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基于深度模糊学习的牙科CBCT运动伪影校正算法

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南方医科大学学报 2024年第6期44卷 1198-1208页

作者：林宗悦王永波边兆英马建华南方医科大学生物医学工程学院广东广州510515

目的针对牙科CBCT扫描中患者不自主运动导致的重建图像运动伪影问题,提出了一种基于深度模糊学习的牙科CBCT运动伪影校正算法(DMBL),以提升牙科CBCT的成像质量。方法首先使用模糊编码模块提取运动退化特征,从而对运动导致的退化过程... 详细信息

目的针对牙科CBCT扫描中患者不自主运动导致的重建图像运动伪影问题,提出了一种基于深度模糊学习的牙科CBCT运动伪影校正算法(DMBL),以提升牙科CBCT的成像质量。方法首先使用模糊编码模块提取运动退化特征,从而对运动导致的退化过程进行建模,然后将得到的运动退化特征输入伪影校正模块进行运动伪影去除。其中,伪影校正模块采用了图像模糊去除和图像模糊仿真的联合学习框架,可有效处理空间变化且随机的运动模式。为验证所提方法的有效性,本文分别在仿真运动数据集和临床数据集上进行对比实验。结果仿真数据集实验结果表明,本文方法峰值信噪比提升了2.88%,结构相似性(SSIM)提升了0.89%,均方根误差(RMSE)减少了10.58%;临床数据集实验结果表明,本文方法取得了最高的专家主观图像质量评分4.417(5分制),且与对比方法结果的评分具有显著性差异(P<0.001)。结论本文提出的DMBL算法,通过构建深度模糊联合学习网络结构,能够有效地去除牙科CBCT图像中的运动伪影,实现高质量的图像恢复。

关键词：运动伪影校正牙科CBCT 模糊学习

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基于全局-局部注意力机制和YOLOv5的宫颈细胞图像异常检测模型

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南方医科大学学报 2024年第7期44卷 1217-1226页

作者：胡雯然傅蓉南方医科大学生物医学工程学院广东广州510515

目标建立一种新的基于全局-局部注意机制和YOLOv5的宫颈病变细胞检测模型(Trans-YOLOv5),为准确、高效地分析宫颈细胞学图像并做出诊断提供帮助。方法使用共含有7410张宫颈细胞学图像且均包含对应真实标签的公开数据集。采用结合了数据... 详细信息

目标建立一种新的基于全局-局部注意机制和YOLOv5的宫颈病变细胞检测模型(Trans-YOLOv5),为准确、高效地分析宫颈细胞学图像并做出诊断提供帮助。方法使用共含有7410张宫颈细胞学图像且均包含对应真实标签的公开数据集。采用结合了数据扩增方式与标签平滑等技巧的YOLOv5网络结构实现对宫颈病变细胞的多分类检测。在YOLOv5骨干网络引用CBT3以增强深层全局信息提取能力,设计ADH检测头提高检测头解耦后定位分支对纹理特征的结合能力,从而实现全局-局部注意机制的融合。结果实验结果表明Trans-YOLOv5优于目前最先进的方法。mAP和AR分别达到65.9%和53.3%,消融实验结果验证了Trans-YOLOv5各组成部分的有效性。结论本文发挥不同注意力机制分别在全局特征与局部特征提取能力的差异,提升YOLOv5对宫颈细胞图像中异常细胞的检测精度,展现了其在自动化辅助宫颈癌筛查工作量的巨大潜力。

关键词：宫颈细胞图像异常检测 YOLOv5 图像处理全局和局部特征融合

一维卷积神经网络的自编码癫痫发作异常检测模型

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南方医科大学学报 2024年第9期44卷 1796-1804页

作者：欧嘉志詹长安杨丰南方医科大学生物医学工程学院广东广州510515

目的将一维卷积神经网络(1DCNN)作为自编码模型的特征提取网络,利用1DCNN对头皮脑电信号(EEG)局部特征的感知能力来提高自编码模型(AE)在低维特征空间的表达能力,提出一种简单高效的癫痫异常检测模型。方法癫痫发作后会出现标志性的EEG... 详细信息

