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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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    基于有限元仿真的髓内钉参数对儿童股骨干骨折的影响

    肖有伸陈睿娜杨玉菊郑钰...
    221-228页
    查看更多>>摘要：目的 研究髓内钉关键参数对儿童股骨干骨折的生物力学性能影响,为后续儿童髓内钉的几何尺寸设计及生物力学分析提供依据.方法 通过Mimics建立儿童股骨模型,使用SolidWorks进行180 mm、210 mm、240 mm 3种长度的髓内钉设计,使用Ansys Workbench有限元仿真软件,分别对3种长度的髓内钉进行医用不锈钢和钛合金材料的赋值,求解出使用不同长度及材料的髓内钉进行内固定时,股骨在轴向载荷下的应力分布及位移,评估髓内钉固定股骨的稳定性和术后股骨的愈合情况.结果 在同种材料下,髓内钉长度与股骨平均应力值、股骨最大位移呈负相关,即随髓内钉长度的增加,股骨平均应力值及股骨最大位移减小,稳定性更好.相同长度下,钛合金髓内钉与医用不锈钢髓内钉相比较,可适当减弱应力屏蔽效应,利于术后股骨愈合.结论 本研究建立的儿童股骨及髓内钉内固定模型说明了髓内钉长度及材料对于股骨的稳定性及骨折愈合的影响,可为后续儿童髓内钉的几何尺寸初步设计及生物力学分析提供依据.

    髓内钉股骨干骨折有限元分析生物力学矫治

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    不同应力水平对支架降解影响的有限元分析

    张晗冰杜田明张艳萍陈诗亮...
    229-235,241页
    查看更多>>摘要：目的 建立多种腐蚀因素共同作用的支架降解模型,探究不同应力水平对可降解支架的降解行为及服役性能的影响.方法 基于连续损伤力学原理,通过在有限元框架下为独立单元设置腐蚀属性和材料属性,对支架降解过程中的力学强度和几何变化进行模拟,由此建立均匀腐蚀、应力腐蚀及点腐蚀多种因素共同作用下的支架动态降解模型.分别将支架扩张至血管直径的1.05、1.1、1.2倍为支架提供不同的应力水平,对三种不同工况的降解过程进行数值模拟,分析降解过程中的支架形态、质量损失率及服役时间等.结果 支架植入后的应力水平会对其服役性能产生显著影响.随着扩张比的增加,三种应力水平下支架断裂的时间分数分别为0.95、0.82和0.78,断裂时的质量损失率分别为73％、63％和60％.降解过程中由应力腐蚀主导移除的单元数量分别为112、125和139;应力腐蚀作为主导因素的时间分数分别为0.93、0.82和0.78.血管塌陷的时间分数分别为0.83、0.72和0.68,并且血管塌陷发生在支架失去其几何完整性之前.结论 对于可降解支架,选择恰当的扩张比对获得良好的支架治疗效果有重要影响.高扩张比在更好维持管腔通畅性的同时也通过提高花冠处的应力水平使局部应力腐蚀作用增加,从而缩短了支架的服役时间,导致其更容易发生不均匀降解.

    可降解支架植入扩张比应力腐蚀支撑性有限元分析

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    高眼压作用下大鼠小梁网组织弹性模量的变化

    王涛刘志成李林钱秀清...
    236-241页
    查看更多>>摘要：目的 探究高眼压持续作用不同时间下大鼠小梁网组织弹性模量的变化情况,为深入研究小梁网组织的力学特性与房水外流阻力之间的关系提供基础.方法 选取18只SD雄性大鼠,体重控制在260～300 g.右眼通过烙闭上巩膜静脉建立高眼压实验组模型,左眼不做任何处理作为对照组,并分别在2周、3周、4周取下眼球后制作小梁网组织横截面冰冻切片,利用原子力显微镜对小梁网区域进行纳米压痕实验,使用Sneddon接触模型对压痕曲线进行拟合,得到高眼压作用持续不同时间下小梁网弹性模量的变化情况.结果 实验组与对照组眼压差异具有显著性,说明成功建立了高眼压动物模型.2周、3周、4周实验组的小梁网弹性模量分别为(20.55±5.68)kPa、(23.98±4.42)kPa、(28.56±5.94)kPa,明显大于各自的对照组,且不同时间点3个实验组的小梁网组织弹性模量也存在统计学上的差异.结论 随着高眼压的持续作用,小梁网组织弹性模量明显增大,且与作用时间呈正相关.这一发现一定程度上考虑了高眼压对小梁网力学性质的影响,为深入了解高眼压对眼球生理机制的影响提供了重要线索,所得结果对房水外流阻力增大机制的研究具有参考意义.

