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期刊信息/Journal information
生物医学工程学杂志
生物医学工程学杂志

陈槐卿

双月刊

1001-5515

swyxgcxzz@163.com，swyxgcxzz@yahoo.cn

028-85501507,85422073

610041

四川省成都市武候区外南国学巷37号 四川大学华西医院

生物医学工程学杂志/Journal Journal of Biomedical EngineeringCSCD北大核心CSTPCDEI
查看更多>>本刊为中国生物医学核心期刊。被国内外多家著名检索系统收录。是国内外重点院校，从事生物医学工程领域科技工作者进行学术交流的主要场地。本刊的收录近况以2000年为例：自然科学刊登率为55.4%,Ei的收录率为55.7%.
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    一种高效可操作的经颅电刺激电极优化方法

    谢旭王敏敏张韶岷
    724-731,741页
    查看更多>>摘要：经颅电刺激是一种极具潜力的无创神经调控技术.基于个体经颅电刺激电场仿真模型的电极优化方法可依据个体头部组织结构差异给出个性化电刺激参数,显著提升经颅电刺激的干预靶向性.然而,目前所提出的电极优化方法存在计算耗时较长(通常大于1 d)、未考虑刺激器输出通道数受限等局限,进一步阻碍了电极优化方法在临床中的应用.因此,本文提出了一种高效可操作的电极优化方法,可以结合目标脑区强度和聚焦性两个目标进行优化并约束所使用的电极数量,且计算快速.与目前常用的电极优化方法相比,本文所提方法可以在保证优化效果的基础上,极大地节省计算时间(耗时减小85.9％),并且可依据刺激器实际输出通道数设置优化的电极使用个数,将电流分散到多个电极,提升经颅电刺激的使用耐受性.本文提出的电极优化方法具有高效率和易操作的特点,可为个体精准经颅电刺激的实施提供一定的数据支撑和参考.

    经颅电刺激电极优化高效计算有限元

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    前额单通道脑电信号的疲劳特征提取及分类算法

    杨慧舟刘云飞夏丽娟
    732-741页
    查看更多>>摘要：针对前额单通道脑电信号特征提取能力不足,导致疲劳检测精度降低的问题,本文提出一种基于有监督对比学习的疲劳特征提取及分类算法.首先,通过经典模态分解对原始信号进行滤波,提高信噪比;其次,考虑到一维信号在信息表达上的局限性,利用有重叠采样将信号转换为二维结构,同时表达信号短期内和长期间变化;由深度可分离卷积构建特征提取网络,加速模型运算;最后,通过联合有监督对比损失与均方误差损失对模型进行全局优化.实验表明,该算法对三种疲劳状态分类的平均准确度可达75.80％,相较于其它先进算法均有较大幅度提高,显著提高了单通道脑电信号进行疲劳检测的准确性与可行性.本文研究为单通道脑电信号应用提供了有力支持,也为疲劳检测研究提供了新思路.

    单通道脑电信号驾驶疲劳检测特征提取有监督对比学习

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    人工肝中空纤维膜组件内胆红素与牛血清白蛋白传质行为研究

    王子恒许少锋余一帆陆俊杰...
    742-750页
    查看更多>>摘要：了解人工肝中空纤维膜组件传质行为对其高效解毒具有重要指导意义.建立了中空纤维膜组件内流动传质的三维数值模拟模型,研究了小分子胆红素与大分子牛血清白蛋白(BSA)在组件内的传质行为,讨论了管程流量、壳程流量、中空纤维管长度对胆红素与BSA传质的影响.研究结果表明小分子胆红素的传质方式是对流传质和扩散传质二者兼具,而大分子BSA的传质方式以对流传质为主;胆红素和BSA的清除速率随着管程流量增大而提升,也随着中空纤维管长度增加而提升;随着壳程流量增大,胆红素的清除速率先快速提升再缓慢上升达到渐近值,而BSA的清除速率随壳程流量增大而逐渐减小.研究成果可以为人工肝中空纤维膜组件的结构优化设计和临床操作参数提供依据.

