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2022年 41卷 6期 刊出日期：2022-12-20 论著 综述 简讯 目录 索引        目录 0 目录 2022 Vol. 41 (6): 0-0 [摘要] ( 152 ) HTML (1 KB)  PDF (263 KB)  ( 165 )        论著 641 基于核主成分分析的相关向量机人体动作分类新型模型 吴建宁, 林秋婷, 伍滨 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2022.06.001 针对小样本人体动作数据分类泛化性能差等问题,提出一种基于核主成分分析的相关向量机人体动作分类新型模型。该模型有效利用核函数,融合核主成分分析与相关向量机,在高维特征空间挖掘更多蕴含人体动作差异信息的非线性特征,提升相关向量机准确表征人体动作差异稀疏分布的学习性能,提高小样本人体动作数据分类泛化性能。选用美国加利福尼亚州大学公开的可穿戴人体动作数据库UCI-HAR中所有30名受试者,共6类动作模式、10 299个样本数据,采用十次交叉验证训练测试方法,评价所提出模型的有效性。结果表明,仅需约10个相关向量,分类准确率可达96%,分别高于基于核主成分分析的支持向量机和CNN-LSTM深度学习模型的分类准确率约5.4%和3.6%,有效提高小样本动作数据分类泛化性能,为准确鉴别人体动作变化提供一个新的思路和方法。 2022 Vol. 41 (6): 641-649 [摘要] ( 448 ) HTML (1 KB)  PDF (3248 KB)  ( 363 ) 650 基于多任务多注意力残差收缩卷积神经网络的可穿戴睡眠呼吸暂停检测方法 沈奇, 魏克铭, 刘官正 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2022.06.002 睡眠呼吸暂停综合征(SAS)是常见的慢性呼吸障碍疾病,常伴随着多种并发症,严重困扰着人类健康。基于可穿戴设备的容积血流脉搏波(PPG)的SAS检测方法引起了广泛关注,具有低成本、低负荷、穿戴方便等优点。针对可穿戴PPG信号干扰更大的问题,提出一种多任务多注意力残差收缩卷积神经网络的睡眠呼吸暂停检测方法。首先,利用智能手环设备,收集了92例手腕部的PPG睡眠数据;其次,设计了一种残差多注意力机制卷积模块,高效地融合了网络在时间域与通道域的双重重要特征;然后,引入残差收缩卷积模块来抑制信号噪声以及网络的冗余特征。以这两种模块的结合构建了用于特征提取的骨干网络。结果表明,片段检测的准确率,敏感性以及特异性分别达到了81.82%,70.27%以及85.81%;个体检测的准确率,敏感性,特异性分别达到了95.65%,88.89%以及97.30%。所提出的模型具有优异的检测性能,有望嵌入到可穿戴设备中。 2022 Vol. 41 (6): 650-662 [摘要] ( 415 ) HTML (1 KB)  PDF (4293 KB)  ( 508 ) 663 基于改进U-Net网络的多囊卵巢图像分割方法 巫笠平, 段晓鹏, 马玉良, 张建海 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2022.06.003 多嚢卵巢综合征(PCOS)是一种严重危害女性健康的疾病。针对PCOS超声图像存在目标区域对比度低,背景噪声多等问题,提出一种基于改进U-Net网络的多囊卵巢图像分割方法。首先,对PCOS图像进行预处理以减少斑点噪声和阴影的影响;然后,通过八度卷积模块降低冗余低频特征图并进行特征融合,并采用分层残差跳连模块弥补U-Net编码器与解码器之间的语义鸿沟;接着,使用PCOS超声图像数据集进行实验;最后,使用包含2 594张皮肤病变图像的公开数据集ISIC2018进行验证实验。所提方法在PCOS超声图像数据集上达到了88.42%分割精度,相比于U-Net提升了4.24%;并在ISIC2018数据集上实现了97.5%的分割精度。实验结果表明,所提方法不仅在多囊卵巢囊泡的分割上有所提升,在鲁棒性方面也有较好的表现,在其他医学图像分割领域有一定的参考价值。 