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2023年 42卷 3期刊出日期：2023-06-20

论著综述目录

目录

	0	第42卷第3期目次


		2023 Vol. 42 (3): 0-0 [摘要] ( 113 ) HTML (1 KB) PDF (264 KB) ( 385 )

论著

	257	基于EEG脑网络的视觉呈现速度对工作记忆影响的研究
		王碧霄, 陈瑶, 李鑫, 王盛淋, 黄丽亚
		DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2023.03.001
		随着生活节奏加快,倍速播放在学习过程中被广泛应用,对学习认知活动的影响也逐渐被学者所关注。为探究记忆任务的视觉呈现速度对工作记忆的影响及其机理,本研究从EEG脑网络的视角展开研究。设计了快慢两种呈现速度下的实验范式,并对18名被试的脑电数据进行采集,计算各频段的功率谱并选择具有显著性差异(P<0.05)的频段进行分析。采用格兰杰因果的方法计算不同频段脑区之间的因果关系并构建加权因效性脑网络,分析网络的入度、出度和聚类系数这3种网络特征,并使用支持向量机对快慢状态下的脑网络进行分类。结果显示,在快速视觉呈现状态下,脑网络出入度增加,节点聚类系数进一步加强,且具有显著差异节点主要分布于额叶、顶叶和枕叶,显著高于慢速视觉呈现状态(P<0.05),以各频段入度、出度、聚类系数作为特征对快慢状态下的脑网络进行分类,分类准确率分别最高可达90.96%、90.29%、86.53%。本研究表明,随着视觉呈现速度加快,视觉加工进一步激活,被试的工作记忆意识活动逐渐增强,大脑左半球对语言、推理等认知活动的主导作用也在不断加强。本研究为探究播放速度对学习认知活动的影响提供了新的研究思路,也为学习视频设计者设置播放速度提供理论依据。
		2023 Vol. 42 (3): 257-265 [摘要] ( 352 ) HTML (1 KB) PDF (4567 KB) ( 489 )

	266	基于增强现实的双眼异频编码稳态视觉诱发电位脑-机接口研究
		刘培帅, 柯余峰, 杜佳乐, 明东
		DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2023.03.002
		近年来研究者们将基于稳态视觉诱发电位(SSVEP)的脑-机接口(BCI)系统与增强现实(AR)技术相结合,以提升BCI系统的灵活性和便携性,但基于传统SSVEP范式的AR-BCI普遍性能偏低。本研究利用AR设备对双眼分别进行投影的特点设计了一种双眼异频编码SSVEP范式,通过对左、右眼分别进行不同频率的编码提高SSVEP编码的信息量。共采集了14名被试的数据,采用任务相关成分分析(TRCA)算法进行SSVEP识别,对比双眼异频编码和双眼同频编码SSVEP范式在AR环境下的性能,分析两种编码下SSVEP的频域特征、信噪比和功率谱熵。双眼异频编码采用1、2、3 s脑电数据的平均分类正确率分别为90.9%、93.9%和95.0%,双眼同频编码采用1、2、3 s脑电数据的分类正确率分别为81.1%、87.8%和90.2%。当时间长度小于等于1 s时双眼异频编码刺激的分类正确率显著高于双眼同频编码刺激(0.5 s: t(13)=4.562, P<0.01, Cohen's d=1.219; 1 s: t(13)=2.737, P<0.05, Cohen's d=0.732)。特征分析发现,双眼异频编码SSVEP的信噪比虽然没有优势(t(13)=-1.014, P>0.05, Cohen's d=-0.271),但其功率谱熵显著高于双眼同频编码(t(13)=-2.968, P<0.05, Cohen's d=-0.793)。本研究表明,与传统双眼同频编码SSVEP范式相比,采用双眼异频编码能够提高AR-BCI系统的性能。
		2023 Vol. 42 (3): 266-273 [摘要] ( 243 ) HTML (1 KB) PDF (5173 KB) ( 357 )