    人工肝中空纤维膜组件胆红素牛血清白蛋白传质行为

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    基于Azure Kinect运动捕捉的下肢关节力学和地面反作用力分析

    彭迎虎王琳陈瑱贤党晓栋...
    751-757,765页
    查看更多>>摘要：传统的步态分析系统往往操作复杂、便携性差且设备成本高.本研究拟基于Azure Kinect深度视频数据,结合足地接触模型,建立基于Azure Kinect运动捕捉系统的下肢肌骨动力学分析流程.实验采集了 10名受试者的深度视频数据,通过预处理获取骨架结构,以此作为肌骨模型输入,计算得到下肢关节角度、关节接触力和地面反作用力,并将其计算结果与传统的Vicon系统获取的运动学和动力学数据进行对比.所计算的下肢关节力和地面反作用力除以每位受试者体重,进行归一化处理.下肢关节角度曲线与Vicon得到的结果强相关(ρ平均值为0.78～0.92),但均方根误差高达5.66°.在下肢关节力预测方面,Azure Kinect模型均方根误差平均值范围为0.44～0.68,而地面反作用力均方根误差平均值范围为0.01～0.09.研究表明,所建立的基于Azure Kinect的肌骨动力学模型能较好地预测下肢关节力和垂直地面反作用力,但在下肢关节角度预测方面还存在一定误差.

    下肢关节力AzureKinect运动捕捉地面反作用力肌骨多体动力学步态

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    开放式胫骨高位截骨术中三维打印填充块设计的生物力学研究

    张静张嘉宁郭磊陈世斌...
    758-765页
    查看更多>>摘要：使用填充块可以改善开放式胫骨高位截骨术(OWHTO)初始稳定性,促进骨愈合.然而,填充块结构及材料对OWHTO的生物力学影响依然不清楚.本文通过对OWHTO解剖型填充块进行设计建模,采用有限元方法,研究了填充块结构及材料对OWHTO固定系统固定板、胫骨、螺钉、填充块的应力和楔形间隙处的微位移影响.在OWHTO引入填充块后固定板最大应力降低了 30％以上,胫骨最大应力下降了 15％以上,外侧铰链区域最大应力下降了 81％.填充块采用楔形间隙后侧位置填充设计时,固定系统最大应力为97.8 MPa,明显小于其他填充方式,且截骨间隙微位移最小为-2.9 μm,大于其他填充方式.与钛合金和钽金属相比,填充块采用多孔羟基磷灰石(HA)时可获得较大的截骨开口间隙微位移以刺激骨愈合.本研究结果表明OWHTO固定系统引入填充块更好地平衡了整体的应力分布,填充块结构采用楔形间隙后侧位置填充设计可以获得更优的固定效果,填充块材料采用多孔HA时骨愈合效果会更好.

    开放式胫骨高位截骨术填充块设计生物力学

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    微型正畸装置形状记忆合金弓丝非线性止锁机制设计

    代清源吉利华嘉皓梁振宇...
    766-774页
    查看更多>>摘要：目前研发的新型国产正畸装置中,托槽与形状记忆合金(SMA)弓丝之间的止锁机制是控制牙体精准矫正的关键.为满足临床治疗中的止锁力需求,止锁螺栓的紧固扭角及所需要的扭矩大小需要精准设计.为此,本文开展止锁机制的设计研究,分析紧固扭角与止锁力的对应关系,确定有效的扭矩值,其中涉及复杂耦合的接触、材料和几何非线性特征.首先,针对SMA弓丝的三点弯曲实验数据,开展基于参数正交实验设计的仿真分析,确定SMA超弹性材料参数.其次,建立螺栓旋紧和弓丝拉拔的两阶段精细有限元仿真模型,通过关键接触参数的优化设置,实现非线性分析收敛.最后,开展三种紧固扭角情况下的多组标定实验.本研究通过设计分析与标定实验的对比结果表明,各情况下止锁力的设计分析值与标定均值的偏差在10％以内,设计分析方法有效可靠.本研究最终确定临床应用的紧固扭角为10°,额定扭矩为2.8N-mm.综上,本文所得关键数据可用于新型正畸装置的临床方案设计和后续机械优化,研究方法可为包含SMA材料的医疗器械受力分析提供有益参考.

