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结合频域先验和特征增强的心脏图像分割方法

激光与光电子学进展 2024年第10期61卷 359-368页

作者：陈柯炎刘巧红韩啸翔林元杰张维坤上海理工大学健康科学与工程学院上海200093 上海健康医学院医疗器械学院上海201318

针对心脏磁共振图像中的心脏子结构之间灰度差异小导致的边界不清、右心室区域形状大小多变等影响分割精度的问题,提出一种结合频域先验知识和特征融合增强的心脏磁共振图像分割网络。所提模型是一个由频域先验引导子网络和特征融合增... 详细信息

针对心脏磁共振图像中的心脏子结构之间灰度差异小导致的边界不清、右心室区域形状大小多变等影响分割精度的问题,提出一种结合频域先验知识和特征融合增强的心脏磁共振图像分割网络。所提模型是一个由频域先验引导子网络和特征融合增强子网络组合而成的D形结构网络。首先,通过傅里叶变换将原始图像从空间域转换为频域,提取出高频的边缘特征,并将频域先验引导的子网络的低级特征与特征融合增强子网络的对应阶段进行特征拼接融合,以提高边缘识别的能力;其次,在特征融合增强子网络的跳转连接处引入具有局部和全局注意力机制的特征融合模块,提取上下文信息并获得丰富的纹理细节;最后,在网络底部引入Transformer模块,进一步提取长距离语义信息,增强模型表达能力,提高分割精度。在ACDC数据集上的实验结果表明,与现有方法相比,所提方法在客观指标和视觉效果上均取得最佳的效果,良好的心脏分割结果能为后续图像分析和临床诊断提供参考依据。

关键词：图像分割心脏磁共振图像频域先验注意力机制傅里叶变换

基于双域的密集连接残差卷积网络的磁共振重建

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激光与光电子学进展 2024年第12期61卷 126-133页

作者：张维坤刘巧红韩啸翔林元杰陈柯炎上海理工大学健康科学与工程学院上海200093 上海健康医学院医疗器械学院上海201318

磁共振成像是一种重要的医学影像临床工具,然而生成高质量的磁共振图像需要较长的扫描时间。为了加速磁共振成像速度,重建高质量的磁共振图像,提出一种级联频域和图像域的密集连接残差模块的磁共振重建网络。所提模型由频域重建网络和... 详细信息

磁共振成像是一种重要的医学影像临床工具,然而生成高质量的磁共振图像需要较长的扫描时间。为了加速磁共振成像速度,重建高质量的磁共振图像,提出一种级联频域和图像域的密集连接残差模块的磁共振重建网络。所提模型由频域重建网络和图像域重建网络组成,每个网络以U形的编码器-解码器结构为基础架构,两个域之间利用傅里叶逆变换进行转换。编码器采用了新设计的密集连接残差块,在提高特征复用的同时能够缓解梯度消失问题。在跳转连接处引入了坐标注意力,用于全局特征的提取和增强纹理细节的恢复。在公开的CC-359数据集上评估所提模型的性能。实验结果表明,与现有其他方法相比,所提方法在不同的采样率和采样掩模下可以有效去除伪影和保留更多的纹理细节,重建出更高质量磁共振图像。

关键词：图像处理磁共振重建密集连接残差块坐标注意力双域

医用镁合金超疏水PDMS/H-SiO涂层的制备及耐蚀性研究

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表面技术 2024年

作者：戴宇航陈江太赵晖林祥德廖跃华谢美华上海理工大学健康科学与工程学院上海健康医学院医疗器械学院

目的在镁合金表面构建超疏水涂层，以降低镁合金材料的降解速率、减少血小板粘附，提高镁合金的血液相容性。方法本文采用迈耶棒刮涂聚二甲基硅氧烷和网筛二氧化硅颗粒的方法在镁合金表面制备超疏水复合涂层。采用扫描电子显微镜、红... 详细信息

目的在镁合金表面构建超疏水涂层，以降低镁合金材料的降解速率、减少血小板粘附，提高镁合金的血液相容性。方法本文采用迈耶棒刮涂聚二甲基硅氧烷和网筛二氧化硅颗粒的方法在镁合金表面制备超疏水复合涂层。采用扫描电子显微镜、红外光谱、能量色散谱仪等测试方法对涂层进行表征；使用接触角测量仪检测涂层的疏水性；通过电化学测试研究涂层耐蚀性；通过体外血小板黏附和疏血性测试评价分析血液相容性。结果通过刮涂网筛聚二甲基硅氧烷和网筛二氧化硅颗粒制备的涂层在AZ31B镁合金表面呈现均匀且致密的形态。在3.5wt%的氯化钠溶液中浸泡后，相比于对照组裸AZ31B镁合金和仅涂覆PDMS的镁合金，涂层电阻(2.85×106Ω·cm2)和电荷转移电阻(5.69×106kΩ·cm2)都为最大值，复合涂层的腐蚀电流密度相比镁合金降低了五个数量级，腐蚀电压为正值，呈现优异的耐腐蚀性；复合涂层表面无黏附血小板，血液接触角大于150°，呈现超疏血性。结论综上所述，我们通过简单的涂层技术制备了一种超疏水复合涂层，复合涂层覆盖的镁合金展现出优越的耐腐蚀性能和优异的血液相容性，为拓宽镁合金的应用提供了一种新的防腐策略。

