可穿戴心电检测的主要挑战是较多导联影响被测者的身体活动,如果减少导联会使心电数据信息减少使检测效果变差.为了平衡被测者日常穿戴舒适性和检测准确性,笔者设计了一个基于Transformer Encoder的自适应相对位置编码重构算法,通过前后重叠的切片方式使相邻片段的信息具备关联性,相对位置编码时加入可训练参数对任意片段进行重构,从而有效地提取位置信息.用3个导联的EGG信号重构标准12导联EGG信号,实验结果表明,重构的ECG数据均方根误差低至0.02758,平均相关系数高达98.43%,显示出本文算法在应用于可穿戴心电检测设备的应用前景.
目的:建立颈椎C2～C7节段三维有限元模型,分析模型的生物力学特征,进行有效性验证.方法:招募一名健康志愿者为建模对象,利用64排螺旋CT进行颈椎连续性断层扫描,扫描区域设定为枕骨至C7椎体节段.将获得的图像数据DICOM文件导入至Mimics图像分割软件中,对颈椎骨性结构进行分割提取.在Geomagic studio软件中对获得的颈椎骨性结构模型进行去噪、光顺、修补填充等处理,拟合曲面实体,并偏移分割生成皮质骨与松质骨,将模型保存为STEP文件.在Solidworks软件中完成椎间盘髓核、纤维环及关节软骨结构的建立与模型的组装匹配.ANSYS Workbench软件中添加材料属性、接触关系、边界条件及载荷,测量颈椎在前屈、后伸、左右侧弯、左右旋转6种应力作用下位移变化.结果:成功建立颈椎C2～C7节段有限元模型,颈椎C2～C3屈伸、侧屈、旋转角度位移分别为7.2°、8.2°、5.3°,颈椎C3～C4屈伸、侧屈、旋转角度位移分别为7.2°、8.1°、6.2°,颈椎C4～C5屈伸、侧屈、旋转角度位移分别为8.1°、7.9°、7.8°,颈椎C5～C6屈伸、侧屈、旋转角度位移分别为6.9°、5.4°、5.2°,颈椎C6～C7屈伸、侧屈、旋转角度位移分别为5.7°、4.8°、3.7°,和既往颈椎生物力学模型测试结果基本一致.结论:本研究基于有限元建模软件成功建立正常颈椎有限元模型,该方法所建立的模型可靠,通过有效性验证,具备良好的生物力学性能.
目的:为进一步拓展国产自主蒙卡核模拟软件系统(SuperMC)在肿瘤治疗领域内作为剂量计算核心的应用,发展一套基于CT模型的硼中子俘获治疗(BNCT)剂量计算流程,实现由CT和MRI影像到SuperMC计算文件的转换.方法:通过CT和MRI文件融合及肿瘤区域勾画建立高精度的蒙卡粒子输运计算模型,在设置血硼浓度和照射源项之后,开展粒子输运计算,从而得到4种生物剂量的空间分布.然后,使用BNCT领域内的国际基准题Synder模型进行校验,最后采用1例脑胶质瘤临床案例作为典型应用.结果:对于Synder模型,基于3σ原则,SuperMC计算结果与MCNP结果一致.对于CT模型,成功构建一个空间分辨率为0.06 cm×0.06 cm×0.30 cm的头部模型,且计算结果表明在肿瘤区域,硼生物剂量明显高于其他剂量的贡献.结论:SuperMC适用于BNCT剂量计算,特别是可开展基于高分辨率的CT模型的剂量计算.
心律失常自动分类对心血管疾病的预防尤为重要,本研究提出一种基于马尔可夫转移场(MTF)和改进MobileNetV2网络的心律失常图像分类方法.首先将原始心电(ECG)信号进行预处理和数据增强,并通过MTF将处理后的ECG片段转变为具有时间关联性的二维图像.其次在MobileNetV2网络的模块中融入高效通道注意力.将正常心拍、左束支传导阻滞、右束支传导阻滞和起搏心拍4种类型的ECG信号通过改进MobileNetV2网络进行分类.结果表明改进MobileNetV2模型复杂度仅略高于原始MobileNetV2,在心律失常分类准确率上,比原始MobileNetV2网络提高0.89%,达到99.71%,实现了对4种不同类型的ECG信号的有效分类.