目的将一维卷积神经网络(1DCNN)作为自编码模型的特征提取网络,利用1DCNN对头皮脑电信号(EEG)局部特征的感知能力来提高自编码模型(AE)在低维特征空间的表达能力,提出一种简单高效的癫痫异常检测模型。方法癫痫发作后会出现标志性的EEG波形变化,通过1DCNN的局部特征提取能力,捕捉正常信号的局部信息;利用正常数据训练自编码器,学习正常EEG数据在低维特征空间的表达,作为异常数据的癫痫EEG数据会脱离正常数据的低维特征空间,从而自编码模型无法有效地实现癫痫异常信号的重构;首先将输入和输出的差值作为异常分数值,然后通过ROC曲线的最优平衡点确定阈值,超过阈值的EEG信号被诊断为癫痫发作数据。利用公开数据集CHB-MIT脑电数据集和TUH脑电数据集,评估本文所提出的1DCNN-AE癫痫检测模型。结果从AUC值和癫痫事件检测两个任务来看,1DCNN-AE模型在患者平均水平下的AUC值分别达到了CHB-MIT的0.890和TUH的0.686,癫痫检测率达到了0.974和0.893,其结果优于最新癫痫异常检测模型LSTM-VAE和模型GRU-VAE。对于模型参数量而言,与LSTM-VAE的47.4M和GRU-VAE的36.9M等模型参数量相比,1DCNN模型的参数量Params达到了58.5M,处于同一个量级;但1DCNN-AE模型计算量FLOPs为0.377G,远远小于LSTM-VAE的21.6G和GRU-VAE的16.2G。结论1DCNN的自编码模型能有效地实现癫痫发作异常检测。

关键词：自编码器深度学习癫痫检测异常检测一维卷积神经网络

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聚集诱导发光材料在肿瘤光治疗应用中的最新进展

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有机化学 2024年第8期44卷 2441-2452页

作者：孟子翔田秀梅张天富广州医科大学生物医学工程学院

癌症是世界上导致死亡的主要原因之一,其发病率不断上升.光疗以其无创、无耐受性、副作用小和操作方便等优势,已成为癌症精准治疗的新范式.自2001年唐本忠院士团队发现聚集诱导发光(AIE)现象以来,具有该性质的荧光材料被广泛用作高效光... 详细信息

癌症是世界上导致死亡的主要原因之一,其发病率不断上升.光疗以其无创、无耐受性、副作用小和操作方便等优势,已成为癌症精准治疗的新范式.自2001年唐本忠院士团队发现聚集诱导发光(AIE)现象以来,具有该性质的荧光材料被广泛用作高效光敏/光热试剂.因其高度扭曲的分子结构,避免了聚集态下的平面堆叠问题,从根本上解决了传统荧光材料聚集淬灭现象,显著提高了量子产率和光稳定性.作者详细对AIE材料作为光敏剂、光热剂及显影剂在癌症光疗(光动力治疗、光热治疗和光声成像)以及联合治疗中的最新应用进行了综述,并展望其未来发展趋势.

关键词：聚集诱导发光光动力治疗光热治疗多模态联合治疗

基于全局-局部注意力机制和YOLOv5的宫颈细胞图像异常检测模型（英文）

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南方医科大学学报 2024年

作者：胡雯然傅蓉南方医科大学生物医学工程学院

目标建立一种新的基于全局-局部注意机制和YOLOv5的宫颈病变细胞检测模型（Trans-YOLOv5），为准确、高效地分析宫颈细胞学图像并做出诊断提供帮助。方法使用共含有7410张宫颈细胞学图像且均包含对应真实标签的公开数据集。采用结合了... 详细信息