    正畸装置止锁机制形状记忆合金正交实验设计

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    模拟人体生物肺正压通气系统设计与仿真研究

    严钦城吴全玉张伟民潘玲佼...
    775-781页
    查看更多>>摘要：模拟人体生物肺是医务人员掌握和练习新型肺部介入诊疗器械的重要途径之一,在正压通气模式下其通气效果研究对临床通气治疗有着指导作用.为解决模拟人体生物肺在正压通气模式下参数配置复杂、气压和气流波形呈现缓慢等缺点,本文以模拟人体生物肺为研究对象,建立电学仿真通气模型.在压力调节容积控制(PRVC)正压通气模式下,进行仿真通气实验,将仿真所获取的通气波形与正常成人的通气波形进行比较分析.实验结果表明,在PRVC正压通气模式下,主要参考指标潮气量值的平均误差为9.8％,能有效模拟正常成人的通气效果.可见,所建立的电学仿真通气模型具有可行性,为模拟人体生物肺正压通气实验平台的进一步研究提供了条件.

    模拟人体生物肺正压通气模型压力调节容积控制

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    基于有限元方法的直接心室辅助加载模式研究

    李宸强贤杰张盛王天博...
    782-789页
    查看更多>>摘要：为了研究直接心室辅助的生物力学影响以及探究最优的加载模式,本文基于有限元方法建立了心衰患者的左心室模型,并提出了一种维持压迫力峰值的加载模式,从血流动力学和生物力学两个方面与传统的正弦加载模式进行了对比.结果表明,两种模式都能显著提升血流动力学参数,射血分数分别从基线29.33％增加到37.32％与37.77％,峰值压力、每搏量和每搏功等参数都有所增加;且两种模式的应力集中、过度纤维应变等现象均有所改善.然而,当考虑到辅助装置工作周期的相位误差时,本文所提出的辅助模式受到的影响更小,故本文研究或可为直接心室辅助装置的设计和优化提供理论支持.

    心力衰竭心外膜辅助有限元血流动力学

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    适形贴壁支架的"适形"与"可行"结构设计及其力学分析

    孙浩陶克怡刘昭杜田明...
    790-797,806页
    查看更多>>摘要：针对适形贴壁支架"适形"和"可行"的矛盾,探究不同平滑设计方案对支架力学行为和贴壁效果的影响.基于三维投影方法,对投影区域用最小二乘法进行拟合(拟合阶数1～6分别对应模型1～6),达到对适形贴壁支架平滑的效果.模拟6组支架在斑块钙化程度不同的狭窄血管中的压握、扩张过程,分析了弯曲刚度、支架崎岖度、面积残余狭窄率、接触面积分数和接触体积分数等指标.结果显示,弯曲刚度、支架崎岖度、面积残余狭窄率、接触面积分数和接触体积分数均随拟合阶数的增加呈上升趋势.其中模型1的接触面积分数和接触体积分数最小,未完全钙化斑块环境中分别为77.63％和83.49％,完全钙化斑块环境中分别为72.86％和82.21％,"适形"性最差;模型5和6的支架崎岖度的值较为接近,分别为32.15％和32.38％,制造和植入的"可行"性最差;模型2、3、4在两种斑块环境中具有相近的面积残余狭窄率.可见,对投影区域用最小二乘法进行2～4阶拟合获得适形贴壁支架较为合理;其中,在完全钙化环境中,2阶拟合获得的适形贴壁支架性能更好.

    血管内支架结构设计支架贴壁不良数值模拟生物力学

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    X线片桡骨远端骨折自动快速诊断研究

    刘云鹏干开丰李瑾孙德超...
    798-806页
    查看更多>>摘要：本文旨在将深度学习与图像分析技术进行结合,提出一种有效的桡骨远端骨折类型的分类方法.首先,使用扩展U-Net三层级联分割网络,对识别骨折最重要的关节面区和非关节面区进行精准分割;然后,对关节面区和非关节面区图像再分别进行骨折识别;最后,综合判断出正常或者ABC骨折分型结果.实验表明,正常、A型、B型和C型骨折在测试集上的准确率为0.99、0.92、0.91和0.82,而骨科医学专家的平均识别准确率为0.98、0.90、0.87和0.81.所提自动识别方法整体好于专家,在无专家参与的场景下,可以使用该方法进行初步的桡骨远端骨折辅助诊断.

    深度学习医学图像分割分类骨折诊断

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