	274	基于多尺度熵特征优化算法的MCI早期诊断及敏感脑区分析
		杨长杰, 李昕, 侯永捷, 王玉琳, 刘沁爽, 苏芮
		DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2023.03.003
		轻度认知障碍 (MCI)是阿尔兹海默病诊疗的关键时期,迫切需要早发现,早干预。针对MCI早期诊断问题,特别是早期诊断的敏感脑区定位问题,提出一种基于多尺度熵的脑电信号特征提取优化算法,即多尺度熵特征优化算法。该算法通过构建多重尺度序列,并充分考虑各序列贡献程度,最大程度挖掘细节信息。共采集49名受试者临床脑电信号数据,其中实验组(MCI组)28名,正常对照组21名。对比分析实验组与对照组,MCI组16通道多尺度熵特征优化算法熵值均低于对照组,且前额叶、前颞叶以及中颞叶脑区具有显著性差异(P<0.01)。仅以此特征作为分类器输入特征,分析前额叶、前颞叶以及中颞叶3个脑区,其脑区诊断测试集识别率分别为83.33%、86.67%、73.33%。进一步,分析识别率最高的前颞叶两通道的AUC值分别为0.753与0.733。多尺度熵特征优化算法熵特征能够充分反应脑电信号变化,是可以作为MCI早期诊断的一种特征标记,前颞叶脑区可以为评估MCI患者脑认知功能状态的敏感脑区提供研究支持。
		2023 Vol. 42 (3): 274-280 [摘要] ( 238 ) HTML (1 KB) PDF (1086 KB) ( 434 )

	281	双重降维通道注意力门控U-Net的胰腺CT分割
		纪建兵, 陈纾, 杨媛媛
		DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2023.03.004
		从腹部CT图像中分割并重建胰腺3D模型对于辅助疾病诊疗有重要意义。由于胰腺在图像中占比小且与周边组织难以区分等原因,现有方法准确性和稳定性不足。本研究提出一种双重降维和通道注意力门控U型网络,在编码路径中以双重降维模块加强浅层特征空间有效信息提取,在编解码连接中嵌入通道注意力门控模块从通道层级过滤冗余特征。在NIH发布的胰腺分割公开数据集上(包括82例CT图像)进行实验,采用集合相似度(DSC)、召回率(R)和精确率(P)验证分割性能,使用三维顶点距离误差(VDE)评估3D重建效果。DSC、R和P值分别达到82.35%±5.76%、81.07%±8.50%、84.04%±5.40%,VDE降低至1.27±0.90,优于U-Net和Attention-Unet等方法。结果表明,所提出方法能够提高胰腺CT图像分割性能,重建的3D模型能够更好反映个体胰腺实际情况。
		2023 Vol. 42 (3): 281-288 [摘要] ( 266 ) HTML (1 KB) PDF (6258 KB) ( 479 )

	289	基于多维信息融合的无监督快速肺部血管分割算法
		陈骅桂, 周雷, 赵廉, 丛志洋
		DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2023.03.005
		肺部CT图像中血管的分割在疾病的诊断和外科治疗中起着重要作用。在医学图像相关任务中,深度学习因其强大的表现能力和辨别学习能力,被广泛应用。然而基于深度学习的方法需要昂贵的GPU和大量有标签的数据。为了更好地平衡肺部CT图像血管分割的准确性和效率,提出了一种基于多维信息融合的快速有效的血管分割算法(MDF),该算法设计2D分割分支和3D分割分支来充分利用2D和3D信息,在最后的分割结果中对多个分支的结果进行合并,能够快速有效地融入到传统无监督算法。与此同时,MDF具有强大并行能力,能够在低端显卡上被显著加速。选取VESSEL12挑战的23例数据以及CARVE14挑战赛的55例数据对所提出的基于多维信息融合的血管分割算法进行了全面评估。实验结果表明,MDF与其他无监督算法相比有着更高的精度,在CARVE14数据集上血管的DSC系数达到了0.716。除此之外,通过GPU并行优化,运行速度大约为基于Hession矩阵的Frangi多尺度算法的20倍。与深度学习算法相比,MDF在不同数据集上的泛化能力更强。
		2023 Vol. 42 (3): 289-300 [摘要] ( 291 ) HTML (1 KB) PDF (9154 KB) ( 236 )

	301	融合脑电与近红外脑地形图特征学习的多模式分类
		何群, 徐香院, 江国乾, 单伟, 童云杰, 谢平
		DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2023.03.006
		脑地形图可以用来可以监测大脑的活动状态,为了准确提取被试大脑活动产生信号的空间特征以及有效提高分类准确率,结合脑地形图和卷积神经网络提出一种多模态脑地形图神经网络分类算法(MBTMNN),对运动想象和心算进行分类识别。对脑电和近红外信号进行预处理,提取脑电的能量特征和近红外中氧合血红蛋白浓度特征,结合各自电极位置统一所有样本的colormap后生成脑地形图,将二者同时输入到卷积神经网络并在特征层进行融合得到训练模型。利用2017年柏林脑电-近红外公开数据集进行六折交叉验证实验,数据集包含29名被试,各300个样本,在运动想象左/右、心算/静息、运动想象/心算/静息和运动想象左/右/心算/静息等4种分类场景中,分别达到了82.91%、94%、90.34%和78.18%的准确率,高于同数据集的近期研究和单模态方法。所提出方法能够有效融合脑电和近红外信号以提高分类精度。
		2023 Vol. 42 (3): 301-310 [摘要] ( 236 ) HTML (1 KB) PDF (7498 KB) ( 249 )

