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2022年 41卷 4期 刊出日期：2022-08-20 论著 综述 简讯 目录        目录 0 目录 2022 Vol. 41 (4): 0-0 [摘要] ( 158 ) HTML (1 KB)  PDF (252 KB)  ( 95 )        论著 385 经颅直流电刺激对基于偏定向相干因效脑网络特征的影响 金荣杭, 罗志增, 史红斐 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2022.04.001 利用脑网络研究经颅直流电刺激(tDCS)对脑功能机制和脑皮层状态的影响具有重要意义。本研究基于偏定向相干因果分析方法,构建被试在不同tDCS刺激实验范式下进行运动想象的因效性脑网络。以因效性脑网络的功能脑区通道信息流入、流出率为局部特征,平均聚类系数、全局效率为全局特征,分析研究tDCS对运动想象脑网络特征的影响。16名健康被试均为右利手。结果显示,被试执行左手运动想象下,伪刺激和阳极刺激C4后的C4通道信息流出率、流入率、平均聚类系数和全局效率分别为0.142±0.014、0.193±0.013、0.585±0.046、0.347±0.031和0.223±0.025、0.258±0.023、0.817±0.021、0.491±0.091,均存在显著性差异(P<0.05);tDCS阴极刺激C4后的C4通道信息流出率、平均聚类系数和全局效率分别为0.109±0.009、0.356±0.037和0.252±0.024,与伪刺激相比差异显著(P<0.05),C4通道信息流入率为0.184±0.008,与伪刺激相比无显著差异(P>0.05)。研究表明,阳极tDCS有效激活该脑区皮层的活跃性,使脑区信息交流更加频繁,增加脑网络的聚集程度,提高脑网络的连通性;阴极tDCS刺激则会抑制脑区皮层的活跃性,降低了脑区信息的流出,减少脑网络的聚集程度,降低脑网络的连通性。 2022 Vol. 41 (4): 385-392 [摘要] ( 522 ) HTML (1 KB)  PDF (5736 KB)  ( 405 ) 393 基于自适应多尺度脑功能连接的局灶性癫痫发作检测方法研究 徐嘉阳, 杨婷婷, 李雯, 李扩, 杜昌旺, 刘晓芳, 盛多铮, 闫相国, 王刚 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2022.04.002 利用长时程脑电图检测癫痫发作是临床中较为广泛的应用,然而这项工作乏味、耗时,且很大程度上依赖于临床医生的自身经验和主观判断,准确性和可重复性也较低。针对长时程脑电图检测癫痫中存在的问题,提出一种基于自适应多尺度脑功能连接的癫痫发作检测方法(AMBFC),并选取10例局灶性癫痫患者的发作期和非发作期的样本作为研究对象。首先在一个滑动时间窗内,通过多元经验模态分解(MEMD)提取19通道脑电信号的7个本征模函数(IMF)分量及残差;然后建立多变量自回归(MVAR)模型,利用有向传递函数(DTF)提取流出信息强度,进行特征组合,并通过主成分分析(PCA)降维保留原始特征数目的85%;最后经代价敏感支持向量机(CSVM)分类区分发作期和非发作期脑电,并通过五重交叉验证进行癫痫发作检测算法的效果评价。结果表明,AMBFC算法检测脑电癫痫发作得到的平均准确率为98.6％,精确率为81.9％,召回率为81.4％,F2值为0.80。与各IMF分量、DTF-CSVM算法等检测结果相比,AMBFC算法更具有优越性。有望应用于长时程脑电的实时监测。 2022 Vol. 41 (4): 393-401 [摘要] ( 400 ) HTML (1 KB)  PDF (4333 KB)  ( 396 ) 402 一种疲劳驾驶检测中的脑电信号通道选择方法 郑赟, 马玉良, 孙明旭, 申涛, 张建海, 佘青山 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2022.04.003 针对传统的基于全通道脑电信号(EEG)的疲劳驾驶检测方法中存在数据冗余和硬件设施复杂的问题,提出一种基于阈值筛选的通道选择方法。