将基于最小均方误差对数谱幅度估计的语音增强算法用在心音降噪中,该方法基于统计模型方法将降噪归于统计框架中,通过对带噪心音信号进行最优幅度谱估计,最小化估计心音与干净心音的差异来去除噪声,恢复原始的信号.实验结果表明,本文算法有效改善了心音信号的时频特征,并在后续的心音分类算法中获得了更高的准确率.本文方法在心音降噪中表现优秀,对电子听诊器、心脏病自动检测技术的发展具有重要意义.
目的:探讨经口胆管镜直视系统(SpyGlass系统)在胆总管结石患者治疗中的应用价值.方法:选取120例胆总管结石患者,采用随机数字表法将其分为联合组和对照组,各60例.对照组采用经内镜逆行胰胆管造影及液电碎石术治疗,联合组在对照组基础上同时采用SpyGlass系统;比较两组患者胆管直径、结石数目、结石直径、手术时间、X线暴露时间、一次性碎石成功率、术中出血率、手术前后患者肝功能指标(TBIL、ALT、AST、γ-GT)、C反应蛋白(CRP)、白细胞(WBC)以及手术并发症差异.结果:联合组与对照组的胆管直径、结石数目、结石直径、术中出血率比较,差异均无统计学意义(P＞0.05);联合组的手术时间、X线暴露时间显著短于对照组,联合组的一次性碎石成功率高于对照组,差异具有统计学意义(P＜0.05).术前,联合组与对照组的肝功能指标(ALT、AST、TBIL、γ-GT)、CRP、WBC比较,差异无统计学意义(P＞0.05);术后48 h,比较联合组和对照组的肝功能指标(ALT、AST、TBIL、γ-GT)、CRP、WBC,差异仍无统计学意义(P＞0.05),但联合组与对照组治疗后均可显著改善肝功能,降低CRP、WBC(P＜0.05).联合组并发症发生率显著低于对照组(3.33%vs13.33%,P＜0.05).结论:胆总管结石患者采用SpyGlass系统技术实施碎石治疗能有效缩短手术时间及X线暴露时间,提高一次性碎石效果,降低手术并发症发生率.
提出一种基于代谢分析的抑制SARS-CoV-2复制的药物靶点预测方法.使用5组基因表达综合数据库(GEO)的人类肺部组织细胞的转录组学数据,提取出SARS-CoV-2入侵宿主细胞后显著高表达的基因,进而重构出病毒入侵肺部组织细胞后的代谢网络模型;之后采用基因敲除、毒性测试等系统生物学分析方法来预测药物靶点.对GEO中5个数据集的样本进行分析,结果显示各数据集预测的靶点基因具有一定的一致性.其中,PLPBP是5个数据集中预测的共有靶点基因,说明它对于SARS-CoV-2代谢活动具有重要作用,可作为治疗该疾病的潜在药物靶点;另外,BCAT1、BCAT2、ADI1也具有一定的研究价值.提出的方法为预测SARS-CoV-2的药物靶点提供一种新的思路,预测的药物靶点也具有进一步临床研究的潜力.
针对双臂协同连续变化下肌力估计精度低的问题,提出一种双向长短期记忆(BiLSTM)网络与自注意力(SA)机制相结合的肌力估计模型.首先,通过搭建肌力估计试验平台采集双臂肌肉等长收缩状态下的肌力与表面肌电信号,然后采用独立成分分析方法以及小波阈值去噪方法对采集数据进行预处理,提取信号的均方根作为特征值,最后利用BiLSTM-SA模型进行肌力估计.实验结果表明BiLSTM-SA模型在双臂等长收缩肌力估计中决定系数R2的平均值在0.97以上,表现出良好的肌力估计准确性.
