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2025年 44卷 2期刊出日期：2025-04-20

论著综述目录

目录

	0	第44卷2期目次


		2025 Vol. 44 (2): 0-0 [摘要] ( 8 ) HTML (1 KB) PDF (0 KB) ( 1 )

论著

	129	基于卷积神经网络迁移学习的诱导神经细胞分化阶段分析
		黄星烨, 韦国超, 郭云霞, 沈嘉豪, 毕昆, 张泽群, 黄炎, 赵祥伟
		DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2025.02.001
		随着神经系统疾病的高发,神经干细胞治疗成为研究热点。然而,目前的技术在神经干细胞诱导分化过程评估方面存在挑战。本研究旨在开发一种利用卷积神经网络(CNN)结合迁移学习技术的方法来对非标记神经细胞分化阶段图像高效分类,并利用单细胞转录组数据更精确地检测细胞分化阶段,以及验证方法的有效性。在明场中采集1 026张不同分化阶段的PC12细胞图像,合并公开数据集中的HEK-293A细胞、HT1080细胞图像各100张作为原始数据集。选择包括ResNet34在内的4种CNNs对比,通过在ImageNet数据集上预训练获得初始权重,结合迁移学习技术和大规模细胞图像注释数据集训练,获得对应的细胞分类任务模型(CNN-TL),并对比各模型的细胞图像分类能力;使用ResNet34-TL模型鉴定明场拍摄的神经细胞的分化阶段后,对每个细胞进行转录组学分析。结果表明,ResNet34-TL模型在细胞分类任务中的表现最佳,准确率高达95.8%。ResNet34-TL模型分类为未分化组、低分化组、高分化组的细胞在转录组上呈现出差异,其中,未分化组和高分化组差异显著,低分化组细胞表现出介于未分化组和高分化组之间的过渡状态;3组细胞特征基因的表达量差异表明转录组分类结果与模型分类结果类似。ResNet34-TL在神经细胞诱导分化阶段分析任务中泛化能力好,结合转录组学分析验证了其能够有效区分不同分化状态的神经细胞。
		2025 Vol. 44 (2): 129-141 [摘要] ( 30 ) HTML (1 KB) PDF (0 KB) ( 7 )

	142	基于时间卷积神经网络的脑电情绪识别方法
		彭磊, 魏国辉, 马志庆, 冯今瑀, 李延军
		DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2025.02.002
		基于脑电信号的情绪识别在人机交互领域有着重要的作用,但由于脑电信号的时变性(不同时间段的特征可能会显著不同)和多尺度特性(不同时间尺度和空间尺度上展现出不同的特征),现有深度学习方法往往难以全面捕捉和提取脑电信号中与情绪相关的各种特征。为了提取脑电信号的时间-频率-空间特征所蕴藏的丰富情绪信息,提出一个融合卷积神经网络(CNN),时间卷积神经网络(TCN)和Transformer注意力机制的脑电情绪识别模型,即频率时空注意力卷积神经网络 (FSA-TCN)。首先,利用CNN频率时空卷积层学习频域信息、空间信息和时域信息,提取脑电信号的频率时空特征;然后,将TCN与Transformer注意力机制融合,捕捉频率时空融合特征中的时间依赖关系,提取出深度脑电融合特征;最后,将深度脑电融合特征输入到全连接层进行分类。此模型在DEAP数据集上的76 800个脑电数据样本上进行消融实验及主体依赖和跨主体脑电情绪识别实验,以验证模型各模块的作用效果和用此模型进行脑电情绪识别的有效性,且在效价和唤醒维度上分别取得了92.96%和92.90%的情绪识别准确率。另外,模型在SEED数据集上进行了泛化性能的验证,评估了模型跨数据集的情绪识别能力。结果表明,本研究提出的模型具有提取脑电信号频率时空融合特征和挖掘深度脑电融合特征的能力,能够实现高精度的脑电情绪识别。
		2025 Vol. 44 (2): 142-152 [摘要] ( 24 ) HTML (1 KB) PDF (0 KB) ( 27 )

