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Machine learning in chronic obstructive pulmonary disease

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Chinese Medical Journal 2023年第5期136卷 536-538页

作者： Bochao Zhang Jiping Wang Jing Chen Zongquan Ling Yuhao Ren daxi xiong Liquan Guo School of Biomedical Engineering(Suzhou) Division of Life Sciences and MedicineUniversity of Science and Technology of ChinaHefeiAnhui 230026China Suzhou Institute of Biomedical Engineering and Technology Chinese Academy of ScienceSuzhouJiangsu 215163China.

The World Health Organization has projected that by 2030,chronic obstructive pulmonary disease(COPD)will be the third-leading cause of mortality and the seventh-leading cause of morbidity worldwide.[1]Acute exacerbations of chronic obstructive pulmonary disease(AECOPD)are associated with an accelerated decline in lung function,diminished quality of life,and higher mortality.[2]Accurate early detection of AECOPD contributes to better management and mortality reduction,and in the recent past there has been great progress in the development and application of machine learning(ML),which is an important part of predictive analytics incorporating predictive models that improve with increasing numbers of cases,in seeking ways to better tackle COPD.

关键词： mortality obstructive Acute

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LED光疗仪在皮肤中的穿透评估

光学精密工程 2022年第10期30卷 1139-1150页

作者：冯泽峰王沛沛杨旭刘虎熊大曦中国科学技术大学生物医学工程学院(苏州) 江苏苏州215163 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所江苏苏州215163

基于LED光源的低强度光治疗(LLLT)是一项快速发展的非侵入式光治疗技术。相比于激光,LED光疗能轻易产生较大面积的治疗光斑,并且获得与激光几乎一致的治疗效果。在LED光疗仪设计及光疗方案制定时,考虑到边缘光线与皮肤间角度过大会影响... 详细信息

基于LED光源的低强度光治疗(LLLT)是一项快速发展的非侵入式光治疗技术。相比于激光,LED光疗能轻易产生较大面积的治疗光斑,并且获得与激光几乎一致的治疗效果。在LED光疗仪设计及光疗方案制定时,考虑到边缘光线与皮肤间角度过大会影响光的穿透效果,因此需要一个皮肤模型分析大面积光斑时的光穿透情况。首先,本论文根据皮肤组织的光学特性建立了一个通用的皮肤模型样本。然后,利用蒙特卡洛模拟方法对LED光源发出的光进行追迹,并分析了不同波长、不同发散角的光,在该样本中的光分布和能量吸收情况。最后,根据人体肩部、前臂背侧、臀部三个部位皮肤的参数,与样本模型进行对照,验证模型的可靠性。模拟的最终结果给出了大尺寸LED光斑在皮肤中的传输情况,并且在不同部位皮肤的模拟实验中,均得到需要将光斑发散半角控制在30°以内的结论,为LED光治疗领域提供了重要参考。

关键词： LED光疗低强度光治疗皮肤模型蒙特卡洛模拟光发散角光穿透

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腹腔镜激光散斑血流成像技术

光学学报 2022年第7期42卷 236-243页

作者：吴琼周伟徐宝腾刘家林杨西斌王驰熊大曦中国科学院苏州生物医学工程技术研究所江苏苏州215163 上海大学机电工程与自动化学院上海200444 中国科学技术大学生物医学工程学院安徽合肥230026

激光散斑衬比成像(LSCI)技术广泛应用于大视场的组织表层血流成像,当需要实时在体监测生物体深层组织或腔内组织的血流分布及变化时,将LSCI与内镜成像技术结合是解决LSCI成像深度问题的有效途径。为此,搭建了商用腹腔镜LSCI成像系统,并... 详细信息

激光散斑衬比成像(LSCI)技术广泛应用于大视场的组织表层血流成像,当需要实时在体监测生物体深层组织或腔内组织的血流分布及变化时,将LSCI与内镜成像技术结合是解决LSCI成像深度问题的有效途径。为此,搭建了商用腹腔镜LSCI成像系统,并对微流体仿体和兔子大肠进行成像。实验结果表明,所搭建的系统可以校正静态散射以及消除系统噪声对散斑衬比度的影响,利用单次曝光下的散斑衬比测量值可以实现血流的定量监测,该商用腹腔镜LSCI成像系统将具有重要的临床应用潜力。