2022 Vol. 41 (6): 663-671 [摘要] ( 435 ) HTML (1 KB)  PDF (7964 KB)  ( 334 ) 672 改进的NASNet算法在乳腺超声诊断中的应用研究 易三莉, 佘芙蓉, 杨雪莲, 陈东, 罗晓茂 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2022.06.004 超声图像在乳腺疾病的临床诊断中具有重要意义,但是乳腺超声图像分辨率低、样本量小,同时对于NASNet算法虽然适用于小样本数据但参数量大难以训练的问题。本研究提出一种改进的NASNet分类算法来检测乳腺肿块的良恶性。首先采用迁移学习技术将NASNet在ImageNet上预训练,将学习到的特征直接用于乳腺超声图像上肿块的良恶性识别,节省计算成本的同时提高精度;然后,为增强网络对超声图像特征的提取能力并使网络轻量化,在NASNet深层融入深度可分离卷积,构造出更深更宽的网络;最后,为了增强与疾病更加相关的特征权重,进一步增强高阶特征信息的提取能力,加入SE模块来筛选超声图像中占比较重的通道特征。为验证该算法,基于本地医院数据集以及公共数据集实验,其中本地医院数据共计1 350张超声图像,两个公共数据集共计895张超声图像。采用五折交叉验证的训练方法,并将该算法与目前广泛应用的分类算法进行比较。基于本地医院数据实验的Acc、Sen、F1均为97.52%;公共数据集作为训练集和验证集,本地医院数据集作为测试集的实验的Acc、Sen、F1分别为96.31%、96.31%、96.39%;基于本地医院数据和公共数据的混合数据实验的Acc、Sen、F1均为98.27%。所提算法较其他算法具有优越性,证实了该算法更适用于小样本乳腺超声图像的肿块良恶性分类。 2022 Vol. 41 (6): 672-679 [摘要] ( 257 ) HTML (1 KB)  PDF (3720 KB)  ( 352 ) 680 基于改进PatchMatch算法的胶囊内镜图像相似度评估方法 田昊, 陆恒, 潘宁, 胡怀飞, 刘海华 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2022.06.005 每例胶囊内镜检查产生几万幅图像序列数据,给临床医学诊断带来极大困难,因此,研究胶囊内镜图像的相似度评估方法,筛查序列中冗余图像,对提高临床医生的阅片效率具有重要的意义。本研究提出基于空间约束的PatchMatch算法以实现胶囊内镜图像相似度评估。通过增加图像块偏移位置约束,限制图像块的初始化匹配区域,以及为待匹配的图像块提供不同的匹配搜索区域,对经典的PatchMatch算法进行改进,实现了局部图像块的匹配;然后,结合匹配图像块的位置和纹理特征信息生成图像等级的集成描述器,并通过集成描述器间的联合概率评估图像间的相似度。综合不同描述器算子(SIFT,HOG)对10例含5 000幅以上胶囊内镜图像序列进行冗余筛查实验。结果显示,筛查的准确率、召回率和F-measure分别为93.73 %、95.44 %和94.77 %。所提出的方法可有效地进行胶囊内镜图像的相似度评估。 2022 Vol. 41 (6): 680-690 [摘要] ( 248 ) HTML (1 KB)  PDF (13473 KB)  ( 96 ) 691 基于改进YOLO Nano的嵌入式手背静脉检测 赵德春, 田媛媛, 陈欢, 赵泽翰, 陈毅, 袁杨 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2022.06.006 静脉穿刺作为最基本的医疗手段,仍然是医疗工作者面临的一大挑战。针对近红外图像提出一种静脉检测和定位方法。首先,设计基于近红外的可穿刺静脉定位嵌入式系统,采集43名实验对象左右手手背静脉图像,经预处理后建立了含325张手背静脉图像的数据库;其次,改进YOLO Nano算法,通过裁剪网络结构减小模型大小,并缩减输出尺度适应检测目标的尺寸,同时引入空间金字塔结构以提升模型的特征表达能力和计算能力,最终达到更高检测准确率。按7∶3的比例将数据库划分为训练集和测试集并进行标注和数据扩充,并在嵌入式设备上进行了测试。