	153	基于多频段排列熵的脑电信号复杂度分析
		牛焱, 高凯, 丁茹男, 温昕, 周梦妮, 相洁
		DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2025.02.003
		复杂性分析在脑电(EEG)信号研究中有重要的意义。多元熵方法是有效的信号复杂性分析技术,但已有多元熵研究将变量设置为多通道时间序列,从多频段分析角度对大脑动力学的复杂性量化尚未得到广泛探索。对多元排列熵(mvPE)算法进行改进,本研究提出多频段排列熵(mFPE),从时频维度上对大脑的复杂性进行更为细致的衡量。研究基于模拟数据和3组真实EEG数据对算法性能进行了分析。利用1/f噪声和高斯白噪声以及MIX模型产生的模拟数据,结果发现,与mvPE相比,mFPE表现出更高的灵敏度、较短的数据长度要求以及良好的抗噪性能。将mFPE算法应用于14名帕金森患者和14名健康对照的EEG数据的分析。结果发现,mFPE能显著区分正常人和病人的脑活动,并实现78.7%的分类准确率,优于mvPE(72.8%);其次,利用14名抑郁倾向患者和14名健康对照的EEG数据也发现mFPE相较于mvPE,准确率提高了6.6%;最后,利用32名正常人的视觉任务EEG数据,mFPE有效地揭示了不同任务刺激引起的EEG活动的改变,不同任务的分类准确率也均高于mvPE。mFPE算法为EEG信号复杂性的动态分析提供了新的视角和有效工具,有望在神经疾病诊断、脑功能研究及认知科学领域发挥重要作用。
		2025 Vol. 44 (2): 153-164 [摘要] ( 14 ) HTML (1 KB) PDF (0 KB) ( 3 )

	165	多尺度特征融合的轻量化Transformer医学图像分割研究
		王骁崴, 邢树礼, 毛国君
		DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2025.02.004
		UNet网络在医学图像分割领域得到广泛应用, 其编码器搭配解码器的U形网络结构已经逐渐成为医学图像分割的主流构架之一。然而, 传统UNet属于纯卷积神经网络, 由于其定位准确性受制于卷积的局部视野, 所以缺乏利用全局依赖关系的能力。Transformer作为目前大模型的核心支撑技术, 具有优秀的捕捉全局依赖关系的能力, 可弥补传统UNet的不足。本研究构建一种新的医学图像分割模型MoFormer。该模型以UNet的编码-解码结构为基础构架,在编码器中融合Transformer学习机制, 扩大了模型上下文感知视野, 提升了局部与全局信息的多尺度特征提取能力。随机初始化的MoFormer模型在BTCV数据集(共包含50例腹部CT图像)上平均Dice系数为0.823;在包含2 750张皮肤镜图像的ISIC2017数据集上达到了与TransFuse相同的效果,但参数量比TransFuse少10.91 M;在包含2 590张内窥镜图像的息肉数据集上实验,其性能超越了PraNet等其他流行的对比模型, 其mIoU值平均提高了0.123。该神经网络模型平衡了参数量和分割精度,在多种医学图像数据集中表现出良好的泛化性。本研究设计的MoFormer模型有效地平衡了参数量和精度, 在多种医学图像分割任务中取得了良好性能。
		2025 Vol. 44 (2): 165-173 [摘要] ( 24 ) HTML (1 KB) PDF (0 KB) ( 14 )

	174	经皮无线传能的柔性可穿戴发射天线设计
		徐琦, 冯辰语, 孙源
		DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2025.02.005
		双向外周神经接口有助于截肢患者的感觉功能重建。本研究设计的柔性可穿戴发射天线可为植入式外周神经接口进行中场聚焦无线供能。采用在尺寸60 mm×60 mm对称四馈天线表面开槽得到最优表面电流分布的方法,实现聚焦传能。仿真结果表明,天线谐振频率为1.524 GHz,绝对带宽为1.385~1.726 GHz,天线弯曲(曲率半径60~110 mm)的谐振频率偏移小于0.2 GHz。采用同相位、时间反转相位和正交相位激励时,体内接收位置处磁场强度分别为0.012、0.058、0.065 A/m。实验测得天线谐振频率为1.531 GHz,绝对带宽为1.401~1.765 GHz,天线弯曲(曲率半径为60、80、100 mm)的频率偏移小于0.3 GHz。采用模拟组织凝胶进行离体测试,发现使用时间反转相位和正交相位激励的天线在接收位置处产生的磁场强度(0.045和0.049 A/m)远大于同相位激励产生的磁场强度(0.003 5 A/m),表明时间反转相位和正交相位激励的对称四馈天线具有明显的聚焦效果。
		2025 Vol. 44 (2): 174-182 [摘要] ( 14 ) HTML (1 KB) PDF (0 KB) ( 3 )

	183	基于有限元仿真的微针裁剪过程研究
		谭心玥, 倪常茂, 程霖远, 杨邓飞, 童贝, 黄玉钊, 黄立
		DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2025.02.006
		在高密度阵列型微针植入大脑的过程中,由于尖端覆盖面积较大,为避免植入时刺破大血管,需要对阵列中相应位置的微针进行裁剪,同时确保其余微针不受影响。为确定裁剪机构最佳的放置点、推动速度等参数,采用实验与有限元仿真相结合的方法对裁剪过程进行研究。首先, 设计了三点弯曲实验,获取仿真计算需要的微针力学参数; 其次,基于实验结果,在仿真软件Abaqus 2021中建立简化的阵列型微针与裁剪机构模型,探究了裁剪机构的放置位置、运动速度和对齐偏差对裁剪效果的影响; 最后,采用仿真优化后的参数进行微针裁剪实验。结果显示,裁剪机构放置时距微针根部的距离为1 mm,裁剪速度为7.5 mm/s为最优参数;采用该参数进行的实际微针裁剪成功率达到97.9 %,且裁剪操作未对阵列中其他微针造成影响。本研究结果将为后续不同类型高密度微针阵列裁剪机构的结构和运动参数设计提供有力支撑。
		2025 Vol. 44 (2): 183-192 [摘要] ( 15 ) HTML (1 KB) PDF (0 KB) ( 2 )