关键词：医用光学散斑衬比血流监测内窥成像静态散射

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双色荧光成像在体微型显微镜

光子学报 2022年第6期51卷 144-155页

作者：蓝凯秋杨西斌徐宝腾刘家林周伟熊大曦中国科学技术大学生物医学工程学院(苏州) 生命科学与医学部江苏苏州215163 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所光与健康研究中心江苏苏州215163

目前微型显微镜光学系统大都采用梯度折射率透镜作为物镜,受其色差限制,双色荧光成像效果较差。首先设计了微型消色差镜头代替梯度折射率透镜,分别以大脑皮层和深层成像为应用方向设计了两套光学系统,视场为1.10 mm×1.10 mm和0.77 mm×... 详细信息

目前微型显微镜光学系统大都采用梯度折射率透镜作为物镜,受其色差限制,双色荧光成像效果较差。首先设计了微型消色差镜头代替梯度折射率透镜,分别以大脑皮层和深层成像为应用方向设计了两套光学系统,视场为1.10 mm×1.10 mm和0.77 mm×0.77 mm,分辨率都达到3.47μm;其次,设计了数据采集电路,实现10帧/s的双色荧光同时成像,并将视频数据存储于内置存储卡中,去除了线缆对动物行动的限制;最后,通过优化结构设计形成了双色荧光成像微型显微镜样机,整体重量为6.2 g,方便动物随身佩戴。通过双色荧光微球仿体成像实验验证了该设备的技术指标及可靠性,预期在脑科学研究中具有较好应用价值。

关键词：双色荧光成像微型显微镜消色差光学设计电路设计

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用于LED准直的TIR透镜与反光杯效果研究

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激光与光电子学进展 2021年第19期58卷 320-325页

作者：王海洋金志樑王沛沛熊大曦中国科学院苏州生物医学工程技术研究所光健康中心江苏苏州215163

为了对比TIR(Total Internal Reflection)透镜和自由曲面反光杯用于LED(Light-Emitting Diode)光源准直的效果,基于TracePro分别仿真LED光源在相同口径的TIR透镜和反光杯下的有效射程和光斑直径,对比相同口径的TIR透镜和反光杯下的准直... 详细信息

为了对比TIR(Total Internal Reflection)透镜和自由曲面反光杯用于LED(Light-Emitting Diode)光源准直的效果,基于TracePro分别仿真LED光源在相同口径的TIR透镜和反光杯下的有效射程和光斑直径,对比相同口径的TIR透镜和反光杯下的准直特点。研究结果表明,随着口径的增加,射程均有所增加,光线形态经历三个阶段,对应光斑有三种形态,即矩形形态、复峰形态和驼峰形态;光源经过反光杯后的光斑直径更小且存在滞后效应;LED光源经过TIR透镜后的射程更远,但相差较小;当光斑口径过大时,两种光学系统均形成光环。

关键词：光学设计 LED TIR透镜反光杯仿真

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连续血液净化系统中血压实时监测模块的研究

压电与声光 2016年第2期38卷 231-234页

作者：刘永峰钟君成贤锴于涌熊大曦中国科学院苏州生物医学工程技术研究所江苏苏州215163 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033 中国科学院大学北京100049

连续血液净化系统中血压值是确定患者病情的重要参数,因此设计了一种非侵入式的血压实时监测模块。该监测模块采用气压传感器作为检测血压的测量元件,低功耗的单片机MSP430F449作为处理核心,高精度的AD7714作为模数转换模块,实现了对循... 详细信息

连续血液净化系统中血压值是确定患者病情的重要参数,因此设计了一种非侵入式的血压实时监测模块。该监测模块采用气压传感器作为检测血压的测量元件,低功耗的单片机MSP430F449作为处理核心,高精度的AD7714作为模数转换模块,实现了对循环管路中血压的非侵入式实时测量。实验结果表明,该血压实时监测模块能实现0.12%精度,输入、输出具有较好的线性关系,能准确反映血压的实时变化。

关键词：连续血液净化系统实时监测血压低功耗非侵入式

用于LED集鱼灯稳定照明的自由曲面透镜设计

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光学学报 2021年第5期41卷 148-157页

作者：刘展宇王沛沛金志樑王海洋熊大曦长春理工大学光电工程学院吉林长春130022 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所光与健康研究中心江苏苏州215163