目标建立一种新的基于全局-局部注意机制和YOLOv5的宫颈病变细胞检测模型（Trans-YOLOv5），为准确、高效地分析宫颈细胞学图像并做出诊断提供帮助。方法使用共含有7410张宫颈细胞学图像且均包含对应真实标签的公开数据集。采用结合了数据扩增方式与标签平滑等技巧的YOLOv5网络结构实现对宫颈病变细胞的多分类检测。在YOLOv5骨干网络引用CBT3以增强深层全局信息提取能力，设计ADH检测头提高检测头解耦后定位分支对纹理特征的结合能力，从而实现全局-局部注意机制的融合。结果实验结果表明Trans-YOLOv5优于目前最先进的方法。mAP和AR分别达到65.9%和53.3%，消融实验结果验证了Trans-YOLOv5各组成部分的有效性。结论本文发挥不同注意力机制分别在全局特征与局部特征提取能力的差异，提升YOLOv5对宫颈细胞图像中异常细胞的检测精度，展现了其在自动化辅助宫颈癌筛查工作量的巨大潜力。

关键词：宫颈细胞图像异常检测 YOLOv5 图像处理全局和局部特征融合

基于智能合约和雾计算的医疗数据可追溯加密方案

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信息安全研究 2024年第6期10卷 554-560页

作者：常雨晴贺婉朦周璐瑶彭振皖安徽医科大学生物医学工程学院合肥230012

传统的医疗系统解决了诸如医疗记录管理、患者信息存储、医疗资源调度等问题.然而,在应对日益增加的数据量和复杂的访问控制需求时存在着医疗隐私泄露、数据安全性和终端设备负载等缺陷.针对以上问题,提出一种面向医疗数据隐私保护的基... 详细信息

传统的医疗系统解决了诸如医疗记录管理、患者信息存储、医疗资源调度等问题.然而,在应对日益增加的数据量和复杂的访问控制需求时存在着医疗隐私泄露、数据安全性和终端设备负载等缺陷.针对以上问题,提出一种面向医疗数据隐私保护的基于智能合约和雾计算的可追溯加密方案.通过引入授权机制和基于属性加密的可撤销机制,有效保护了医疗数据的隐私,并避免了密钥滥用的情况.同时,通过在私钥中嵌入用户信息,进一步增强数据安全性.智能合约作为访问控制的参与方,负责执行用户的授权验证,部分解密操作由雾节点承担,从而减轻了终端设备的负荷,实现了负载均衡.通过与其他同类型方案进行计算开销、存储开销和安全性的对比发现,该方案具有更高的计算和存储效率.

关键词：属性加密访问控制雾节点医疗数据隐私智能合约

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数字PCR在EB病毒核酸检测中的临床价值

中华检验医学杂志 2024年第6期47卷 649-657页

作者：黄金印陈芊如何晓静欧子豪蔡贞司徒博郭永郑磊南方医科大学南方医院检验医学科广州510515 清华大学生物医学工程学院生物医学工程北京100084

目的评估EB病毒(EBV)多拷贝和单拷贝基因的数字PCR(dPCR)核酸检测方法在EBV核酸定量检测中的性能,并探讨其在临床应用中的适用性。方法对多拷贝BamHI-W基因及单拷贝EBNA1基因dPCR体系的灵敏度、特异性、精密度、检测下限(LoD)和线性进... 详细信息