首先对多个特征计算标准差等指标分别筛选出每个特征各自的理想通道;其次使用多层感知超限学习机(H-ELM)和使用粒子群优化算法(PSO)优化后的多层感知超限学习机(PSO-H-ELM)分别对理想通道的数据进行二分类, 并且与全通道数据的分类结果进行对比。分别采用了2组实验数据(一组数据通过实验室的模拟驾驶设备采集,受试6人;一组数据来自于公开数据集,受试12人;两者采集设备不同)对提出的方法进行了验证。实验结果表明,对于18名受试者,使用集合经验模态分解(EEMD)所获得的有限个本征模函数(IMF)的功率谱(PSD)特征普遍能够得到较多理想通道,并且对于同一设备,理想通道的分布大致相同并且通道数较少(分别为8个和11个通道)。同时,此通道选择方法还极大提高了疲劳驾驶检测的分类准确率(18 名被试在使用理想通道数据下的平均准确率达到了99.75 %,比使用全通道数据的准确率提高19.36 %)。此外,样本熵的理想通道与功率谱的理想通道几乎不重合,说明两种特征具有很好的互补性,两者特征结合提高了本方法的实用性,在疲劳驾驶检测的应用上具有一定参考价值。 2022 Vol. 41 (4): 402-411 [摘要] ( 542 ) HTML (1 KB)  PDF (1506 KB)  ( 790 ) 412 基于主题模型的胶囊内镜图像序列筛查 农桂仙, 潘宁, 陆恒, 胡怀飞, 刘海华 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2022.04.004 无线胶囊内窥镜(WCE)是用于记录患者消化道影像的新技术,该技术的出现给消化道疾病诊断带来了极大帮助。但在检测过程中,每位患者所产生的约5~8万幅图像中含有大量气泡和杂质等干扰图像,极大地影响了疾病诊断的效率。目前大多数方法只针对气泡筛查,且这些方法通常不稳定、普适性较差。因此,提出一种基于主题模型的WCE图像语义分析方法筛查序列中干扰性图像。首先构建非对称自编码器提取图像特征,并利用K-Means算法对训练图像块特征聚类构建视觉单词;其次将测试图像块特征映射到视觉单词中,获得测试图像的词频矩阵,实现基于视觉单词的图像语义表达;最后利用主题模型对词频矩阵进行分析,获取图像语义分类。数据集来源于南京东部战区总医院的消化道内科30例不同患者的WCE图像序列,且由临床经验丰富的医生进行注解,其中包括3 340幅气泡图像、3 330幅杂质图像和3 330幅正常图像,以1∶1的比例随机划分为训练集和测试集,进行10次交叉验证。实验结果表明,该方法能有效筛查出干扰性图像,基于深度学习的卷积自编码器优于传统的特征提取方式,获得96.87%的精度,有效地减少医生阅片负担,提高疾病诊断效率。 2022 Vol. 41 (4): 412-419 [摘要] ( 234 ) HTML (1 KB)  PDF (7176 KB)  ( 62 ) 420 基于曲线描述子的手指静脉识别 苏丹, 王新强, 刘宇航, 陆瑶芃, 李婷, 聂泽东 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2022.04.005 手指静脉识别因为具有高防伪性、唯一性、稳定性和活体检测等优点,成为身份识别领域的研究热点。目前大多数基于指静脉结构特征的识别算法仅考虑到了细节点特征,却忽略了静脉网络结构的曲线特征,造成一部分结构信息的丢失,影响识别结果。针对上述问题,提出一种基于曲线描述子的手指静脉识别算法。首先,提取出指静脉的骨架结构,检测静脉交叉点和端点,并利用交叉点和端点将静脉骨架分割为若干条曲线段;其次,通过交叉点和曲线段的相对位置及形状特征提出曲线弧描述子和交叉弧描述子,并提取指静脉的结构特征矩阵;最后,根据提出的加权距离式计算匹配交叉弧对进行图像匹配。