	193	人手关节运动学与抓握接触力的生物力学研究分析
		刘晓杰, 张绪树, 郭媛, 文云鹏, 王瑞雪, 张明
		DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2025.02.007
		本研究主要进行手指关节运动学和抓握接触力的生物力学分析,为假肢手的运动和力反馈控制提供设计参考。共招募50名大学生受试者,设置人手抓握不同质量砝码、不同盛水体积水杯和不同直径球体等3种工况,对受试者进行手部运动学数据采集和抓握接触力数据采集。手部运动学实验使用Vicon运动捕捉系统,采集粘贴于受试者手部各标记点的运动学数据,依据空间向量夹角公式,计算手指各关节角度;手部接触力实验采用薄膜压力传感器采集手部的接触力信息,使用USB-210八通道数据采集卡作为压力采集设备和INSTRON 554 4材料试验机对传感器进行标定,采用指数函数对传感器标定曲线进行了拟合(R²达到0.995 9),并计算各工况采集区域的接触力;结合各工况人手指的运动学特征对接触力数据进行统计学分析和生物力学特征研究。结果表明,人手部动作各指运动和接触力分布具有协同性,拇指、中指和食指对手抓握功能的影响较大,抓握时各贡献了31.59%、22.2%和15.88%的接触力。三指尖接触力随砝码质量的增加均产生显著性差异(P<0.05)。随着参与动作的手指关节数目和动作复杂程度的增加,手指尖和手掌区域的接触力也表现出显著性差异(P<0.05)。受试者性别差异与各工况组间差异对手部抓握接触力的交互效应均不显著(P>0.05)。本研究结果可为仿人假肢手设计提供的数据和理论参考。
		2025 Vol. 44 (2): 193-202 [摘要] ( 20 ) HTML (1 KB) PDF (0 KB) ( 4 )

	203	乳腺癌瘤床可降解标记物在大鼠体内的安全性和有效性
		谢雪洁, 谢欣, 骆银根, 孔祥溢, 王宁宇, 戴建荣
		DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2025.02.008
		评价乳腺癌瘤床可降解标记物在大鼠体内的安全性和有效性。设置手术组,钛夹组和可降解标记组,每组30只大鼠,另外对全程可降解观察组设置10只大鼠, 共100只实验大鼠。采用PLA/β-TCP材料制成一种可降解的、带有圆孔和凹槽的扣状标记,将该标记物和钛夹标记分别植入大鼠乳腺组织。利用组织切片与染色(HE)和免疫组织化学(IHC)分析大鼠乳腺周围组织的炎症反应。利用计算机断层扫描(CT)和磁共振(MR)图像对比两种标记的伪影情况,并评价可降解标记物能否在观察周期内实现有效显影。结果显示, 可降解标记物周围组织中的急性免疫反应高于钛夹标记,12周后恢复正常;可降解标记组IL-6的表达量与钛夹组的差距由12%降低至2.8%。可降解标记组IL-10的表达量与钛夹组的差距由14.8%降低至8.1%。统计学分析表明,炎症因子的阳性细胞率的差异普遍在前4周存在统计学意义。有效性结果显示,在CT和MR图像上可降解标记物的边界清晰可辨,无明显伪影,平均CT值随着时间的增加呈逐渐降低的趋势。研究结果表明,可降解标记物在大鼠体内引起的炎症反应在第12周基本消失,与钛夹标记一致;在CT和MR上的成像效果优于钛夹标记。该标记物有望成为一种替代钛夹的新型乳腺癌瘤床标记物。
		2025 Vol. 44 (2): 203-210 [摘要] ( 13 ) HTML (1 KB) PDF (0 KB) ( 3 )