目的评估EB病毒(EBV)多拷贝和单拷贝基因的数字PCR(dPCR)核酸检测方法在EBV核酸定量检测中的性能,并探讨其在临床应用中的适用性。方法对多拷贝BamHI-W基因及单拷贝EBNA1基因dPCR体系的灵敏度、特异性、精密度、检测下限(LoD)和线性进行性能验证比对,采用最小二乘线性回归分析评估其线性。同时,收集2022年1—7月就诊于南方医科大学南方医院疑似EBV感染相关疾病患者的血浆样本182例,使用dPCR和实时荧光定量PCR(qPCR)同步检测EBV DNA载量,采用最小二乘线性回归分析评估其定量相关性。结果多拷贝和单拷贝基因的dPCR体系均有良好的线性相关(R2分别为0.992、0.997,P均<0.001),BamHI-W基因dPCR体系LoD为188 IU/ml,EBNA1基因dPCR体系LoD为358 IU/ml;BamHI-W基因dPCR体系和EBNA1基因dPCR体系中高浓度样本(1000000 IU/ml)对数变异系数(CV)值分别为0.34%和0.21%,中低浓度样本(5000 IU/ml)对数CV值分别为0.98%和0.64%;7种常见临床感染病原体和EB病毒阳性样本对照检测中,dPCR检测体系中只有EBV阳性样本产生阳性信号,与其他病原体无交叉反应。在182份样本检测中,BamHI-W基因dPCR阳性率为47.80%(87/182),EBNA1基因dPCR阳性率为35.16%(64/182),qPCR阳性率为43.41%(79/182)。定量相关性分析中,BamHI-W基因dPCR体系和EBNA1基因dPCR体系与qPCR检测浓度值线性拟合R2值分别为0.837和0.763(P均<0.001)。临床样本中的BamHI-W基因的拷贝数为3~18拷贝,不同患者感染的EBV的BamHI-W基因拷贝数不同。对于每例患者,多拷贝BamHI-W基因dPCR体系和单拷贝EBNA1基因dPCR体系检测的载量监测变化曲线趋势具有较高的一致性。结论基于dPCR技术的检测多拷贝BamHI-W基因和单拷贝EBNA1基因的EBV检测方法均具有较高的灵敏度和特异性,精密度和定量准确性均适用于临床样本检测。多拷贝BamHI-W基因dPCR方法在提高检测灵敏度方面具有较大的优势,可作为目前EBV DNA载量检测方法的补充,特别是在低浓度样本中;同一患者的EBV DNA检出和动态监测使用多拷贝基因效果更好,不同患者比较EBV载量需要用单拷贝基因或以同一标准品标化后比较。

关键词：爱泼斯坦巴尔病毒感染数字聚合酶链反应多拷贝基因单拷贝基因核酸检测

抗GPC3单链抗体细菌外膜囊泡的制备及其肝细胞癌靶向性的鉴定

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生物工程学报 2024年第7期40卷 2258-2269页

作者：杨邦亚邓雨霏马官荣方廖琼白晋重庆医科大学生物医学工程学院超声医学工程国家重点实验室重庆400016 重庆医科大学重庆市生物医学工程学重点实验室重庆400016

本研究旨在制备抗磷脂酰肌醇蛋白聚糖3 (glypican-3,GPC3)单链抗体的细菌外膜囊泡(outer membrane vesicles,OMVs),分析其在体内外对Hep G2肝癌细胞及组织的靶向效果。通过合成Hbp-h GC 33-sc Fv基因并连接至p ET28a表达载体,构建重组... 详细信息

本研究旨在制备抗磷脂酰肌醇蛋白聚糖3 (glypican-3,GPC3)单链抗体的细菌外膜囊泡(outer membrane vesicles,OMVs),分析其在体内外对Hep G2肝癌细胞及组织的靶向效果。通过合成Hbp-h GC 33-sc Fv基因并连接至p ET28a表达载体,构建重组表达质粒p ET28a-Hbp-h GC 33-sc Fv;采用免疫印迹法检测原核表达的融合蛋白Hbp-h GC 33-sc Fv,确定其最适诱导条件;采用超滤浓缩法收集重组表达菌株分泌的外膜囊泡(Hbp-h GC 33-OMVs)并进行表征;采用免疫电镜技术分析Hbp-h GC 33-sc Fv在细菌及Hbp-h GC 33-OMVs的定位情况;采用免疫荧光法观察其与Hep G2细胞的结合效果。建立Hep G2荷瘤小鼠模型,通过活体荧光成像系统观察Hbp-h GC 33-OMVs在小鼠肿瘤部位的靶向滞留情况。结果显示,融合蛋白的实际分子量为175.3 k Da,最佳诱导条件为在OD600=0.5时加入0.5 mmol/L IPTG于16℃低温诱导过夜。Hbp-h GC 33-OMVs平均粒径为(112.3±4.6) nm,具有不规则球形结构,表达外膜囊泡标记蛋白Omp C、Omp A和融合蛋白Hbp-h GC 33-sc Fv。与野生型wt OMVs相比,Hbp-h GC 33-OMVs组对Hep G2细胞的结合效果更强(P=0.008)。活体成像显示,Hbp-h GC 33-OMVs组能快速精准地靶向肿瘤部位。抗GPC3单链抗体细菌外膜囊泡的成功制备为肝细胞癌的特异性靶向治疗奠定了实验基础。