对实验室采集的来自56名志愿者的840张手指静脉图像进行算法实验,结果表明,传统的局部二值模式(LBP)、局部三值模式(LTP)和加速稳健特征(SURF)算法的等错误率分别为4.47%、3.99%和6.08%,而本方法的等错误率仅为1.63%。所提出方法在指静脉识别中具有一定的普适性和应用前景。 2022 Vol. 41 (4): 420-430 [摘要] ( 266 ) HTML (1 KB)  PDF (3170 KB)  ( 376 ) 431 边缘先验信息下的多类型肠道息肉图像分类网络 李胜, 曹婧, 叶淑芳, 代飞, 何熊熊 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2022.04.006 肠道息肉的分级能够为内窥镜医生提供辅助诊断,对需要及时处理的高风险息肉和可以暂缓处理的低风险息肉进行区分。现有的基于深度学习息肉分类算法不能很好地区分类间相似性高的图像,针对息肉分级任务有待改进。提出一个包含边缘检测阶段、边缘特征描述提取阶段以及息肉分类阶段的边缘先验信息下的多类型肠道息肉图像分类网络。首先,在边缘检测阶段的跳跃连接层处,设计并嵌入反向注意力边缘监督模块以更好地捕获息肉边缘细节信息;其次,在内窥镜医生先验知识的指导下分别通过统计息肉边缘像素点个数和凹凸性来表示息肉边缘周长大小和光滑性特征,以此来补充神经网络特征提取的不足;最后,在分类网络的DenseBlock4后加入通道注意力自适应地捕获判别性特征。所构建的数据集来自丽水市人民医院消化内镜中心2018年至2019年的脱敏数据,样本量含1 050幅原始图像。在构建的四分类数据集上进行五折交叉验证,达到了77.29%的总体准确率,相比于已有算法的最好结果提高了6.46%。融合边缘先验信息的分类网络能够有效地对非腺瘤性息肉与低级别腺瘤性息肉、高级别腺瘤性息肉与腺癌这两组类间高相似度的息肉图像进行区分,增加网络的鲁棒性并提高网络的分类性能,在有限的训练数据集下为医生诊断提供辅助意见。 2022 Vol. 41 (4): 431-442 [摘要] ( 362 ) HTML (1 KB)  PDF (7387 KB)  ( 243 ) 443 基于深度学习的肺炎图像目标检测 何迪, 刘立新, 刘玉杰, 熊丰, 齐美捷, 张周锋 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2022.04.007 肺炎是一种严重危害身体健康的疾病,通常使用肺部X光片进行检查。肺炎诊断是肺炎治疗前非常重要的环节,但是由于肺部其他疾病的干扰、医疗数据的爆发式增长以及专业病理医生的缺乏等,导致肺炎的准确诊断较为困难。深度学习能够模仿人脑的机制准确高效地解释医学图像数据,在肺炎图像检测方面获得了广泛应用。构建了3种基于深度学习的图像目标检测模型,单发多框探测器(SSD)、faster-RCNN和faster-RCNN优化模型,对来自Kaggle数据集的26 684张带标签的肺部X光图像进行研究。原始X光图像经预处理后输入3种深度学习模型,分别对单处和两处病灶区域进行目标检测。随机选取500张测试图像,利用损失函数、分类准确率、回归精度和误检病灶数等指标对各模型的性能进行评估。结果表明,faster-RCNN的性能指标优于SSD;Faster-RCNN优化模型的性能指标均优于其他两种模型,其损失函数值小且可快速达到稳定,平均分类准确率为93.7%,平均回归精度为79.8%,且误检病灶数为0。该方法有助于肺炎的准确识别和诊断。 2022 Vol. 41 (4): 443-451 [摘要] ( 501 ) HTML (1 KB)  PDF (7432 KB)  ( 325 ) 452 基于机器学习的低浓度多巴胺快速电化学检测方法研究 刘哲, 孙乐圣, 于骏, 陆柠, 徐莹, 郭淼 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2022.04.008 针对便携式恒电位仪精度较低、易受试验条件影响的问题,结合纳米材料修饰电极与机器学习算法,提出一种低浓度多巴胺(DA)电化学检测分析方法,以期在多个实验干扰因素存在的情况下实现DA的快速准确检测。