,因此单一特征所建立的分类模型性能较差;在融合多特征进行分类时,选择前25个特征建立模型,具有较高的分类精度(93.45%±0.79%),此时灵敏度为91.73%±0.42%,特异性为94.01%±0.36%,F1分数为92.54%±0.31%,且AUC达到0.96,相比单一特征分类模型具有良好的性能。研究结果可以为孤独症的辅助诊断提供科学客观依据,为孤独症儿童后期康复提供可靠参考。 2021 Vol. 40 (5): 550-558 [摘要] ( 315 ) HTML (1 KB)  PDF (1010 KB)  ( 381 ) 559 急性一氧化碳中毒迟发性脑病大鼠海马区长时程脑电信号研究 张凌星, 张晓莉, 张业宏, 于毅, 顾仁骏, 高智贤 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2021.05.06 急性一氧化碳中毒迟发性脑病(DEACMP)常见海马区病变,但假愈期该区域的病变过程和机制尚不清楚。因此,监测海马区长时程局部场电位活动,以探究DEACMP假愈期该区域脑电信号动态变化情况。选择30只雄性SD大鼠腹腔注射制备急性一氧化碳中毒大鼠模型,以周为节点于造模后1～8周分批在大鼠右侧海马区植入电极,每周采集4～5只大鼠海马区局部场电位信号,6只正常大鼠海马区局部场电位信号作为造模前参考基准,用小波包分解提取出α/β/θ/δ波,计算信号的均方根值(RMS)和能量占比。结果表明,与造模前相比,造模后前期(1/2周)和后期(7/8周)α/β/θ/δ波幅均显著增加(P<0.05),造模后1～8周期间4种振荡成分均方根值均呈现先增加后降低再增加的变化趋势。其中,造模前δ波波幅为(228±103)μV,造模后1和2周分别增加到(4 751±4 079)μV和(1 616±1 708)μV,7和8周则增至(1 221±567)μV和(3 222±2 052)μV。模型组1～8周的δ波能量占比比造模前均显著增加(P<0.05),其中造模前δ波能量占比为0.50±0.09,造模后1～8周分别为0.62±0.14、0.65±0.12、0.77±0.13、0.73±0.12、0.59±0.11、0.70±0.11、0.71±0.11和0.89±0.08;且中后期5～8周δ波(α波)随病程进展逐步增加(下降)(P<0.05),α波造模前能量占比为0.10±0.04,造模后5～8周分别降至0.08±0.02、0.06±0.03、0.05±0.02和0.01±0.01。 大鼠海马区4种脑电振荡均方根值在一氧化碳中毒初期普遍增加,预示DEACMP发病风险;中毒后δ波能量占比全程显著增加,且δ波和α波能量占比在中毒的中后期呈单向变化趋势。研究提示,脑电振荡分析方法可为DEACMP定量预测和评估提供一种新方法。 2021 Vol. 40 (5): 559-566 [摘要] ( 240 ) HTML (1 KB)  PDF (4550 KB)  ( 172 ) 567 基于振动反馈的手指捏力响应调控机制研究 王子文, 李可 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2021.05.07 本研究旨在设计一个顺应人体自身调控系统和感知能力的信息反馈通道。应用触觉再现技术,以人手捏力为感知信息,以振动刺激作为非模式匹配反馈信息,搭建力触觉-振动感知反馈系统,并以此作为触觉感知信息向人体传输的桥梁。在此基础上,对16名健康受试者开展力触觉-振动感知反馈实验,以测试受试者分别在有反馈和无反馈作用下对于捏力的调控能力。采集受试者的捏力信号,并通过稳态终值、边界接近比、上/下限相对偏离度等参数对其进行分段研究。统计分析结果表明,在0～10、10～20、20～30 N这3个力量等级下,有反馈和无反馈测试之间的“完成时间”均存在显著性差异(P<0.01),验证了振动反馈设备的有效性。此外,“边界接近比”的中值始终低于0.1,说明人体在捏力调控过程中,总是趋向于用较小的力完成实验要求。