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期刊信息/Journal information
北京生物医学工程
北京市心肺血管疾病研究所
北京生物医学工程

北京市心肺血管疾病研究所

孙衍庆

双月刊

1002-3208

llbl@public3.bta.net.cn，llbl910219@126.com

010-64456508

100029

北京安定门外安贞医院

北京生物医学工程/Journal Beijing Biomedical Engineering北大核心CSTPCD
查看更多>>本刊是综合性学术期刊，主要刊登人工器官、生物材料、生物力学、生物信息与控制、生物医学测量、医药工程、生物工程、中医工程、计算机在医学中的应用、医疗器械等方面的理论研究和最新成果。适合从事生物医学工程的科研、工程人员及临床医生阅读，面向国内外公开发行。
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    基于不可逆电穿孔胰腺肿瘤消融的最优空间覆盖模型

    王雨张敏张毅飞王晨吟...
    1-8页
    查看更多>>摘要：目的 在传统的消融手术中,医生通过观察患者的二维影像对肿瘤大小、位置、形态进行粗略估算从而进行手术方案规划.这种方式严重依赖医生的主观经验和专业技能,极易造成消融范围过大或不彻底,增加了术后并发症的风险.因此,科学的术前规划和精准的消融电极及电场作用区域定位具有非常重要的意义.本文提出一种胰腺肿瘤最优空间覆盖模型算法,以为胰腺肿瘤不可逆电穿孔消融提供最佳电场作用区域.方法 基于单根双极高压脉冲电极产生的电场消融区域为椭球体,在椭球长轴方向与电极导入路径即胰管方向相同、球心在胰管上及长短轴轴长满足一定比例关系的约束条件下,首先利用积极集算法求解球心,再借助Rodrigues旋转求解正定矩阵,得到的椭球即为电场作用区域,然后对长短轴轴长比值进行迭代寻优,最后将肿瘤在椭球中的占比作为评价指标以寻找最小消融椭球即最优电场作用区域.本文在公开数据集MSD上进行广泛实验寻找每个病例肿瘤的最小消融椭球及其占比.结果 最小消融椭球与肿瘤的几何形状及其距胰管的位置密切相关,对于大多数病例,肿瘤在最小消融椭球中的占比在20%～50%之间,最高能达到59.5%.结论 本文提出的算法可为胰腺肿瘤不可逆电穿孔消融的最优电场消融区域提供可行的理论依据,辅助临床医生高效决策.

    胰腺肿瘤不可逆电穿孔术前规划最优空间覆盖最小消融椭球

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    基于临床CT数字体相关和有限元分析的股骨内部变形场研究

    王家宁符绩智冯文天宋霏...
    9-14,42页
    查看更多>>摘要：目的 验证基于临床CT的数字体相关(digital volume correlation,DVC)方法在测量股骨内部变形场时的准确性,并通过DVC进一步测量股骨在跌倒情况下的内部变形,验证基于临床CT的有限元分析方法(finite element analysis,FEA)在计算股骨内部变形场的准确性.方法 使用猪股骨,模拟侧向跌倒姿态,进行分步力学加载实验,同步进行多次CT成像.通过重复扫描和虚拟位移验证DVC方法的准确性.DVC以子体积作为配准两组图像的研究对象,分别设置8、12、16 和20 mm的子体积进行测试.量化误差指标包括位移系统误差-平均值(mean)、位移随机误差-标准差(standard deviation,SD)、应变准确度-平均绝对误差(mean absolute error,MAER)和应变精确度-标准差误差(standard deviation of the error,SDER).基于CT图像建立股骨有限元模型,模拟实验条件,计算股骨内部位移,与DVC测量的内部变形场对比验证.结果 基于临床CT的DVC方法重复扫描位移偏差小于 0.013 mm,MAER和SDER均小于200 με;虚拟位移偏差小于0.098 mm,MAER为1093～1687 με,SDER为604～1267 με,远小于骨组织屈服应变.FEA计算的位移和DVC测量的位移之间具有较强的相关性(R2≥0.76,P＜0.05).结论 基于临床CT的DVC方法可以准确测量股骨内部变形场,并且基于临床CT的有限元模型可以准确计算股骨内部变形场.