    大鼠小梁网高眼压原子力显微镜弹性模量

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    两种波形分析模型与术中患者血流动力学变化的相关性

    林懋时程云章曹阳梁冰...
    242-249页
    查看更多>>摘要：目的 储存压力波模型巧妙地将动脉系统的功能分为导管功能和储集功能,从而引入更多变量以解释血流动力学的变化.本研究旨在对比储存压力波模型与"金标准"波分离模型在反映患者血流动力学变化的优劣,探究储存压力波模型是否比其他同类型波形分析技术更具价值.方法 选取30例进行全身麻醉膝关节置换手术的患者,围绕患者因术中干预而产生血流动力学变化的时间节点,进行动脉压力波形采集,对信号进行预处理后使用上述两种波形分析模型进行分析,引入储存波上升斜率(Pr/tr)、储波幅值与脉压比值(Pr/PP)、储存波波峰在心动周期的位置(tr/T)、反向波上升斜率(Pb/tb)等波形特征参量.使用配对样本t检验对诱导前后和给药前后的生命体征参数、波形参量分别进行比较,并对术中5个时间点的波形参量变化与生命体征参数变化进行Spearman相关性分析.结果 诱导前后和给药前后的生命体征参数、波形特征参量的变化具有较高的统计学显著性.波分离模型中仅有Pb/tb与心输出量(cardiac output,CO)呈负相关(r=-0.312,P<0.05),其他参量均与术中生命体征参数相关性不高.而储存压力波模型的波形参量中Pr/tr与CO、静脉-动脉二氧化碳分压(Pcv-aCO2)相关系数分别为-0.766、0.616(P<0.01),tr/T与CO相关系数为0.483(P<0.01).储存压力波模型特征参量与生命体征参数的相关更加密切.结论 储存压力波模型在反映高血压患者血流动力学变化中,比同类型的波形分析技术更具价值.

    动脉压力波形血流动力学生命体征参数波分离模型储存压力波模型

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    基于改进型生成式对抗网络的EEG-fNIRS多模态信号数据增广研究

    王鹏举李明爱
    250-258页
    查看更多>>摘要：目的 基于深度学习的脑电图-功能性近红外光谱技术(electroencephalogram-functional near-infrared spectroscopy,EEG-fNIRS)多模态脑机接口在康复工程中具有广泛的应用前景,但存在数据量不足的问题.为此,本文提出一种基于改进条件生成式对抗网络(conditional generative adversarial network,CGAN)的EEG-fNIRS多模态信号数据增广方法,以解决EEG-fNIRS多模态脑机接口与深度学习结合时面临的数据量匮乏的问题.方法 首先,对EEG和fNIRS数据进行滤波、归一化和下采样等预处理.然后,针对EEG的非平稳特点,在CGAN生成器和判别器中增加自注意力机制,获得EEG数据增广模型CGANE,加强捕捉和学习时变关键信息的能力.同时,针对fNIRS采样率低、信息量不充分问题,在CGAN生成器和判别器中增加上采样卷积层,获得fNIRS数据增广模型CGANf,加强模型的信息挖掘能力,并将CGANE和CGANf的条件信息设置为类标签;进而,利用CGANE和CGANf对每导EEG和fNIRS分别进行增广,并将多导EEG扩增数据和多导fNIRS[包括氧合血红蛋白浓度(oxyhemoglobin concentration,HbO)和脱氧血红蛋白浓度(deoxyhemoglobin concentration,HbR)两种]扩增数据串接融合,获得EEG-fNIRS多模态增广数据.最后,对公开的EEG-fNIRS多模态信号数据集TU-Berlin-A前6名受试者数据进行增广实验,并设计一维卷积神经网络分类器评估增广数据的质量.结果 基于EEG-fNIRS多模态信号公开数据集TU-Berlin-A前6名受试者的左右手运动想象数据进行实验研究表明,当数据扩增5倍时,本文方法取得94.81％的平均分类准确率.结论 CGANE和CGANf能够生成接近真实数据分布的EEG和fNIRS信号,验证了对CGAN改进和本文所提EEG-fNIRS多模态数据增广方法的有效性.