经过对力量曲线稳定期和调整期的多项分析,捏力控制都展现出来了相似的前馈反馈依赖机制,即在低力量等级时,主要依赖于人体前馈控制;而在高力量等级时,反馈起主要调节作用。 2021 Vol. 40 (5): 567-573 [摘要] ( 219 ) HTML (1 KB)  PDF (4528 KB)  ( 350 ) 574 基于动作类电子游戏不同水平人群的脑电beta节律频数分析法 刘晓波, 赵铃铃, 李毅, 宫殿坤, 尧德中, 董立 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2021.05.08 动作类电子游戏是现代生活中一种重要的娱乐方式。近年的研究发现,动作类电子游戏能对玩家的多种认知功能(如选择性注意)产生影响,而这些认知能力通常与脑电beta节律有关。但是,传统的脑电节律分析主要关注时程上的平均节律强度,难以相对连续地刻画不同游戏水平人群在游戏过程中注意相关的beta节律变化。基于机器学习算法提出一种新的脑电beta节律频数分析方法。被试包含232位英雄联盟正常男性玩家,游戏水平按照游戏排位由低到高分为水平1～5(各组被试数分别为27,74,77,34和20人)。被试先后在静息态和游戏状态下进行脑电数据采集。以每位被试游戏态beta节律与静息态beta节律的差值为特征,采用高斯核支持向量机对测试集中每位被试所有数据段进行预测分类(即高/低水平beta模式),然后计算每例被试中高水平beta模式的数据段占其所有数据段总数的比例。最后,采用单因素方差分析对各游戏水平被试的频数进行统计分析,并将其与游戏表现评分得分进行皮尔逊相关分析。结果表明,在游戏过程中,高水平beta3模式的频数在组间具有显著差异(P<0.05,F=17.40),且随着游戏水平的升高呈现显著的上升趋势。基于聚类法(P<0.05,F=6.57)与线性判别方法(P<0.05,F=14.84)的频数分析结果也显示高水平beta3模式频数的组间差异显著。进一步,发现该频数与游戏表现评分呈正相关(P<0.05,r=0.22)。研究提示,不同游戏水平对注意相关脑功能的影响可以通过高水平beta模式频数法进行刻画。对于理解游戏对大脑的可塑性影响,所提出的方法提供了新的角度且具有较好的应用前景。 2021 Vol. 40 (5): 574-581 [摘要] ( 268 ) HTML (1 KB)  PDF (5067 KB)  ( 226 ) 582 氧化铁纳米颗粒引起肝血窦内皮细胞损伤及其机制研究 张雪, 孔非, 温涛, 张宇, 孟洁, 许海燕 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2021.05.09 研究二巯基丁二酸修饰的Fe3O4纳米颗粒(DMSA-Fe3O4)对人原代肝血窦内皮细胞(HHSECs)的作用及对肝脏的影响。利用透射电镜和纳米颗粒追踪分析仪表征纳米颗粒尺寸和表面性质。采用实时无标记细胞分析技术、流式细胞术、实时荧光定量PCR技术和普鲁士蓝染色法等方法,检测0～200 μg/mL浓度范围内DMSA-Fe3O4对HHSECs的作用。将DMSA-Fe3O4(剂量为1 mg/kg)通过尾静脉注射到小鼠体内,分析肝脏的损伤情况。细胞实验重复数为3,动物实验每组4只动物。结果表明,HHSECs对DMSA-Fe3O4的摄取具有浓度和时间依赖性,细胞活性最低降到对照组的37.3%。DMSA-Fe3O4引起细胞ROS升高,是对照组的1.41倍;促进HO-1基因表达升高,是对照组的20.8倍;引起HIF-1α基因表达升高,是对照组的2.01倍;促进VEGF基因的表达升高,是对照组的4.2倍。4次静脉注射DMSA-Fe3O4后的第2 d,可观察到小鼠肝脏内皮细胞和库普弗细胞有DMSA-Fe3O4蓄积,并伴有肝组织染色变浅、少量肝细胞坏死;第158 d时,肝脏中蓄积的DMSA-Fe3O4明显减少,肝脏组织恢复正常形态。以上结果显示,HHSECs可大量摄取氧化铁纳米颗粒,引起细胞活性降低和氧化应激损伤。