针对肺结节尺度差异大、边界纹理不清晰、背景干扰严重导致的肺结节分割不精确的问题,以3D U-Net为基础,引入Transformer结构,设计一种基于特征增强的多分支U-Net肺结节分割算法.Transformer从全局角度提取肺结节及周边组织的结构特征,浅层3D U-Net提取图像纹理特征;利用上述结构特征及纹理特征进行特征增强;多尺度残差块和3D坐标注意力对3D U-Net进行改进,用于提取特征增强后的肺结节多尺度信息,并在3D U-Net解码器基础上,对深层语义信息进行复用,最终实现肺结节分割.在LIDC-IDRI数据集上对该模型进行验证,精确度、敏感度、Dice相似性系数分别达到90.04%、86.64%、88.80%,综合分割性能优于其他算法.
心脏电活动和机械活动的同步监测是全面评估心功能的关键.本研究设计一种可同步采集心电信号和胸部机械振动信号的穿戴式监测设备,以单片机为核心,利用心电采集芯片检测心电信号,利用加速度传感器同步采集心脏在体表的机械搏动信号.信号采集后,通过上位机分析软件识别心电和机械信号特征点,估算心功能指标.实验结果发现所估算的心功能指标与超声心动图获得参数具有较强的相关性,表明基于心电信号和机械信号同步传感的穿戴式监测方法可用于高风险心血管疾病患者的日常心功能监测.
目的:观察Graves病(GH)合并甲状腺结节患者131I碘(131I)治疗后甲状腺结节的大小变化,以了解131I在治疗GH的同时对合并的甲状腺结节的疗效.方法:回顾性分析GH合并甲状腺结节患者行个体化131I治疗的106例病例资料,共发现193个结节,根据结节大小分为3组,A组:结节直径≤5 mm,B组:5 mm＜结节≤10 mm,C组:结节＞10 mm.分析3组病例行131I治疗前后结节大小的变化,了解131I治疗后不同结节大小的治疗效果,并采用多重线性回归方法分析与治疗效果相关的因素.结果:A组结节共59个,131I治疗甲亢痊愈后结节消失83.33%、结节变小7.41%、结节不变或增大9.26%,总有效率90.74%;B组结节共108个,131I治疗甲亢痊愈后结节消失61.82%、结节变小21.82%、结节不变或增大16.36%,总有效率为83.64%;C组结节共26个,131I治疗甲亢痊愈后结节消失31.58%、结节变小31.58%、结节不变或增大36.84%,总有效率为63.16%.3组结节治疗前后变化差异有统计学意义(P＜0.05).甲状腺结节大小、年龄与治疗效果有相关性,而甲状腺质量、个体化服131I剂量、性别、总三碘甲状腺原氨酸、总甲状腺素、促甲状腺素、2h吸碘率、24h吸碘率等因素与治疗效果均无相关性.结论:131I治疗GH合并甲状腺良性小结节效果明显,尤以小于10 mm的小结节效果显著.
为了对磁感应热疗作用于胰腺导管腺癌时的效果进行研究,根据真实的人体数据构建三维的人体腹部、胰腺、胰腺导管和肿瘤模型,采取亥姆霍兹线圈用作产生交变磁场的热疗装置.在有限元仿真分析软件COMSOL中进行电磁与传热模块的耦合后,得到磁感应热疗作用于胰腺导管腺癌时的磁场和温度场的仿真结果.结果表明,治疗区域的空间磁场分布均匀,温度场分布满足热疗需要.胰腺导管腺癌在进行磁感应热疗时,肿瘤组织的温度可以迅速升高,达到42℃以上,而周围正常组织升温不显著.此外,研究还证实了胰腺导管周围存在的大血管、磁流体溢出等因素对热疗的疗效没有太大的影响,仿真结果能够为胰腺导管腺癌的磁感应热疗临床实践提供参考.
针对增强现实血管介入手术系统中,柔性导丝在血管中运动时位姿动态变化影响主-从位姿配准精度及迭代效率低下的问题,提出一种快速迭代自适应阈值最近点迭代(ICP)算法.首先通过建立血管和导丝物理模型,获取运动点位置数据.然后充分考虑迭代中系统状态的变化,通过对主手端和从手端点的重叠率进行判断,设计自适应动态阈值ICP算法进行精配准,提高配准精度.同时快速选点迭代,提高配准效率.最后进行仿真模拟,与经典ICP算法进行对比分析.结果表明,本研究提出的动态高精度配准算法能将配准速度和精度分别提高57%和70%.该方法能提高配准方法的动态特性,抑制术中导丝形态变化对配准精度及配准效率的影响,更加适合增强现实血管介入手术情况.