	311	图像引导下的遥操作脑室穿刺手术机器人
		杨晓涵, 孙振, 齐岩松, 王君臣
		DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2023.03.007
		脑室穿刺引流手术是颅脑损伤急救的重要手段。但该术式存在颅骨开孔费时费力、有经验医师缺乏时难以实施等问题。为了简化急救流程、降低急救手术要求,研制了图像引导下的遥操作脑室穿刺手术机器人系统。该系统包括遥操作穿刺执行器系统、机械臂、术前规划系统和视觉导航系统。采用压力传感器差分式布局设计基于EtherCAT总线的颅骨穿刺执行器;使用基于B样条变换的可变性配准在CT、MR融合图像上进行手术规划和视觉导航;在双目视觉引导下使7自由度冗余机械臂按照术前规划的路径以指定的姿态定位颅骨穿刺执行器到起始位置;采用人在环操作模式,使用视觉化工具函式库(VTK)对操作可视化,在视觉与力觉双重反馈下进行颅骨穿刺。针对3D打印颅骨模型进行穿刺实验,表明机器人穿刺误差为0.74 mm;针对一条比格犬进行动物实验,表明穿刺误差1.22 mm,与经验丰富的急救医生操作精度相当,表明该机器人有一定的临床应用潜力。
		2023 Vol. 42 (3): 311-320 [摘要] ( 190 ) HTML (1 KB) PDF (8066 KB) ( 119 )

	321	血小板膜仿生纳米载体的制备和表征及其体外跨胎盘屏障转运效率研究
		胡丹慧, 潘玉雪, 王鹏, 焦振娜, 万国运, 王海蛟, 随俊慧, 唐红波, 陈红丽
		DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2023.03.008
		利用血小板膜(PM)包覆聚乳酸-羟基乙酸共聚物纳米粒(PLGA NPs),制备成血小板膜仿生纳米粒(P-PLGA NPs)作为药物载体,评价载体的体外跨胎盘屏障转运效率。分别通过超声复合法、物理共挤法和共价连接法制备P-PLGA NPs。利用粒径仪、透射电镜、能谱仪、SDS-PAGE和Elisa对P-PLGA NPs的理化特性表征,确定最优的制备方法。MTT法考察纳米载体对人绒毛膜癌细胞(BeWo b30)的毒性;流式细胞术探究BeWo b30摄取纳米载体的途径;利用Transwell构建体外胎盘屏障模型,考察纳米载体体外跨胎盘屏障效率。结果显示,PLGA NPs粒径为(174.1±23.4)nm,电势为(-32.3±5.6)mV,PM电势为(-24.5±1.8)mV;超声复合法、物理共挤法和共价连接法制备的P-PLGA NPs粒径分别为(269.1±32.9)、(425.0±36.6)、(823.4±73.1)nm,电势分别为(-24.1±3.8)、(-26.4±2.3)、(-23.5±2.9)mV,均显著高于PLGA NPs(P<0.05),接近PM电势;表面膜蛋白条带完整且均有特异性蛋白标志物P-选择素存在,初步证明血小板膜成功包覆在PLGA NPs表面。纳米载体在10~1 000 μg/mL浓度范围内,细胞存活率为90.5%~105.0%,和对照组相比差异无统计学意义,表明载体对细胞无明显毒性;与对照组相比,PLGA NPs组制霉素(NY)摄取抑制率为53%,P-PLGA NPs组阿米洛利(AMR)摄取抑制率为45%,初步证实摄取途径分别为小窝蛋白介导的内吞途径和巨胞饮途径。在胎盘屏障模型中,上室给药浓度为5和20 μg/mL时,PLGA NPs转运效率分别高出P-PLGA NPs 1.6%和24.3%;上室给药浓度为100 μg/mL时,P-PLGA NPs转运效率高出PLGA NPs 13.8%。研究表明,超声复合法制备的P-PLGA NPs粒径较小,分散均匀;增加纳米载体浓度,P-PLGA NPs跨胎盘屏障转运效率增高。
		2023 Vol. 42 (3): 321-327 [摘要] ( 250 ) HTML (1 KB) PDF (4444 KB) ( 234 )