    CT图像有限元分析数字体相关骨质疏松股骨骨折

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    一氧化氮治疗仪混合气体均匀性的有限元分析

    刘庆利陈再宏胡燕海吴海啸...
    15-22页
    查看更多>>摘要：目的 通过计算流体动力学(computational fluid dynamic,CFD)方法研究一氧化氮治疗仪中气体混合装置内压、预设的NO输出浓度以及输入气体流速对混合气体均匀性的影响,从而为一氧化氮治疗仪的使用安全性评估提供参考价值.方法 首先通过分析一氧化氮治疗仪的工作原理、工作参数和气体混合装置结构设置7 组不同参数的算例,然后对气体混合装置模型进行网格划分、网格无关性验证、数值计算方法的选择以及控制方程的介绍,最后引出气体混合均匀度量化方法并利用FLUENT软件对各组算例进行有限元仿真.结果 根据FLUENT软件导出各组算例的气体浓度分布云图,通过气体混合均匀度量化公式计算出的第1～7 组算例所对应的气体混合均匀度依次为 91.62%、92.75%、93.09%、92.53%、94.21%、93.98%、97.75%.结论 在一氧化氮治疗仪中气体混合装置内压和预设的NO输出浓度对混合气体均匀性的影响较为微弱,而输入气体流速对一氧化氮治疗仪混合气体均匀性影响较为显著.该研究可为一氧化氮治疗仪的安全使用提供技术性参考.

    计算流体动力学一氧化氮治疗仪混合均匀度有限元仿真FLUENT

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    背部痧象特征要素数显划分方法

    李斌胡广芹李霄张新峰...
    23-28页
    查看更多>>摘要：目的 通过对痧象图片数据的研究,提出一种数显的客观方法来对背部痧象特征要素进行准确辨识,以避免主观认知不同带来的偏差,帮助人们快速辨识痧象的相关特征,为中医医师的诊断提供一定的客观依据,减少主观化成分.方法 首先,采用深度语义分割算法模型对采集的背部痧象图片进行分割,以获取只包含痧象的部分区域,去除图片中其他无关部分,尽可能减少对后续实验所带来的影响.然后针对分割得到的图像,结合中医五脏六腑在背部的映射区,采用关键区域检测的方法对痧象颜色特征进行3 种区间的识别;根据中医主观上对于痧象形状的划分,采用像素统计方法将痧象形状划分为片状和点状两种.最后,通过准确度、精确度、召回率、F1 值对客观识别的结果进行数据上的评价.结果 本文提出的客观数显方法在痧象颜色特征划分上的准确率达到了 80.56%,在痧象形状特征的划分上准确率达到了89.60%,能够较为准确地对痧象特征要素进行划分,具有一定的可行性.结论 本文提出的数显方法能够对痧象的颜色和形状特征进行较为准确的辨识,可以在很大程度上避免主观认知所造成的辨识不同问题,在辅助医师诊断以及用于中医痧象特征的识别教学方面具有较大的应用前景,可为正确了解痧象特征信息提供帮助.

    中医痧象信息化机器学习特征分类图像处理

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    基于表面肌电信号的上肢外骨骼康复训练系统设计

    付强张志辉张松源段佰龙...
    29-34页
    查看更多>>摘要：目的 为实现不同上肢损伤程度患者的康复训练,设计一种基于表面肌电信号(surface electromyographic signal,sEMG)的上肢外骨骼康复训练系统.方法 该康复训练系统的机械结构主要由背部控制部分、可变刚度驱动器以及可调节上肢支架部分组成;控制系统包括肌电采集、滤波、特征提取和动作分类识别.首先采集肌电信号,并提取时域特征;然后采用主成分分析法(principal component analysis,PCA)进行降维处理,用K均值聚类算法(K-means clustering algorithm)进行动作模式分类识别;最后对可变刚度驱动器进行刚度测量实验,并进行仿真实验验证分类效果.结果 康复训练系统可以自主地调节刚度,并且动作模式的总体识别率为89.74%.结论 该康复训练系统动作模式识别率高,可以更好地带动患者完成康复训练.