目的:提出一种肝脏组织全局特征与局部特征结合的肝硬化病程分类方法,用于解决目前肝硬化诊断主要依赖于人工检测的问题.方法:收集47例乙型肝炎肝硬化患者(依据Child-Pugh改良分级标准分为轻度肝硬化组、中度肝硬化组、重度肝硬化组)及20名健康志愿者(正常对照组)的二维高频超声图像,提出差分滤波器方法提取图像的码距,并提取角点、条索、腹水等特征进行定量分析.建立两阶段分类模型,第一阶段采用RBF核函数的SVM,将轻度与中度肝硬化归为一组,正常与重度肝硬化归为一组进行分类,避免两组之间的互相干扰.第二阶段采用贝叶斯对RF进行参数调优,调整不同特征的重要性权重,对每组的两个类别分别分类,提升肝硬化病程分类的准确率.结果:提出的特征均具有统计学意义(P＜0.05),采用SVM-RF模型对正常对照组、轻度肝硬化组、中度肝硬化组、重度肝硬化组4个阶段的最终分类准确率分别达到93.11%、88.19%、91.93%和96.86%.结论:本文方法可以有效提取符合医生视角的全局特征以及局部特征,辅助诊断肝硬化病程.
目的:设计一种利用视觉虹膜识别概念和神经网络来诊断良性阵发性位置性眩晕(BPPV)的方法,从而辅助医生进行诊断.方法:通过计算机视觉二值化和阈值化技术从BPPV患者眼球运动视频中定位瞳孔和虹膜,捕获眼球运动轨迹.在眼球运动过程中使用虹膜模板匹配方法提取瞳孔和眼球运动的特征信息.将获得的眼动数据输入设计的神经网络进行BPPV诊断.结果:通过计算机视觉技术的实时检测和网络学习特征的能力,能有效捕捉并描述眼球运转轨迹,输出当前眼动轨迹信息,辅助医生做出更准确、更迅速的决策.结论:使用这种相对简单、无创且精确的方法来测量扭转眼球运动解决了长期存在的阻碍视觉和眼球运动的问题,能广泛应用于基础和临床研究或诊断测试.
聚二甲基硅氧烷(PDMS)是一种具有良好的生物相容性和一定光学透明性的弹性材料.随着3D打印技术的发展,PDMS在医学领域中显示出巨大的应用前景.相对于间接3D打印,直接3D打印PDMS在医学领域中受到更广泛的关注.最常用于PDMS成型的直接3D打印技术包括挤出式3D打印技术、嵌入式3D打印技术和光固化3D打印技术.本综述简要介绍了PDMS的特性及其在医学领域中的应用;详细阐述了PDMS成型过程中常用的直接3D打印技术;最后对PDMS未来在医学领域中的应用提出展望.
目的:旨在研究自监督生成对抗网络(SAGAN)在锥形束CT(CBCT)合成伪CT(sCT)中的应用,以解决CBCT图像质量问题,提高图像引导放疗的准确性.方法:收集58例头颈鳞癌患者CBCT和计划CT(pCT),采用U-Net结构和马尔科夫鉴别器构建SAGAN网络,并引入自注意力机制.使用WGAN-GP损失函数进行对抗训练,学习CBCT模态的空间映射和密度映射特性,增强CBCT图像特征表达和sCT的合成精度.分别对SAGAN和Res-Unet基线模型合成的sCT图像与原始pCT进行定性和定量分析,验证模型性能.结果:定性结果显示,SAGAN和Res-Unet合成的sCT均有效抑制伪影,SAGAN合成的sCT更接近pCT,误差较小.定量评价结果表明,SAGAN的平均绝对误差、结构相似性指数和峰值信噪比优于Res-Unet基线模型,特别在软组织方面表现更佳,差异有统计学意义(P＜0.05).SAGAN合成的sCT在体部、骨组织、软组织的线性回归斜率分别为0.956、0.959、0.839,CT值校正能力优于对比方法.结论:SAGAN模型在基于CBCT的sCT合成研究具有更优的CT值校正能力和图像转换质量,为图像引导放疗提供可靠依据,提高放疗精确性.