关键词：医用镁合金表面处理超疏水涂层耐腐蚀性血液相容性

壳聚糖导电水凝胶在功能性柔性应变传感器中的应用研究进展

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材料工程 2024年第8期52卷 87-97页

作者：巫舒嵇俊苏浩源安淑雅曾冬冬上海理工大学健康科学与工程学院上海200093 上海健康医学院医疗器械学院上海201318

壳聚糖水凝胶具有优异的可降解性和生物相容性,已成为构筑柔性应变传感器的重要材料。基于壳聚糖导电水凝胶的柔性应变传感器具有超强的环境适应力,广泛应用于健康监测、植入式设备等生物医学领域中。本文综述了壳聚糖导电水凝胶的制备... 详细信息

壳聚糖水凝胶具有优异的可降解性和生物相容性,已成为构筑柔性应变传感器的重要材料。基于壳聚糖导电水凝胶的柔性应变传感器具有超强的环境适应力,广泛应用于健康监测、植入式设备等生物医学领域中。本文综述了壳聚糖导电水凝胶的制备方法和导电机制,总结了壳聚糖导电水凝胶在耐低温型、自修复型及自黏型的功能性柔性应变传感器中的应用现状,最后指出制备工艺的优化、新材料的应用、人工智能化是壳聚糖导电水凝胶柔性应变传感器未来的重点研究方向,旨在为柔性应变传感器多功能应用的进一步发展提供理论基础和实践指导。

关键词：壳聚糖导电水凝胶制备柔性应变传感器应用

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基于卷积自编码的fNIRS信号运动校正算法研究

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红外技术 2024年第8期46卷 923-932页

作者：李永康李茜王琦雯徐琪李晓欧上海健康医学院医疗器械学院上海201318 上海理工大学健康科学与工程学院上海200093

功能性近红外光谱技术(functional near-infrared spectroscopy,fNIRS)作为一种高时间分辨率、成本低廉、便携性高的脑成像系统,近年来深受脑神经科学等研究领域的关注。但fNIRS信号中的运动伪迹会干扰后期数据分析的结果,且现有的一些... 详细信息

功能性近红外光谱技术(functional near-infrared spectroscopy,fNIRS)作为一种高时间分辨率、成本低廉、便携性高的脑成像系统,近年来深受脑神经科学等研究领域的关注。但fNIRS信号中的运动伪迹会干扰后期数据分析的结果,且现有的一些算法去噪效果较为单一。因此,本文提出了一种基于多层卷积自编码的fNIRS信号运动伪迹校正算法——MCAN算法,并使用该算法对fNIRS信号中的3种运动伪迹进行校正;然后用仿真数据和实验数据对所提算法的性能进行验证,将其与现有的几种常用算法进行对比,结果表明:MCAN算法在剩余运动伪迹数量、均方误差、信噪比、皮尔逊相关系数的平方、峰峰误差几种指标上表现良好,说明所提算法可作为一种全新的fNIRS信号预处理算法。

关键词：功能性近红外光谱卷积自编码卷积神经网络预处理运动伪迹

采用自注意力机制的OCT图像AMD亚型分类研究

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光学技术 2024年第1期50卷 112-119页

作者：杨文逸陈明惠吴玉全秦楷博杨政奇上海理工大学健康科学与工程学院上海介入医疗器械工程技术研究中心上海200093

目前基于卷积神经网络(CNN)的视网膜光学相干层析成像(OCT)图像分类方法存在对于小范围病变区域识别不清的问题,导致在判断年龄相关性黄斑变性(AMD)疾病干湿性、脉络膜新生血管形成(CNV)的活动性时准确率不高,而正确判断病变类型对于眼... 详细信息

目前基于卷积神经网络(CNN)的视网膜光学相干层析成像(OCT)图像分类方法存在对于小范围病变区域识别不清的问题,导致在判断年龄相关性黄斑变性(AMD)疾病干湿性、脉络膜新生血管形成(CNV)的活动性时准确率不高,而正确判断病变类型对于眼科医生制定治疗方案至关重要。为此本文提出了一种基于自注意力机制的CNN模型MobileX-ViT,将传统卷积层和自注意力模块结合,同时提取浅层网络的特征信息并获取图像的全局信息,以提高模型分类准确率。实验证明,相比于经典CNN分类模型Inception-V3、ResNet-50、VGG-16和MobileNeXt,文章提出模型在分类准确率上分别提高了5.6%、5.3%、4.5%和2.8%,证明了模型的有效性,为解决目前视网膜OCT图像分类中对于小范围病变区域识别不清的问题提供了新的方法。