体内多次静脉注射的DMSA-Fe3O4可蓄积在肝脏中,伴有肝损伤。随着时间延长,纳米颗粒从肝脏中排出,肝脏损伤可以恢复。 2021 Vol. 40 (5): 582-589 [摘要] ( 241 ) HTML (1 KB)  PDF (12534 KB)  ( 159 ) 590 超快动态交联的可注射壳聚糖-透明质酸水凝胶及促创伤愈合研究 吴益栋, 洪丹, 郝文娟, 叶栋 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2021.05.10 可注射动态水凝胶是近年研究的热点,而制备无催化剂体系的快速交联的可注射动态水凝胶是研究的难点之一。以甲基丙烯酰化壳聚糖(CHMA)和醛基化透明质酸(ALHA)为原料,利用CHMA分子上的氨基与ALHA分子上的醛基和羧基,分别形成可逆动态席夫碱键和静电相互作用,可快速制备一种水凝胶。通过动态流变分析仪表征其凝胶化速率、剪切变稀行为和自愈合特征,通过体外细胞三维培养实验评估其细胞相容性,并通过急性全层皮肤创伤修复实验对其创伤愈合速率进行评估。结果表明,只需5 s,CHMA和ALHA的混合溶液就能形成凝胶。此外,该凝胶具有剪切变稀和快速自愈合的可注射特征,当扫描频率从10-1 s-1增加至102 s-1时,其复数黏度由0.4 kPa降低至8 Pa;当应变在1%~1000%之间交替变化时,储能模量与损耗模量的大小能够迅速切换,且模量没有显著性地降低。同时,体外细胞三维培养实验表明,该水凝胶还具有优异的细胞相容性(细胞存活率高于95%),并且在雄性ICR小鼠急性全层皮肤缺损模型实验中,水凝胶组的创伤愈合时间相比空白对照组缩短5～7 d,表现出较快的创伤愈合速率。综上可见,这种可注射壳聚糖-透明质酸水凝胶在生物医药、组织功能、临床医学等领域具有广阔的应用前景。 2021 Vol. 40 (5): 590-596 [摘要] ( 470 ) HTML (1 KB)  PDF (4718 KB)  ( 558 )        综述 597 视疲劳主观测量研究发展综述 冯永, 朱淑丰, 陈霏 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2021.05.11 视觉疲劳在现代生活中非常普遍,不仅会降低视觉效能,甚至可引发眼部和头颈肩疾病以及心理问题。因而,视疲劳测量一直是视觉工效学和临床眼科的重要研究内容。针对视疲劳主观测量发展中的标准、信度和耗时等难题,回顾近30年来相关的研发和使用。根据设计过程和参数特点将其分为经典、专业和新型等3大类,分别介绍其最新发展现状;说明主流量表的特点和优劣及其瓶颈问题,阐述对内“融客于主”、智能适应和对外场景拓展及体系集成等发展建议。最后,展望了视疲劳主观测量的未来发展趋势和新兴研究方向。 2021 Vol. 40 (5): 597-607 [摘要] ( 385 ) HTML (1 KB)  PDF (1046 KB)  ( 1304 ) 608 磁性纳米颗粒的产热机制及在肿瘤热疗中的应用 解丽芹, 左喜瑞, 张楠, 陈红丽, 张其清 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2021.05.12 磁热疗是继放射治疗、化学药物治疗后新兴的一种微创肿瘤治疗手段。磁性纳米颗粒在外加磁场下靶向病变部位并积集于此,在交变磁场中磁滞或弛豫产热,使病变部位快速升温。磁热在肿瘤微环境使其发生蛋白质变性、DNA损伤、免疫系统激活等,可在短时间内安全有效地杀死肿瘤细胞。综述磁性纳米颗粒的产热机制,在肿瘤磁热疗中与细胞的相互作用,及与其他肿瘤治疗方式的协同作用,并讨论其对细胞毒性和治疗的副作用。 