	328	铁离子-单宁酸处理增强牛颈静脉综合性能
		王爱莉, 周建业, 王德, 周庆亮, 王玉苗, 霍美俊, 汪一波
		DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2023.03.009
		经传统戊二醛(GA)交联的牛颈静脉易发生钙化,限制了其在临床上的广泛应用。在GA交联基础上增加单宁酸(TA)处理,取得了良好的抗钙化效果,但也存在组织柔顺性较差的不足。根据单宁酸易与金属阳离子产生螯合作用的特性,本研究尝试应用三价铁离子(Fe³⁺)与反应体系中的单宁酸形成螯合物,防止单宁酸过度反应,从而提高其抗钙化的综合性能。探索Fe³⁺添加方式和pH等反应条件,分别通过单轴拉伸实验测定力学性能、大鼠皮下植入实验测定钙化水平和两点弯曲法测定血管柔顺性,筛选出优化的TA-Fe³⁺处理方法,并对此方法处理得到的牛颈静脉进行生物相容性评价。结果表明,碱性条件(pH=8)下,TA处理前增加Fe³⁺处理步骤能改善TA固定牛颈静脉的组织柔顺性,柔顺度较TA组显著改善,同时保持了TA处理的力学强度;大鼠皮下植入21和60 d后钙含量显著低于GA组[21 d: (1.71±0.41) mg/g vs (38.12±7.40) mg/g; 60 d: (2.73±1.13) mg/g vs (124.19±14.22) mg/g,P<0.05),植入60 d后钙含量与TA组钙化水平相当(P>0.05);生物相容性实验结果全部符合植入医疗器械的要求。该TA-Fe³⁺处理方案可以增强牛颈静脉综合性能,有望成为抗钙化的新方法。
		2023 Vol. 42 (3): 328-335 [摘要] ( 168 ) HTML (1 KB) PDF (6740 KB) ( 297 )

	336	用于心梗治疗的可注射载药水凝胶的设计和表征
		刘洋, 马亚鑫, 应湫湫, 郑慧琳, 张蕾
		DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2023.03.010
		阻止心脏纤维化是增强心脏功能的主要策略。本研究主要针对心梗部位组织再生困难、纤维蛋白沉积迅速等难题,设计并研制可抑制纤维化的心肌细胞外基质(ECM)和强力霉素复合水凝胶材料。将猪心经过SDS、TritonX-100溶液处理去除细胞内物质,再用胃蛋白酶将其溶解并加入载有54.63~89.27 μg/mg强力霉素的丝素蛋白微囊,混合溶液在37℃环境中自发地形成水凝胶;使用扫描电镜观察复合水凝胶微和丝素蛋白微囊的结构,通过体外降解、药物缓释和心脏成纤维细胞培养实验来检测复合水凝胶治疗的可行性;最后对心梗大鼠进行体内治疗(n=9),并通过分析梗死面积和血流动力学变化来模拟临床治疗效果。结果显示,复合水凝胶具有密集的孔隙结构,相较于单独的载药微囊,直径1~3 μm的多孔丝素蛋白微囊均匀分布在水凝胶中,不仅实现了药物缓释,还显著延长了水凝胶的降解时间。在复合水凝胶中9 d缓释了总载药量的13 %,减少了成纤维细胞胶原沉积量。在大鼠体内治疗研究中复合水凝胶抑制了心脏纤维化,显著减小了心梗面积。经过4周治疗,心梗大鼠的LVSP和(dp/dt)_max 较于对照组的(73.52±4.24)mmHg和(1 020.96±100.68)mmHg/s提高到(116.67±3.50)mmHg和(2 359.24±133.06)mmHg/s,且均有显著性差异(P<0.01),表明心脏泵血能力增强。该复合水凝胶具有良好的生物相容性和缓释功能,以及抑制纤维化和增强心脏功能的能力,有望在临床治疗中发挥作用。
		2023 Vol. 42 (3): 336-344 [摘要] ( 183 ) HTML (1 KB) PDF (8549 KB) ( 232 )