进行海上灯光诱鱼作业时,船体横摇改变了发光二极管(LED)集鱼灯的照明角度,导致海面光照不断变化,对吸引和聚集趋光性鱼类产生不利影响。提出了一种利用自由曲面透镜实现扇形光强分布的方法,在Y-Z和X-Y平面上的发散角分别为110°和10°... 详细信息

进行海上灯光诱鱼作业时,船体横摇改变了发光二极管(LED)集鱼灯的照明角度,导致海面光照不断变化,对吸引和聚集趋光性鱼类产生不利影响。提出了一种利用自由曲面透镜实现扇形光强分布的方法,在Y-Z和X-Y平面上的发散角分别为110°和10°。分析了LED集鱼灯在渔船横摇角度变化范围(-10°~10°)内的目标面相对照度分布的相似性和误差率。模拟结果和实验结果的正交归一化相似性(NCC)分别大于98.50%和99.53%,均方根误差(RMSE)分别小于5.56%和4.60%。与普通LED集鱼灯和金卤灯比较,本设计显著提高渔船横摇时LED集鱼灯的光照稳定性。结果表明,在不同照明角度下,LED集鱼灯的自由曲面透镜能很好地实现海面上的稳定光照。

关键词：光学设计自由曲面发光二极管光照稳定性透镜

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基于复眼透镜的大面积均匀照明方案研究

应用光学 2014年第5期35卷 771-778页

作者：王沛沛杨西斌朱剑锋熊大曦江苏省医用光学重点实验室中国科学院苏州生物医学工程技术研究所江苏苏州215163 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033 中国科学院大学北京100049

为了实现大面积矩形均匀光斑,提出一种基于双排复眼透镜的设计方案。使用TracePro软件对该照明系统方案的效果进行建模仿真,分析了复眼透镜组的间距、后工作距离等参数对光斑面积和均匀性的影响。结果表明,复眼透镜间距越小、后工作距... 详细信息

为了实现大面积矩形均匀光斑,提出一种基于双排复眼透镜的设计方案。使用TracePro软件对该照明系统方案的效果进行建模仿真,分析了复眼透镜组的间距、后工作距离等参数对光斑面积和均匀性的影响。结果表明,复眼透镜间距越小、后工作距离越大,得到的光斑面积越大;而当间距控制在微透镜焦距附近时,光斑均匀性最佳。利用该设计方案,可在1m的后工作距离得到尺寸350mm×200mm的光斑,光斑中心280mm×160mm范围内光照度均匀性>0.85,该部分面积超过光斑整体面积的60%。该匀光方案有望在医用光疗、路灯照明等大面积均匀光照明领域得到广泛应用。

关键词：均匀照明复眼透镜大面积矩形光斑容错性

基于机器学习的慢性阻塞性肺疾病急性加重预测模型的研究

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中国康复理论与实践 2022年第6期28卷 678-683页

作者：张博超杨朝郭立泉陈静熊大曦中国科学技术大学生物医学工程学院(苏州)生命科学与医学部安徽合肥市230026 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所江苏苏州市215163 南京医科大学附属苏州科技城医院呼吸内科江苏苏州市215163

目的针对慢性阻塞性肺疾病急性加重期(AECOPD)患者肺功能检测存在误差大、准确性差的问题,开发AECOPD患者的肺功能预测模型,通过比较不同机器学习模型的预测性能,找到最优的模型。方法选取2018年1月至2020年2月南京医科大学附属苏州... 详细信息

目的针对慢性阻塞性肺疾病急性加重期(AECOPD)患者肺功能检测存在误差大、准确性差的问题,开发AECOPD患者的肺功能预测模型,通过比较不同机器学习模型的预测性能,找到最优的模型。方法选取2018年1月至2020年2月南京医科大学附属苏州科技城医院不同患病程度的慢性阻塞性肺疾病(COPD)患者90例。利用6种机器学习算法(K-最近邻、逻辑回归、支持向量机、朴素贝叶斯、决策树和随机森林)建立预测分类模型,比较受试者工作特征曲线下面积(AUC-ROC)和准确性。采用10折交叉验证对数据集进行验证。结果基于随机森林的模型相较于其他模型预测性能最佳,准确率达到0.844,AUC-ROC为0.916。结论基于随机森林的预测模型能够辅助临床医生在难以给出确切诊断时提供决策支持。

关键词：慢性阻塞性肺疾病急性加重期机器学习预测模型