    表面肌电信号康复训练变刚度特征提取分类识别

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    搭载雷帕霉素纳米晶的透明质酸微针贴片的制备及性质初步探究

    王柏霖孙洁芳丁晓航汪川...
    35-42页
    查看更多>>摘要：目的 可降解载药微针可以持续、安全、无痛地实现局部药物缓释,而微针载药系统用于心血管领域可最大程度发挥药物的局部抗凝,抑制内膜增生,减小药物全身给药带来的毒副作用.为此本文制备了一款搭载雷帕霉素纳米晶的透明质酸(hyaluronic acid,HA)微针贴片,并对该贴片进行初步理化性质评价、体外模拟释药性能评估以及刺入大隐静脉性能的分析评价.方法 首先以 150 万分子量的透明质酸为基材掺杂的雷帕霉素水相纳米晶混悬液(rapamycin nanoparticles,RAP-NPs)形成药物均匀分散的水凝胶;然后通过聚二甲基硅氧烷微针模板(polydimethylsiloxane,PDMS)制备可溶于水的雷帕霉素水相纳米晶混悬液的透明质酸微针贴片(hyaluronic acid-rapamycin-microneedle,HA-RAP-MN);最后对这种载药微针进行初步理化性质评价和体外模拟释药性能分析评价.结果 RAP-NPs水相混悬液可与HA水凝胶形成混匀的混合物,使药物能够均匀分散在微针中并持续释放药物,解决了难溶性药物分子无法在HA水凝胶中均匀分散的技术瓶颈.药物模拟释放实验表明雷帕霉素可在8h内释放70%以上,达到缓释效果.免疫荧光结果表明雷帕霉素均匀分布于静脉中膜及内膜.结论 可溶于水的雷帕霉素水相纳米晶混悬液的透明质酸微针贴片在局部降低冠状动脉旁路移植术后内膜增生方面具有可预期的应用潜力.

    透明质酸可溶性微针雷帕霉素纳米晶药物缓释可降解生物材料

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    基于视频目标检测的中药饮片调剂预警系统

    王艳唐燕石琳张林...
    43-50页
    查看更多>>摘要：目的 构建基于视频目标检测的中药饮片调剂预警系统,降低中药饮片调剂混淆事件发生率,保障用药安全.方法 设计基于人工智能的中药饮片调剂预警系统开发方案,分为视频采集、目标检测、文字识别和预警四个模块.预警系统可以驱动监控视频实时检测药剂师中药饮片调剂内容,与处方实时比对,对漏配、错配和多配等错误调剂信息进行语音和图文信息预警.本文以小柴胡汤加减方为基础,采购3 个批次中药饮片样本,采集并标注 1 524 张饮片图像,制作中药饮片数据集,基于Faster R-CNN算法训练目标检测模型并进行系统构建.结果 经测试Faster R-CNN 模型均值平均精度(mean average precision,mAP)达到了 95.10%,利用训练好的目标检测模型结合文字识别和预警算法构建预警系统,对中药饮片调剂过程进行识别,系统能对调剂错误行为进行准确自动报警.结论 该系统可实时、主动进行中药饮片调剂检测和预警,为中药饮片调剂智能化提供新思路,提高中药饮片调剂科技水平,促进中医药与人工智能相结合.

    目标检测中药饮片调剂差错预警

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    2D-3D医学图像配准临床数据集标定结果的分析与评价