    脑电图功能性近红外光成像技术多模态信号条件生成式对抗网络数据增广

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    急性呼吸窘迫综合征患者死亡率预测的两阶段堆叠异构集成模型

    张文正孔平宋燕周亮...
    259-266页
    查看更多>>摘要：目的 建立一个机器学习模型能够准确预测急性呼吸窘迫综合征(acute respiratory distress syndrome,ARDS)患者死亡风险,选取合适的填充方式解决现有电子健康记录(electronic health record,EHR)中存在的稀疏性、不规则性问题,辅助医生进行临床决策.方法 从重症监护医学信息数据库(medical information mart for intensive care,MIMIC-Ⅲ)中筛选符合"柏林定义"的ARDS患者,并对患者入院24 h内的生命体征、实验室指标、诊断代码、影像学报告等数据进行回顾性分析,首先使用非负潜在因子分解填补缺失值,然后构建两阶段的堆叠异构集成学习方法,预测患者30 d内的死亡风险,采用受试者工作特征曲线下面积(area under the receiver operation characteristic curve,AUROC)、准确度、精确度、F1值等指标对模型进行评价,并进行特征重要性分析.结果 本研究共纳入2576个患者,80％用于训练,20％用于模型测试.利用不同填充方式对数据进行处理,非负潜在因子分解相较于其他填充方式能够更好地保留原数据的分布结构,有着更高的填充精度.对填充好的数据进行建模,两阶段堆叠集成模型的准确度为0.841,AUROC为0.846,F1值为0.586,相较于其他机器学习模型展示出了更好的预测能力.结论 两阶段的堆叠异构集成学习模型能够较好地实现对ARDS患者死亡风险预测.

    急性呼吸窘迫综合征机器学习两阶段法死亡率

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    癫痫高频振荡节律检测与发作始发区定位系统软件设计

    覃宏振万雄波杜玉晓吴敏...
    267-273,279页
    查看更多>>摘要：目的 癫痫脑电信号中的高频振荡节律是发作始发区的显著生物标记物,其精确检测对术前发作始发区定位至关重要.而复杂的检测和定位方法需要专门的软件将其封装处理,并提供直观的数据分析界面,以供研究者和临床医生使用,为此本文设计一种直观的高频振荡节律检测与发作始发区定位系统软件HFOLab.方法 采用模块化的设计方法,将高频振荡节律检测方法和发作始发区定位方法设计为两个子模块,将检测结果可视化并输入定位子模块.考虑检测方法误报问题和人工检测需求,分别设计高频振荡节律辅助校验和辅助检测子模块,为专家校验和标记高频振荡节律提供直观依据.结果 采用20名癫痫患者的脑电数据,对HFOLab进行初步试验.试验结果表明,HFOLab具有直观的数据分析界面,可对检测结果可视化,并为专家校验和标记高频振荡节律提供直观的依据.20名患者的高频振荡节律平均检测灵敏度(Ripples:92.4％;Fast ripples:90.3％)和平均误报率(Ripples:9.2％;Fast ripples:10.7％)良好,整体发作始发区定位灵敏度和特异性分别为78.9％和77.4％.结论 HFOLab可有效检测高频振荡节律并定位发作始发区,可辅助专家校验和标记高频振荡节律,为应用高频振荡节律定位发作始发区的临床试验提供新的工具.

    癫痫高频振荡节律发作始发区检测定位

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    基于银离子交联改善壳聚糖水凝胶的力学性能

    李鹏魏尚竹杨秀
    274-279页
    查看更多>>摘要：目的 壳聚糖(chitosan,CTS)分子在碱性氛围(NH3)中通过分子链缠结和非共价键作用以及分子间的低能键(如氢键、配位键等)的相互作用,可以逐步形成网状结构的壳聚糖水凝胶(CTS/NH3).但在实际应用中,由于纯壳聚糖水凝胶的力学性能比较差,通常需要与刚性的保护性凝胶复合形成双层物理交联后,才能应用于生物材料领域.本文拟通过加入金属银离子以改善其相关性能.方法 首先在100 mL的2％(体积分数)的乙酸水溶液中加入2.5 g的壳聚糖,配制浓度为2.5％(质量分数)的壳聚糖溶液;在壳聚糖溶液中加入一定量的硝酸银形成壳聚糖-AgNO3溶液,将30 mL壳聚糖-AgNO3溶液倒入培养皿,将培养皿放在0.2 m3的含有100 mL氨水的密闭环境内,放置12 h至水凝胶形成.将水凝胶从培养皿中取出,用蒸馏水洗涤至洗涤液呈中性,制备不同银离子浓度的壳聚糖-银离子水凝胶;然后通过溶胀性能、表面形态、流变学和拉伸特性,检测其力学性能.结果 银离子赋予壳聚糖水凝胶良好的溶胀性能和稳定的流变学性能,从而使其力学性能明显改善,且随着银离子浓度的增加,力学性能更加优异.相比于纯壳聚糖水凝胶,适当加入银离子,能使其力学强度增大至少10倍.结论 金属银离子可以有效改善壳聚糖水凝胶的力学性能.