利用计时电流法(CA)在玻碳电极(GCE)表面电沉积金纳米粒子制备AuNPs/GCE电极,采用循环伏安法(CV)验证其对DA的氧化还原具有良好的电催化活性。在不同底液pH和扫速下,基于AuNPs/GCE电极对不同浓度DA溶液进行重复性循环伏安检测,对检测数据进行峰高、峰电位、基线斜率、峰面积和起始氧化还原电位等重要特征参数的提取,并结合极端梯度提升树(XGBoost)和随机森林(RF)构建两阶段浓度预测模型。结果表明,对于不同pH和扫速干扰下的DA检测数据,相较于传统SVR模型,XGBoost-RF浓度预测模型的MAE、RMSE和MAPE%分别降低53.9%、39.7%和2.7%,RF预测模型的训练时间降低23%,预测准确度提升7%,预测值和真实值间的拟合度(R-Squared)为0.943。所提出方法有效降低了DA测定过程中不同实验干扰因素的影响,在提高检测精度的同时降低了实验的复杂度,对实现微量特征物的电化学现场快速检测具有重要意义。 2022 Vol. 41 (4): 452-461 [摘要] ( 331 ) HTML (1 KB)  PDF (11023 KB)  ( 179 )        综述 462 基于时域光声信号的谱分析技术及其在生物医学领域的应用 郑佳欣, 田蕊, 刘明晴, 昝克华, 王艺涵, 朱守平 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2022.04.009 基于时域光声信号的谱分析技术是一种能够提供生物组织结构和功能信息的非侵入式检测技术,其结合了光学模态的高对比度和超声模态在深层组织中的高分辨率两重特性,可对不同波长光激发下的目标生物组织的光声信号数据集进行处理分析。相较于传统光谱检测,该技术不易受被测对象形状、形态的限制和光散射的影响,使其对较深层组织的检测仍具有较高灵敏度。相较于光声成像,该技术无需引入图像重建算法且专注于实现定量分析。综述时域光声信号的谱分析技术在生物组织、生物体液、生物呼出气体检测中的应用,介绍相关研究所采用的改进实验系统或不同信号处理方法,阐述该技术的研究进展与发展方向。 2022 Vol. 41 (4): 462-472 [摘要] ( 305 ) HTML (1 KB)  PDF (4061 KB)  ( 519 ) 473 糖尿病下肢动脉病变诊断方法的现状与展望 杨宇祥, 史壮志, 张甫, 张林杉, 朱艳, 李中林 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2022.04.010 糖尿病下肢动脉病变(LEAD)是引发糖尿病足的主要病理因素之一,而糖尿病足是糖尿病最严重且治疗费用最多的慢性并发症,因此对LEAD的早期诊断是预防糖尿病足发生的关键。综述目前临床上常规使用的LEAD诊断方法,包括主观评测法、影像检测法以及生理参数检测法3类方法,分别阐述各种方法的基本原理及其优缺点,并总结微血管病变(MVD)及局部动脉脉搏波速度(PWV)检测技术临床应用的可行性,针对当前日益增长的对LEAD早期诊断的需求,探讨其可否成为糖尿病患者隐匿性LEAD早期诊断的突破口。 2022 Vol. 41 (4): 473-484 [摘要] ( 447 ) HTML (1 KB)  PDF (969 KB)  ( 451 ) 485 影像与基因特征分析方法在阿尔茨海默病中的研究进展 韩立婷, 姚旭峰, 金宇, 赵从义, 黄钢 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2022.04.011 阿尔茨海默病(AD)是一种最常见的神经退行性疾病,且已有研究证实其表型易受遗传因素的影响。近年来,随着多模态脑成像和高通量基因组学在医学影像中广泛应用,通过数据挖掘、数学建模等方法,探索影像与基因的关联分析已成为新的热点。目前,用影像与基因特征联合分析来研究AD,并在AD的早期诊断、分类和预后分析等方面该技术的应用已经取得了重大的进展。