综述

	345	rTMS靶向刺激对帕金森病运动症改善作用的研究进展
		李润泽, 杨硕, 冯珂珂, Wang Alan, 田树香, 尹绍雅, 徐桂芝
		DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2023.03.011
		重复经颅磁刺激技术(rTMS)已广泛应用于精神类和神经类疾病的临床辅助治疗,有改善帕金森病(PD)运动症状的作用,是实现PD精准治疗策略的重要手段。基底神经节环路特异性病变导致PD临床分型复杂多样,针对不同运动症状明确rTMS在神经环路关键靶区调控作用对提高改善效果有重要意义。首先从突触可塑性、神经环路角度分析了rTMS对改善PD的作用,然后分别从初级运动皮层(M1)、背外侧前额叶(DLPFC)、辅助运动皮层(SMA)以及小脑,就不同刺激模式在特定脑区的调控作用以及不同刺激靶区对不同运动症状的改善作用进行了探讨,最后指出现阶段研究中存在的主要问题,并从多靶区刺激、最佳干预期以及与脑成像技术相结合多方面探讨其未来的研究趋势。
		2023 Vol. 42 (3): 345-352 [摘要] ( 265 ) HTML (1 KB) PDF (1238 KB) ( 516 )

	353	影像组学和深度学习在胰腺癌诊疗和评估中的研究进展
		陈灿, 包佳怡, 胡粟
		DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2023.03.012
		胰腺癌的术前准确诊断和评估是影像学检查的主要目的,可指导临床决策和预后评价。影像组学和深度学习为胰腺癌的精准诊疗和疗效评估提供了新的技术手段。综述影像组学和深度学习在胰腺癌研究中的现状和进展,介绍影像组学和深度学习在胰腺癌前驱病变恶性潜能预测、诊断与鉴别诊断、疗效评估、预后预测以及基因表达方面的应用;阐述未来通过标准化质量控制和多中心大数据库建立等方面的努力,使影像组学和深度学习技术为临床治疗决策提供更全面更准确的信息,促进胰腺癌的精准诊疗。
		2023 Vol. 42 (3): 353-359 [摘要] ( 315 ) HTML (1 KB) PDF (822 KB) ( 1016 )

	360	冷冻消融结合免疫治疗:实现抗肿瘤效应最大化
		黄若彤, 刘宝林
		DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2023.03.013
		近年来,基于能量治疗的肿瘤消融技术应用愈加广泛。其中,冷冻消融技术是通过对探针的快速冷却,有效破坏肿瘤组织。然而,留在原位的肿瘤碎片还会释放出大量抗原,激活免疫细胞,诱导产生抗肿瘤免疫反应。但因冷冻消融参数条件设置的不同,会影响所触发的免疫反应,且因诱发产生的免疫反应的强度和可持续性不足,难以有效抑制肿瘤的复发和转移瘤的生长。综述冷冻消融治疗肿瘤的机制,包括直接细胞损伤、血管损伤和免疫调节,其中免疫调节对肿瘤治疗的良好预后产生重要影响;阐述影响免疫调节效果的冷冻消融因素,探寻冷冻消融治疗后产生免疫反应的最佳条件;概述冷冻消融联合免疫治疗的研究进展,并且探讨联合抗肿瘤治疗的新策略。
		2023 Vol. 42 (3): 360-369 [摘要] ( 257 ) HTML (1 KB) PDF (2641 KB) ( 625 )

	370	层层自组装薄膜改性的电化学传感器应用
		施高凡, 林祥德, 柳华杰, 张蒙蒙, 夏鹏鹏, 刘思思, 陈玉竹, 曾冬冬
		DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2023.03.014
		电化学传感器具有优异的灵敏度、检测限、选择性和响应速度,被广泛用于各种生物化学物质的检测。电极作为电化学传感器的敏感元件,合理的表面改性涂层对提高传感器的检测精度和稳定性尤为重要。层层自组装技术是通过在电极基底上交替沉积具有相互作用的物质,以纳米级精度构建参数可控的三维材料体系,在电化学传感器领域已得到广泛应用。综述了层层自组装技术的成膜材料(包括聚电解质和纳米颗粒等)、成膜作用力(包括静电作用、共价键、氢键等)及其性能优化与技术改进,并介绍了基于纳米材料构建改性的层层自组装薄膜电化学传感器,展示了其在生物标志物检测、空气监测和金属离子检测等方面的应用实例。
		2023 Vol. 42 (3): 370-384 [摘要] ( 182 ) HTML (1 KB) PDF (3869 KB) ( 526 )

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