    水凝胶壳聚糖金属银离子力学性能

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    机器人辅助Magerl螺钉内固定术治疗上颈椎疾病

    郎昭袁强范明星张琦...
    280-284,313页
    查看更多>>摘要：目的 经寰枢关节螺钉(Magerl螺钉)内固定技术是上颈椎疾病的主要手术方式之一.传统方法技术要求高,学习曲线陡峭,由于螺钉错位造成的神经血管并发症发生率高.随着机器人辅助脊柱手术的不断开展,机器人技术的高精确性为Magerl螺钉安全精确置入带来了新的希望.本研究回顾性分析机器人辅助Magerl螺钉内固定手术的安全性及螺钉置入精确性.方法 纳入2017年8月至2022年7月于北京积水潭医院行TiRobot机器人辅助Magerl螺钉内固定手术的上颈椎疾病患者18例.记录螺钉安全性及精确性指标.安全性指标包括手术时间、出血量、螺钉相关神经血管并发症情况,以及随访1年时神经功能改善情况、颈部疼痛变化及植骨融合情况.精确性指标包括使用术中C臂锥形束CT图像的叠加技术计算螺钉置入精确性,并根据术后CT对螺钉是否侵犯骨皮质的情况进行分级.结果 18例患者共置入Magerl螺钉36枚.平均手术时间为(186.1±61.9)min,平均失血量为(352.8±133.4)mL,无螺钉相关神经血管并发症.术后1年随访时,所有存在脊髓压迫症状的患者神经功能均有改善,患者颈部疼痛症状好转,所有患者均实现植骨融合.螺钉置入的平均平移和角度误差分别为(1.47±0.30)mm和2.30°±0.47°.术后CT判断Ⅰ类螺钉占88.9％(32/36),Ⅱ类螺钉占11.1％(4/36),无Ⅲ类螺钉.结论 机器人辅助Magerl螺钉内固定技术治疗上颈椎疾病是安全和精确的.

    机器人寰枢椎Magerl螺钉安全性精确性

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    心脏黏液瘤合并缺血性卒中的手术方式和术后管理

    乔曼丽李昆宇苏崇弘马立萍...
    285-290页
    查看更多>>摘要：目的 探讨心脏黏液瘤合并缺血性卒中(cardiac myxoma combined with ischemic stroke,CM-IS)的手术方式、术后并发症及术后抗栓治疗,为心脏黏液瘤导致的心源性卒中的手术方式和术后管理提供依据.方法 心脏黏液瘤分别采用传统胸骨正中开胸手术和经胸骨右侧第四肋间微创手术两种手术方式.回顾性收集了2010年1月1日至2020年12月31日于北京安贞医院住院治疗的全部心脏黏液瘤患者,并将患者分为心脏黏液瘤合并缺血性卒中组和非卒中组,对部分患者进行短期随访.分析心脏黏液瘤合并缺血性卒中的手术方式、术后并发症,术后抗栓治疗及短期预后.结果 共有387例患者纳入分析,其中包括45例缺血性卒中患者和342例非卒中患者.缺血性卒中患者在胸骨正中切开术中,体外循环阻断时间(62.7 min±23.7 min vs.63.2 min±27.4 min,P=0.921)、住院天数(10.2±3.0 vs.10.0±3.5,P=0.596)和术后并发症(15.0％vs.9.5％,P=0.283),与非卒中患者均无显著差别,缺血性卒中患者同时行冠脉搭桥手术的比例更高(17.5％vs.5.6％,P=0.005),同时行心脏瓣膜手术的比例较低(2.5％vs.16.8％,P=0.018).缺血性卒中患者在微创手术中,体外循环阻断时间(66.6 min±27.5 min vs.69.7 min±29.9 min,P=0.460)、住院天数(9.1±1.8 vs.11.2±4.3,P=0.268)和术后并发症(20.0％vs.13.2％,P=0.678),与非卒中患者亦无显著差别.缺血性卒中患者术后使用抗栓治疗的比例(37.8％vs.39.8％,P=0.471),与非卒中患者无显著差别;随访期间无脑卒中复发,死亡(4.3％vs.2.0％,P=0.481)和黏液瘤复发(2.2％vs.1.8％,P=0.825)的比例,两组亦无显著差别.缺血性卒中患者3年生存率为95.7％(95％CI:94.9～96.5).结论 心脏黏液瘤合并缺血性卒中患者在黏液瘤切除手术方法中,无论采取胸骨正中切除术,还是微创手术,都是安全、有效的,术后并发症少.卒中患者在黏液瘤切除术后无需常规给予抗栓治疗,预后良好,生存率高.

    心脏黏液瘤心源性卒中手术方式生存率

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