综述

	211	腰部肌电信号智能感知与分析:轻量化方法的研究进展
		冯景辉, 余宇, 习佳宁
		DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2025.02.009
		随着人口老龄化趋势的加剧,腰肌健康问题日益受到关注。腰部肌电信号作为反映腰肌运动状态的重要信息源,在腰肌健康状态的分析与评估中发挥着关键作用,相关研究聚焦于腰肌疲劳状态的检测监测以及腰部疾病的辅助诊断。得益于信号采集技术和分析算法的持续进步,已实现对腰部肌电数据的规模采集和实时传输,可运用复杂的神经网络算法进行深入解析,应用前景可观。然而,复杂的采集和分析系统大幅增加了资源消耗,制约了系统的轻量化部署,限制了应用的发展。因此,针对腰部肌电信号采集与分析系统的轻量化需求,综述腰部肌电采集技术的进展,并从硬件装置、数据存储和算法模型等多个维度,概述该领域的轻量化研究进展,总结相关系统轻量化的核心技术,如高性能通信芯片和知识蒸馏神经网络等,并对腰部肌电技术的未来应用进行了展望。
		2025 Vol. 44 (2): 211-220 [摘要] ( 22 ) HTML (1 KB) PDF (0 KB) ( 6 )

	221	基于脑电信号的任务诱发疲劳监测的关键挑战与展望
		王韬, 何峰
		DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2025.02.010
		随着脑电信号采集技术的突破性进展,基于脑电的疲劳监测模型在交通运输、外科手术和高危作业等高风险领域已展现出巨大应用潜力,成为保障安全和提高效率的关键工具。这些模型通过实时监测个体脑电活动特征,能够客观评估疲劳状态并早期预警,有效降低人为错误和事故风险。然而,将此类模型有效应用于实际场景仍存在4个核心挑战。其一,现有脑电采集设备的舒适性和便利性不足,制约了长期佩戴的可行性;其二,运动和肌电伪迹等干扰导致信号失真,严重影响脑电特征提取,导致解码精度下降;其三,脑电信号的个体间和个体内动态变异显著削弱了模型泛化的能力;其四,疲劳数据标注和收集的标准化问题依然突出,缺乏客观金标准,主观评估方法易引入数据偏差和不一致性。面对诸多挑战,综述了已有的研究进展,探讨了可能的创新方案,以期为创新的技术突破带来启发。展望未来,随着脑电信号采集技术、信号处理算法及机器学习模型的持续进步,新一代疲劳监测系统有望在穿戴舒适性、环境鲁棒性、检测精密性和个体适应性方面实现突破,为人机协同系统的安全高效运行提供理论支撑与技术保障。
		2025 Vol. 44 (2): 221-231 [摘要] ( 19 ) HTML (1 KB) PDF (0 KB) ( 11 )

	232	水凝胶粘合剂在心脏和血管修复领域的研究现状
		陈诗翰, 凡杰夫, 陆清声
		DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2025.02.011
		水凝胶作为一种高度生物相容性的生物材料,由亲水性聚合物的交联三维网络组成,能通过合理的结构与功能设计调控其物理化学特性,展现出广泛的生物医学应用前景。具备黏附能力的水凝胶,凭借模拟生理环境的特性、出色的生物相容性、优良的力学性能以及与对组织的强黏附能力,已成为医用组织粘合剂的关键材料,广泛应用于皮肤、肌肉、神经、骨骼、角膜、脏器以及血管等多种组织修复中。综述水凝胶粘合剂的研究进展,概述其与组织黏附的作用机制、设计原则、相关特性以及应用场景,特别是在心脏和血管修复领域的应用,分析当前水凝胶粘合剂存在的局限性,并展望其未来发展前景,旨在为水凝胶粘合剂的外科临床应用提供有价值的参考。
		2025 Vol. 44 (2): 232-240 [摘要] ( 17 ) HTML (1 KB) PDF (0 KB) ( 7 )

	241	氧化铁纳米颗粒的制备方法及其在肿瘤诊疗中的应用
		杜凯, 张卓玲, 李婷华, 饶微
		DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2025.02.012
		尽管肿瘤复杂的病理机制为精准诊疗带来严峻挑战,但纳米科技的快速发展为此开辟了新的应对策略,其中氧化铁纳米颗粒复合材料在肿瘤诊疗中展现出巨大潜力,其在磁共振成像、靶向药物递送、磁场激活的机械治疗、磁热疗以及化学动力学治疗等方面均取得了显著功效。综述了氧化铁纳米颗粒的制备方法、颗粒包覆技术及其用于肿瘤诊疗方面的研究进展。通过采用不同合成方法和修饰策略,可制备出尺寸、形状和表面性质各异的氧化铁纳米材料。结合其在体内的靶向性、药物递送效率、体内循环时间、造影效果和生物相容性等多维特性,合理设计氧化铁纳米颗粒复合材料,可实现多模态成像与多元化诊疗的联合应用,这有助于提升肿瘤的诊疗效果,对促进此类复合材料的临床转化具有重要意义。
		2025 Vol. 44 (2): 241-256 [摘要] ( 18 ) HTML (1 KB) PDF (0 KB) ( 11 )

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