    魏萍王顺顺王珠舒丽霞...
    51-57页
    查看更多>>摘要：目的 构建采自临床的 2D-3D医学图像配准数据集,是实现各种学习算法应用于实际医疗的重要环节.然而临床数据的获取过程中存在多种不确定因素,致使数据集的标定结果需要分析和评价.本文对采自胸主动脉腔内修复术的一组X线和CT图像的几组标定数据进行分析和评价,并确定正确标定结果.方法 分别采用相似性度量法和投影距离误差法对标定结果进行分析和评价.选用相似性准则,计算CT图像生成的二维数字放射重建图像和X线图像的相似性,相似程度越高,对应的标定值越接近真实值.读取X线图像中的标记物影像位置作为参考位置;将计算得到的CT图像中标记物位置在X线图像上投影,得到投影位置;计算参考位置和投影位置的距离,距离值越小,对应的标定值越接近真实值.结果 提供的几组标定数据,在比较数字放射重建图像和X线图像相似性方面,相似度接近,没有明显指向性;而投影距离误差法的分析结果指向性明显,能够定量描述标定结果的优劣.主要原因在于各组标定值之间差别不突出;生成的数字放射重建图像和X线图像之间模态差异较大等.结论 投影距离误差法是评价2D-3D医学图像配准数据集标定结果的有效手段.另外,若提供的标定结果计算数据差异明显,或者可以提供高质量的数字放射重建图像时,相似性度量法也是评价标定结果的可选途径.

    数据集标定临床数据集评价相似性度量投影距离误差

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    重度阻塞性睡眠呼吸暂停患者脑电能量密度分布及变化规律分析

    常丹丹蔡晓畅毕军赵智玲...
    58-65页
    查看更多>>摘要：目的 阻塞性睡眠呼吸暂停(obstructive sleep apnea,OSA)是一种在临床有较高病发率的睡眠障碍,其病发机制为上气道在睡眠期间反复阻塞,会引发低氧血症、频繁低通气、睡眠唤醒、呼吸暂停等病理生理改变.多导睡眠监测(polysomography,PSG)是临床上诊断OSA的金标准,可以监测患者睡眠期间的脑电波变化.本文通过分析重度 OSA 男性患者睡眠规律和脑电(electroencephalogram,EEG)能量密度分布及变化规律,探究重度OSA患者的睡眠脑电变化.方法 选取 30 名男性重度OSA患者和30 名男性正常对照组,对60 名受试者进行整夜(8h左右)的多导睡眠监测,对得到的睡眠特征和脑电参数进行整理,提取睡眠与脑电特征.对比睡眠监测得到的睡眠特征和其前额区的脑电能量密度.结果 在睡眠特征方面,重度OSA患者睡眠期时间为 370.20 min,睡眠效率平均为 86.90%,非快速眼动 1 期平均占比19.90%,非快速眼动2 期平均占比 42.55%,对比正常人睡眠时间、睡眠效率以及非快速眼动1 期、2 期占比明显降低.在脑电特征方面,重度OSA患者整夜睡眠θ波的绝对能量密度、总能量密度、相对能量密度delta波、K复合波的相对能量密度高于对照组,β 波相对功率低于对照组.OSA患者脑电低频活动增加明显.结论 随着OSA患者严重程度的加重,患者的脑电能量与低频活动增加明显,为OSA患者疾病的发展趋势和评估疗效提供了重要的参考依据.

    阻塞性睡眠呼吸暂停脑电呼吸暂停低通气指数脑电能量密度

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    基于物联网技术的内镜清洗追溯系统的应用

    刘志强王杰
    66-70,77页
    查看更多>>摘要：目的 为了解决综合性医院内镜中心清洗任务繁重、管理不完善、清洗质量难以达标等出现的诸多问题,使用基于物联网技术的内镜清洗追溯的信息化管理系统,并对系统进行应用效果评价.方法 结合物联网、5G通信技术和信息化集成方法,在B/S架构下构建出以Web网页技术实现的系统应用端,选择SQL server数据库作为服务器系统支撑,同时结合嵌入式ARM架构,由NB-IOT联网功能和低功耗的射频识别技术(radio frequency identification,RFID)刷卡功能组成的C-Link作为硬件功能模块.采用3 种检测方式(生物学检测、ATP抽检检测和追溯合格率)对系统应用进行统计学分析.结果 在使用物联网新系统后信息追溯功能满意度提升了 12.29%,生物学检测、ATP抽检检测率和追溯合格率分别提升了14.86%、12.71%和17.43%,相比传统的方式有着明显的提升.结论 基于物联网技术的内镜清洗追溯系统对提高工作效率、预防医院感染和实现医院规范化管理有着实际价值.

    物联网技术内镜清洗追溯系统射频识别技术B/S架构

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