目的:分析冠状病毒基因中密码子的进化和变异.方法:运用生物信息学方法和生物统计学方法,对新型冠状病毒(SARS-CoV-2)和非典病毒(SARS)基因中密码子使用的偏好性和密码子的上下文关系进行比较分析.结果:两种病毒密码子的使用都存在显著的偏好性(RSCU值的变化为0.10～2.67),且偏好使用的密码子(偏爱密码子)和避免使用的密码子(稀有密码子)基本是一致的;通过相关性分析发现在两种病毒中密码子适应性指数(CAI)与密码子第三位点的GC含量(GC3)呈显著的负相关性,但SARS-CoV-2的负相关性更强(SARS-CoV-2:R2=0.76,P＜0.001;SARS:R2=0.48,P＜0.001),随着CAI的增大,GC3降低由于CAI是反映基因表达水平的参数,即高表达基因偏好低GC3的同义密码子.比较偏爱密码子和稀有密码子的上下文关系,发现偏爱密码子与稀有密码子各位点的核苷酸组分存在显著差异,这种差异性表现为在密码子不同位点GC和AT的显著区别,反映了GC含量对同义密码子使用偏爱性的约束.结论:SARS-CoV-2和SARS病毒基因组GC含量、密码子的上下文关系、密码子各位点核苷酸的组分、基因的表达水平是影响密码子偏爱性的重要因素,研究结果对SARS-CoV-2和SARS病毒基因组的进化和变异的研究具有参考意义.
基于多序列MRI建立无侵入性、准确、客观的胶质瘤相关癫痫诊断模型.回顾性地收集403例胶质瘤患者的T1WI、T2WI、T1Gd和T2-FLAIR图像.使用预训练的深度学习模型分割包含胶质瘤及瘤周水肿的感兴趣区域,从中提取一阶统计学特征、形态学特征和纹理特征.采用皮尔逊相关系数、递归特征消除等方法进行特征筛选,并将特征分类建立子模型,最终建立含有15个特征的影像模型用于癫痫诊断,在独立测试集上获得0.836的AUC值.在影像模型的基础上加入年龄及性别进行重新建模,获得含有14个特征的临床-影像模型,在独立测试集上获得0.872的AUC值.结合基本临床信息和多序列MRI影像特征的组学模型可以作为胶质瘤相关癫痫的有效诊断工具.
目的:探讨无创呼吸机呼吸末正压通气(PEEP)参数设置在重症急性胰腺炎(SAP)患者俯卧位机械通气中的应用.方法:选取泉州市第一医院120例SAP患者,根据随机数字表法分为两组,各60例.两组均行无创呼吸机俯卧位机械通气,观察组为PEEP≥10 cmH2O,对照组为PEEP≤5 cmH2O,比较两组并发症发生率、病死率、机械通气、入住ICU及住院时间、治疗前及治疗后72h每分钟通气量、动脉血氧分压(PaO2)、心率(HR)、呼吸频率、动脉血二氧化碳分压(PaCO2)、气道闭合压及气道峰值、pH值、平均动脉压(MAP)、CT严重程度指数(CTSI)、急性生理与慢性健康状况评分系统Ⅱ(APACHE-Ⅱ)评分.结果:观察组每分钟通气量、呼吸频率、PaO2高于对照组,气道闭合压、气道峰值、PaCO2、CTSI评分、APACHE-Ⅱ评分低于对照组(P＜0.05);两组治疗前后MAP、HR比较,差异无统计学意义(P＞0.05);观察组机械通气、入住ICU及住院时间均短于对照组(P＜0.05);观察组出院90d病死率低于对照组(P＜0.05).结论:无创呼吸机俯卧位机械通气期间PEEP≥10 cmH2O治疗SAP患者,可有效改善肺内氧合,有助于缩短治疗及康复时间,改善患者预后.