关键词：磷脂酰肌醇蛋白聚糖3 单链抗体细菌外膜囊泡肝细胞癌靶向治疗

胶质母细胞瘤恶性进展中不同细胞亚群的动态轨迹和细胞通讯网络

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北京大学学报（医学版） 2024年第2期56卷 199-206页

作者：蔡祥王仁东王世佳任梓齐于秋红李冬果首都医科大学生物医学工程学院智能医学工程学学系北京100069 首都医科大学附属北京天坛医院高压氧科北京100070

目的:探索胶质母细胞瘤(glioblastoma,GBM)恶性进展过程中细胞亚群的动态轨迹以及免疫细胞亚群之间的通讯网络,结合GBM患者的转录组数据和临床信息,挖掘GBM恶性进展过程中的关键风险标志物,以期为该疾病的治疗和预后提供科学依据。方法... 详细信息

目的:探索胶质母细胞瘤(glioblastoma,GBM)恶性进展过程中细胞亚群的动态轨迹以及免疫细胞亚群之间的通讯网络,结合GBM患者的转录组数据和临床信息,挖掘GBM恶性进展过程中的关键风险标志物,以期为该疾病的治疗和预后提供科学依据。方法:基于单细胞测序数据分析方法,构建GBM恶性进展中的细胞亚群图谱,利用Monocle2技术构建GBM恶性进展中肿瘤细胞亚群的动态进展轨迹,基于基因富集分析,挖掘肿瘤细胞亚群随GBM恶性进展中显著变化的基因所富集的生物学过程,利用CellChat软件识别不同免疫细胞亚群间的复杂通讯网络,通过生存分析识别GBM恶性进展中影响患者预后的关键风险分子标记物。结果:单细胞测序数据分析识别出6种不同的细胞类型,包括淋巴细胞、周细胞、少突神经胶质细胞、巨噬细胞、胶质瘤细胞、小胶质细胞,单细胞数据集中了27151个细胞,其中包含3881个来源于低级别胶质瘤患者的细胞,10166个来源于新诊断GBM患者的细胞,13104个来源于复发性胶质瘤患者的细胞。胶质瘤细胞亚群逆时序分析提示,胶质瘤细胞亚群在恶性进展中存在着明显的细胞异质性;免疫细胞亚群的细胞相互作用分析揭示,GBM恶性进展中不同免疫细胞亚群之间的通讯网络共识别出22条具有生物学意义的配体-受体对,涉及12条通路;生存分析识别出8个与GBM患者预后密切相关的基因,其中SERPINE1、COL6A1、SPP1、LTF、C1S、AEBP1、SAA1L是GBM患者的高风险基因,ABCC8是GBM患者的低风险基因。结论:深入揭示了GBM恶性进展中胶质瘤细胞亚群的动态变化以及免疫细胞亚群之间的通讯模式,对于理解GBM的复杂生物学过程具有重要意义,为GBM的精准医疗和治疗决策提供了科学依据,也为GBM患者更准确的预后评估提供了新的线索。

关键词：胶质母细胞瘤单细胞测序拟时序分析细胞相互作用细胞间通讯