首先对影像与基因特征分析技术进行概述,然后阐述了统计学及机器学习方法在影像与基因特征联合分析中的应用,最后对该技术的发展前景进行了展望。 2022 Vol. 41 (4): 485-492 [摘要] ( 300 ) HTML (1 KB)  PDF (828 KB)  ( 515 ) 493 太空飞行神经眼综合征的生物力学因素研究进展 王晓飞, 刘亭亭, 樊瑜波 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2022.04.012 长期太空飞行可导致航天员眼部解剖结构改变并产生相应的视力受损,这种现象被定义为太空飞行相关神经眼综合征(SANS)。SANS是人类长期太空飞行眼部面临的最重要的问题,其发病机理尚未阐明,阻碍了有效防护措施的开发,也无法建立个体易感性评估指标,用于建立相应的航天员遴选标准。SANS与微重力环境下视神经蛛网膜下腔脑脊液压升高有关,但详细的作用机制和相应的对抗措施尚不明确。首先对SANS导致的视盘、眼后节、蛛网膜下腔和视神经的形态学变化进行了总结,随后就当前学界提出的SANS发病机理、影响SANS易感性因素以及应对措施进行了综述,并总结了SANS与微重力环境下视神经蛛网膜下腔脑脊液压力的关系,最后对如何将地基实验与天基实验有效结合来深入探索SANS的发病机制进行了展望。 2022 Vol. 41 (4): 493-501 [摘要] ( 358 ) HTML (1 KB)  PDF (4645 KB)  ( 496 ) 502 冠状动脉钙化病变血管成形术中球囊的应用现状 李佳松, 蔺嫦燕 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2022.04.013 严重钙化的冠状动脉病变被认为是经皮冠状动脉介入治疗过程中最具挑战的病变之一。钙化通常会阻碍球囊扩张、损害支架梁和聚合物涂层,进而导致临床治疗效果变差,甚至无法完成手术。因此钙化斑块的预处理非常必要,因而针对不同类型的钙化病变,选择正确的冠脉血管成形术球囊,成为新的研究内容。从结构信息、应用现状并结合计算机仿真实验,综述经皮冠状动脉介入治疗中钙化病变血管成形术预处理选用球囊,包括切割球囊、棘突球囊等;阐述计算机仿真实验在指导钙化斑块经皮冠状动脉内腔血管成形术时球囊选择中的价值。 2022 Vol. 41 (4): 502-507 [摘要] ( 296 ) HTML (1 KB)  PDF (778 KB)  ( 734 )        简讯 508 基于FastICA与ICEEMDAN的人脸视频心率检测 赵明康, 王镇, 齐晨成, 王艺潇, 张帅 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2022.04.014 现有的非接触式心率检测方法存在噪声干扰、准确率低等问题。针对这些问题,提出一种基于FastICA与改进的自适应噪声完全集合经验模态分解(ICEEMDAN)相结合的算法,采用人脸视频进行心率检测。用摄像头采集人脸视频,并从视频中提取R、G、B通道源信号,即皮肤颜色变化信号,分别求出RGB这3个颜色通道的像素平均值;然后利用 FastICA对RGB这3组像素平均值进行解混,得到3组独立源信号,再用ICEEMDAN将其中一组独立源信号进行模态分解,并选取合适频段内的固有模式函数(IMF)估计心率的信号,最后用频谱分析计算得到心率。设计实验对8名人员进行了人脸视频检测,将检测结果与多参数监护仪进行对比分析。实验结果表明,该方法与多参数监护仪测量结果的平均误差与均方根误差均小于1 beat/min,因此基于FastICA与ICEEMDAN的人脸视频心率检测对人体心率检测具有良好的稳定性和准确性。 2022 Vol. 41 (4): 508-512 [摘要] ( 294 ) HTML (1 KB)  PDF (1158 KB)  ( 323 )

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