2021 Vol. 40 (5): 608-619 [摘要] ( 456 ) HTML (1 KB)  PDF (10097 KB)  ( 273 ) 620 钛植入物促骨整合及抗感染涂层的研究进展 陆肖璇, 张露露, 阳曦, 陈佳龙 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2021.05.13 钛及其合金具有稳定的化学性质和良好的人体亲和性,常被作为骨科植入材料,但未经处理的钛植入物易发生骨整合不良和植入物周围感染导致植入失败。近年来,人口老龄化加剧带动植入材料使用量增加,亟需性能更好的钛表面修饰方法以降低植入失败率。理想的骨科植入物应同时具备促成骨和抗菌特性,但目前大量表面改性策略只解决其中一种问题,导致植入物无法达到预期效果。因此,植入材料涂层需满足这两种特性或在两者间寻找平衡点。综述近几年来解决钛植入物无菌性松动或感染问题的最新策略,如表面形貌改善和生物分子涂层等促进成骨,抗菌药物负载和光热治疗等防治感染措施,并通过双因素整合和三因素整合进一步介绍了同时解决这两个问题的研究进展。 2021 Vol. 40 (5): 620-627 [摘要] ( 466 ) HTML (1 KB)  PDF (3890 KB)  ( 465 ) 628 脱细胞基质水凝胶促组织再生的研究进展 蒋永生, 李锐, 韩春婵, 黄立江 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2021.05.14 脱细胞基质水凝胶是组织或器官通过物理、化学和酶解等手段去除其细胞的内容物,只保留细胞骨架结构和细胞外基质等成分,以实现促细胞黏附、增殖和分化并为其生长创造良好微环境的天然高分子生物材料。近年来,由于其良好的细胞相容性、生物可降解性和诱导组织再生能力,脱细胞基质水凝胶在组织修复、再生医学领域备受关注。首先,介绍该水凝胶的基本特点和材料特性,包括其内部的组成成分和结构、组织特异性以及潜在的免疫排斥反应;然后,从细胞水平的培养、临床前的研究和临床上的应用等三方面,重点阐述脱细胞基质水凝胶在组织工程学中的研究应用;最后,展望脱细胞基质材料运用的优势和需要克服的缺陷。总之,作为构建工程化组织以及修复组织缺损的新型生物活性材料,脱细胞基质水凝胶具有广阔的应用前景。 2021 Vol. 40 (5): 628-635 [摘要] ( 598 ) HTML (1 KB)  PDF (838 KB)  ( 769 )        简讯 636 一种新型干性生物瓣膜耐久性能体外测试及评价 刘丽, 万辰杰, 王硕, 李崇崇, 柯林楠, 王春仁 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2021.05.15 随着生物技术的发展,近年来出现了通过覆盖钙结合位点的牛心包处理技术,并以此为瓣叶材料制备出干性生物瓣膜。由于干性生物瓣膜临床应用时间短,尚缺少长期耐久性数据。本研究采用体外加速方法,对一种干性生物瓣膜耐久性能进行测试及评价。选取23和32 mm这两个规格干性生物瓣膜进行体外耐久性能测试。通过瓣膜脉动流实验、瓣叶热力学分析和显微镜下胶原纤维观察,对其耐久性能进行评价。经过2亿次循环(模拟临床使用5年),干性生物瓣膜流体力学性能无明显变化,其中23 mm规格干性生物瓣膜平均跨瓣压差有所升高,但仍处于同规格生物瓣膜较低水平;32 mm规格干性生物瓣膜平均跨瓣压差几乎没有变化。有效瓣口面积基本一致,返流百分比无明显变化,说明干性生物瓣膜未发生明显的狭窄和返流,能量损失无明显变化,说明瓣膜的效能无明显降低。瓣叶材料的热力学变性温度由96.6℃降至91.2℃;在双光子共聚焦显微镜下观察,同样测试条件下亮度变暗,但胶原纤维形状未发生变化,仍是卷曲的立体结构,说明胶原纤维含量降低,化学键部分丢失,与热变性温度表现一致。干性生物瓣膜耐久性能实验后,微观结构发生一定变化,但仍具有良好的流体力学性能。 2021 Vol. 40 (5): 636-639 [摘要] ( 253 ) HTML (1 KB)  PDF (3092 KB)  ( 329 )

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