关键词：光学相干层析成像技术年龄相关性黄斑变性图像分类自注意力机制

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可降解血管吻合器的结构设计与实验验证

医用生物力学 2024年第3期39卷 518-523页

作者：徐凯悦蔡雪胡钟欣高钦贤邢绪坡宋成利毛琳上海理工大学健康科学与工程学院现代微创医疗器械及技术教育部工程研究中心上海200093

目的设计一种新型可降解血管吻合器,探究施压距离与吻合口生物力学性能之间的关系,以提高血管端端吻合的效率与质量。方法设计吻合器的三维结构,并采用挤压态高纯镁为材料进行样机加工;通过建立血管端端吻合的有限元模型,研究在不同... 详细信息

目的设计一种新型可降解血管吻合器,探究施压距离与吻合口生物力学性能之间的关系,以提高血管端端吻合的效率与质量。方法设计吻合器的三维结构,并采用挤压态高纯镁为材料进行样机加工;通过建立血管端端吻合的有限元模型,研究在不同施压距离(0.4、0.5、0.6、0.7、0.8 mm)下,血管吻合端面应力分布情况及其变化规律;通过离体组织吻合实验,对有限元结果的合理性及该吻合器的可行性与有效性进行验证。结果当施压距离为0.6 mm时,吻合口力学性能最优,此时撕脱力为(11.79±0.64) N,爆破压为(39.32±2.99) kPa,满足临床上对组织吻合口强度的要求,同时组织的机械损伤较小。结论本文所设计的新型可降解血管吻合器可以通过调节施压距离对组织进行吻合,能够有效提高组织吻合效率,减小组织机械损伤,从而提高吻合质量。研究结果为可降解血管吻合器的设计提供重要参考。

关键词：可降解高纯镁血管吻合器端端吻合施压距离

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物理信息神经网络解偏微分方程设计渐进镜片

光学学报 2024年

作者：项华中程慧丁琦慧郑泽希陈家璧王成张大伟庄松林上海理工大学健康科学与工程学院医学光学与视光学研究所上海理工大学上海介入医疗器械工程技术研究中心上海理工大学机械工程学院上海理工大学光电信息与计算机工程学院

本文提出了一种基于物理信息神经网络(PINN)求解非线性偏微分方程设计渐进多焦点镜片的方法。使用显式有限差分算法生成训练数据，建立深度卷积神经网络模型，构建量化偏微分方程残差的损失函数，同时约束施加边界条件后的残差，在迭代... 详细信息

本文提出了一种基于物理信息神经网络(PINN)求解非线性偏微分方程设计渐进多焦点镜片的方法。使用显式有限差分算法生成训练数据，建立深度卷积神经网络模型，构建量化偏微分方程残差的损失函数，同时约束施加边界条件后的残差，在迭代过程中最小化损失函数来更新神经网络参数（权重和偏置）并输出优化后的镜片面型。最后，通过数值法和PINN设计并加工六组镜片。结果表明，经PINN设计的三组镜片，远用区的光焦度误差更小，在0.05D以内；远近用区像散也更小，仅0.02D；加光度与理论之间的误差也显著降低，最小误差为0.1D。实现了优化镜片光学性能的同时，远近用区域面积大小和宽度等参数基本没有变化，达到了优化要求。本文所提出的物理信息神经网络方法为渐进多焦点镜片的优化提供了一种新的优化设计方法。

关键词：物理信息神经网络自由曲面渐进多焦点镜片像散光焦度

基于MobileNetV2的小肠溃疡病灶图像识别

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中国生物医学工程学报 2024年第1期43卷 70-79页

作者：刘张郭旭东李胜男上海理工大学健康科学与工程学院上海200093

小肠镜下的溃疡病变形态复杂,鉴别诊断困难。为实现小肠溃疡病变的人工智能辅助识别,提高诊断效率和准确度,构建了一种基于MobileNetV2网络的小肠溃疡性病灶识别算法。以MobileNetV2为主干特征提取网络,将输出特征图进行空间上的多尺度... 详细信息

小肠镜下的溃疡病变形态复杂,鉴别诊断困难。为实现小肠溃疡病变的人工智能辅助识别,提高诊断效率和准确度,构建了一种基于MobileNetV2网络的小肠溃疡性病灶识别算法。以MobileNetV2为主干特征提取网络,将输出特征图进行空间上的多尺度提取后输入至通道注意力模块中进行特征重标定,并将多个尺度上的特征进行融合后输出分类。为了缓解数据集不均衡所带来的影响,提出了一种改进的损失函数。所用数据集来自上海长海医院282位患者的共2124张小肠镜临床图像。采用所提方法对该数据集测试的识别准确率为87.86%,5折交叉验证平均准确率为87.27%。使用梯度加权类激活图进行了可视化验证,同时将所提模块应用在不同主干网络架构上,均具有良好的通用性。研究表明,该网络模型能够更加注重病灶信息,加强病灶特征判别指向,对于小肠溃疡图像具有较高的识别准确率,可初步实现小肠溃疡病灶的自动识别。

关键词：医学图像分类小肠溃疡 MobileNetV2 空间多尺度特征特征重标定