结果表明,改进的YOLO Nano模型参数量减小了15%,平均精确度由91.68%提升至93.23%,检测时间缩短为529 ms,较YOLO Nano减少了22%,在检测速度和准确率上均优于原版YOLO Nano,实现了穿刺静脉的快速准确检测与定位。 2022 Vol. 41 (6): 691-698 [摘要] ( 328 ) HTML (1 KB)  PDF (5988 KB)  ( 358 ) 699 基于动态突触神经网络的菌落图像轮廓提取方法 蔡哲飞, 范影乐, 武薇 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2022.06.007 菌落图像轮廓提取的准确性对于微生物菌落形态学和特征分析具有重要意义。本研究构建一种基于动态突触神经网络的菌落图像轮廓提取方法。首先面向视网膜光电转换过程,提出一种基于光照强度的感受野尺度自适应调节模型;其次构建融合了电突触与化学突触侧向调节的带泄漏积分触发(LIF)模型,通过神经元膜电位、空间分布关系以及响应时间差调节电突触和化学突触强度,并获得有无侧向调节作用下的菌落边缘敏感图像;最后比较有无侧向调节作用下神经元响应时间差,利用STDP学习规则对突触权重进行动态更新,以此调整菌落轮廓细节,并将其与初级轮廓响应相结合,得到最终菌落图像轮廓信息。以实验室所采集的40幅菌落图像为研究对象,选取边缘置信度BIdx、平均结构相似度MSSIM,以及综合性能EIdx为评价指标。结果表明,本方法所获取的菌落轮廓更加准确、连续且噪声少,BIdx和MSSIM分别为0.651 4±0.056 5和0.831 8±0.026 1,EIdx为0.765 7±0.027 4,较OS、BAR和LS等3种基于生物视觉的对比方法分别有显著性提升(P<0.01)。所构建的动态突触神经网络适用于菌落等具有丰富细节特征的图像轮廓提取,可为融入生物视觉机制的神经计算模型研究和应用提供一种新思路。 2022 Vol. 41 (6): 699-707 [摘要] ( 262 ) HTML (1 KB)  PDF (4449 KB)  ( 364 ) 708 全脑解剖学标志稀疏关联的阿尔茨海默症诊断 郑菲, 唐奇伶, 刘汝璇, 张美玲, 葛威 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2022.06.008 阿尔茨海默症(AD)是一种复杂的神经退行性疾病,伴有记忆和其他精神功能的进行性损害,是造成老年人死亡的主要原因,如何对AD进行准确的诊断至关重要。根据生物学验证,已知人脑中的多个脑区在解剖学上和功能上是相互联系的,但现有的研究方法往往忽略了潜在的特征间的关系。因此,关注大脑不同区域的特征相关性有利于提高脑认知疾病的检测性能。本研究提出一种以数据驱动的方式自动识别全脑结构磁共振成像(sMRI)中解剖学标志点,并基于解剖点提取块特征,采用全局关联将各个块的特征进行深度融合,通过计算块与块之间的相互作用,实现大脑各个脑区的相互关联。其次,根据块之间的关联度差异,进行阈值化处理,利用稀疏关联模块去除冗余信息,进一步提高特征的判别能力,最后,利用稀疏后的深层特征构建分类模型,对AD患者个体进行预测。使用包含198例AD患者和224例健康人的ADNI-1数据集进行训练,包含152例AD患者和196例健康人的ADNI-2数据集进行测试,结果表明,该方法的准确率和灵敏度分别达到 0.936 8和0.921 1,所提出的方法更多地考虑了块与块之间的联系以及关联度差异,可望更有效地对AD进行诊断。 2022 Vol. 41 (6): 708-716 [摘要] ( 236 ) HTML (1 KB)  PDF (4815 KB)  ( 297 ) 717 导电性聚乙烯醇复合水凝胶对巨噬细胞和血管内皮细胞的作用研究 校搏, 许仕琳, 吴凤新, 刘暄欣, 黄宇光, 许海燕 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2022.06.009 水凝胶敷料对免疫细胞和血管内皮细胞的作用与创伤的愈合密切相关。本课题研究了碳纤维/聚乙烯醇复合水凝胶(PVA/CFs)对小鼠巨噬细胞的作用以及对原代人脐静脉内皮细胞间粘附连接的作用。在PVA材料及CF含量为1.5%、3%、5%的PVA/CFs材料上分别培养以上两种细胞,使用实时 PCR方法和ELISA试剂盒检测小鼠巨噬细胞(RAW264.7)促炎因子TNF-α、IL-1β和IL-6在基因和蛋白水平上的表达;通过CCK-8试剂盒检测RAW264.7和原代人脐静脉内皮细胞(HUVEC)在PVA/CFs上的存活与增殖;采用Western blot和激光共聚焦显微镜检测并观察HUVEC细胞在PVA/CFs上的血管内皮钙黏蛋白(VE-cadherin)表达;所有定量检测实验中至少设3个重复样(n≥3)。与PVA相比,PVA/CFs复合水凝胶未显著改变RAW264.7细胞TNF-α、IL-1β和IL-6的基因表达及相应蛋白的分泌水平,各组间无显著性差异(P>0.05),而阳性对照样品脂多糖(LPS)使巨噬细胞的TNF-α、IL-1β和IL-6分泌量显著升高,分别是其对照组的2.35、4.27和27.1倍。在PVA/CFs上生长的HUVEC细胞的VE-cadherin的表达增加,提示PVA/CFs具有促进细胞间粘附连接的作用。PVA/CFs可支持上述两种细胞的正常生长与增殖,在培养24、48、72 h后,各PVA/CFs组的细胞活性与PVA组相比无显著性差异(P>0.05)。复合水凝胶PVA/CFs能够支持巨噬细胞和内皮细胞的正常生长,未引起巨噬细胞的炎症反应,并且可促进内皮细胞间形成粘附连接。 2022 Vol. 41 (6): 717-723 [摘要] ( 234 ) HTML (1 KB)  PDF (2019 KB)  ( 416 )        综述 724 生成对抗网络医学图像去噪研究综述 于淼, 许铮铧 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2022.06.010 医学图像作为辅助医生诊断和治疗的重要手段,其清晰度对临床医疗的重要性不言而喻。生成对抗网络(GAN)独特的对抗训练思想在图像生成任务中展现出强大的学习能力,因其能生成高质量的样本,故在计算机视觉领域的研究前景光明。针对GAN应用于医学图像去噪任务进行概括和总结。首先介绍GAN的基础理论和优缺点;然后对适用于医学图像去噪的GAN的衍生模型进行详细介绍,总结有助于提升GAN医学图像去噪性能的各种损失函数及其作用,以及其他可以嵌套在GAN模型中并对医学图像去噪起辅助作用的深度学习类框架;并总结提升医学图像去噪的GAN网络性能的方法;最后探讨了GAN用于医学图像去噪的应用前景、面临的挑战以及未来可能的研究方向。 2022 Vol. 41 (6): 724-731 [摘要] ( 496 ) HTML (1 KB)  PDF (1050 KB)  ( 1616 ) 732 可穿戴无创葡萄糖传感器在糖尿病管理中的应用进展 邵盛奇, 樊凯, 李杜娟, 刘超然, 王高峰 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2022.06.011 当前全球在开发新型可穿戴电化学传感器上投入了大量的精力,该类型传感器不同于传统的有创监测,可以无创持续监测体液中的生物标志物,在疾病预防、诊断和管理上有重大的应用前景。在糖尿病患者人数日益增多的趋势下,无创持续监测葡萄糖浓度在糖尿病管理中显得尤为重要。综述近几年可穿戴式无创葡萄糖传感器的发展及其在糖尿病管理中的应用,并简要介绍几种检测不同体液(汗液、泪液、唾液)的电化学葡萄糖传感器的发展和原理。阐述可穿戴传感器在糖尿病管理上的优势以及在研究开发过程中所面临的挑战,最后展望了可穿戴式无创葡萄糖传感器的发展前景及其商业化的趋势和在未来市场中的潜力。 2022 Vol. 41 (6): 732-743 [摘要] ( 640 ) HTML (1 KB)  PDF (1580 KB)  ( 1749 ) 744 肿瘤精确放射治疗剂量分布和疗效预测的机器学习方法综述 刘国才, 顾冬冬, 刘劲光 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2022.06.012 调强放疗(IMRT)是当前主要的肿瘤临床治疗技术,制定临床上可接受、可执行的IMRT计划的关键是放疗剂量计算、剂量分布预测和优化评估,同时还需要对各种肿瘤放化疗的疗效和毒副作用进行预测和评估。综述近几年机器学习方法在基于肿瘤影像进行的肿瘤放疗剂量分布预测和疗效预测中的研究进展,包括基于深度学习的剂量预测方法和基于深度学习、影像组学与逻辑回归的放化疗疗效预测方法;综述针对IMRT、立体定向放射治疗(SBRT)、容积弧调强放疗(VMAT)等不同治疗方法的应用进展;提出了未来研究的方向、内容和策略。 2022 Vol. 41 (6): 744-758 [摘要] ( 379 ) HTML (1 KB)  PDF (954 KB)  ( 1181 )        简讯 759 基于表面肌电特征的脑卒中后下肢运动功能障碍评估 陆晓, 张文通, 苏盼盼, 卢倩, 赵坤坤, 杨俊杰, 何川 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2022.06.013 从下肢表面肌电中提取可供临床解释的特征,并用于运动功能障碍评估。16例脑卒中患者以及年龄匹配的20例健康人,执行Fugl-Meyer下肢运动功能评估动作。应用表面肌电设备记录动作执行过程中下肢单侧8块肌肉的激活情况,从每块肌肉中提取表面肌电均方根值、中值频率、自协方差系数和自相关系数,以及肌肉之间的互相关系数作为特征。使用基于相关的特征选择方法确定一个特征子集,分析特征子集在健康人和患者之间的差异,并建立评估模型,用于运动功能障碍评估。结果表明,每个动作可以用一个特征子集进行评估,且特征子集涉及的肌肉与动作有关。只有少数动作的特征在健康人和患者之间表现出差异性(P<0.05)。评估模型决定系数为0.39,均方根误差0.041。基于表面肌电的特征可用于运动损伤评估,并且输出结果可用于临床解释。 2022 Vol. 41 (6): 759-763 [摘要] ( 262 ) HTML (1 KB)  PDF (748 KB)  ( 372 ) 764 向远端延伸的周围神经束分裂与合并次数自动获取方法 钟映春, 蚁晓虹, 黄建浩, 戚剑, 朱爽, 罗鹏 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2022.06.014 周围神经内的神经束分裂与合并次数和结构极有可能与其发育有关。当前,针对周围神经序列MicroCT图像中的神经束分裂与合并次数,完全依赖于人工计数方法进行统计,存在易出错、效率低等问题。为实现对神经束分裂与合并次数的自动获取,首先,在完成神经束类圆度统计学分析的基础上,从数学角度提出了序列MicroCT图像中四肢周围神经内部神经束分裂过程与神经束合并过程的定义;其次,提出了ACA-SCN算法,即利用相邻图像间的神经束质心总数的差分结果进行次数的自动获取;最后,提出了ACA-COM算法,即利用神经束的质心偏移量实现对同一神经束的跟踪匹配。以人工方式处理的3个标本中的41个分裂过程和51个合并过程作为评价标准。分析结果表明,所提出的神经束分裂与合并的开始与结束位置定义准确,无例外情况出现;ACA-SCN算法的神经束质心总数计数结果误差为8.69%;ACA-COM算法对神经束分裂与合并次数的计数与人工计数结果完全一致,能正确计数在一张图像上同时发生神经束分裂与合并的情况,也能正确计数单根神经束分裂为3根、3根神经束合并为单根神经束的情况。上述分析结果为后续探索单位长度内神经束分裂与合并次数的统计规律提供了基础。 2022 Vol. 41 (6): 764-768 [摘要] ( 209 ) HTML (1 KB)  PDF (3364 KB)  ( 173 )        索引 769 总目次索引 2022 Vol. 41 (6): 769-769 [摘要] ( 119 ) HTML (1 KB)  PDF (435 KB)  ( 41 ) 770 作者索引 2022 Vol. 41 (6): 770-770 [摘要] ( 121 ) HTML (1 KB)  PDF (397 KB)  ( 190 )

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