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基于虚拟现实技术的大型医学影像设备计量质控训练系统的设计与实现

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空军军医大学学报 2024年

作者：王文军叶青乔锐陈云虹覃芩颜泽栋汤池空军军医大学教研保障中心空军军医大学军事生物医学工程学系

目的针对大型医学影像设备计量质控实践训练难题，基于虚拟现实技术，构建具有沉浸感和交互性的大型医学影像计量质控虚拟仿真教学实训系统。方法以CT和MRI两大类设备为目标，采用三维建模、动态采集、光线追踪等虚拟现实技术设计开... 详细信息

目的针对大型医学影像设备计量质控实践训练难题，基于虚拟现实技术，构建具有沉浸感和交互性的大型医学影像计量质控虚拟仿真教学实训系统。方法以CT和MRI两大类设备为目标，采用三维建模、动态采集、光线追踪等虚拟现实技术设计开发，系统涵盖示范教学、模拟训练和考核评估三大功能，实现设备操作、计量检定、数据记录和考核打分等全流程训练。结果本系统能够真实模拟大型医学影像设备检测场景，实现了计量实训的建模要求与训练功能，并已在院校教学中投入使用，收到了良好的效果反馈。结论本训练系统能够为开展大型医学影像装备计量质控的技能培训和考核提供一种便捷易行的新途径。

关键词：虚拟现实医学影像设备计量质控训练系统

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高原弥散富氧睡帐靶向式供氧环境设计研究

空军军医大学学报 2024年

作者：师正辉李远辙赵程程王盈超黄鹤翔李洋谢康宁翟明明张晨旭罗二平汤池空军军医大学军事生物医学工程学系军事医学装备与计量学教研室西安建筑科技大学建筑设备科学与工程学院陕西省生物电磁检测与智能感知重点实验室

目的针对高原缺氧环境严重影响急进及常驻官兵夜间睡眠质量的问题，设计一款符合弥散富氧与人因工程需求的高原弥散富氧睡帐。方法本文提出弥散富氧睡帐靶向式供氧策略，通过数值模拟研究供氧指标参数与供氧效果及气流组织特性关系。... 详细信息

目的针对高原缺氧环境严重影响急进及常驻官兵夜间睡眠质量的问题，设计一款符合弥散富氧与人因工程需求的高原弥散富氧睡帐。方法本文提出弥散富氧睡帐靶向式供氧策略，通过数值模拟研究供氧指标参数与供氧效果及气流组织特性关系。结果当供氧口直径为60mm、供氧速度为0.8m/s、位置高于呼吸区域103mm且向下倾斜15°时，弥散富氧效果和人体热舒适综合评价最佳。结论本研究设计的靶向式弥散富氧睡帐技术方案，有望对改善高原官兵睡眠质量和提升作业效能发挥重要作用。

关键词：高原供氧弥散富氧靶向式供氧数值模拟人因工程

基于深度学习的电阻抗断层成像图像重建算法研究综述

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医疗卫生装备 2024年第4期45卷 98-103页

作者：张里园李磊刘学超付峰金莉杨滨空军军医大学军事生物医学工程学系西安710032 西安交通大学软件学院西安710049

介绍了电阻抗断层成像(electrical impedance tomography,EIT)传统图像重建算法的局限性和深度学习在非线性图像重建中的优点,综述了基于深度学习的直接重建法、间接重建法和隐式重建法3种EIT图像重建算法的研究进展,分析了基于深度学习... 详细信息

介绍了电阻抗断层成像(electrical impedance tomography,EIT)传统图像重建算法的局限性和深度学习在非线性图像重建中的优点,综述了基于深度学习的直接重建法、间接重建法和隐式重建法3种EIT图像重建算法的研究进展,分析了基于深度学习的EIT图像重建算法存在的不足,指出了基于深度学习的EIT图像重建算法应在提高数据集质量、增强图像可解释性以及改善成像分辨力等方面实现进一步的技术突破。

关键词：深度学习电阻抗断层成像图像重建图像重建算法

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便携式呼出气冷凝液采集装置的设计

医疗卫生装备 2024年第8期45卷 32-37页

作者：向安周磊纪奇峰李远辙汪钦朱诗曼彭婕雷小英李维娜汪莉郭晏海卢兹凡空军军医大学药学系西安710032 空军军医大学第一附属医院检验科西安710032 空军军医大学军事生物医学工程学系西安710032

目的:为满足人呼吸道(尤其下呼吸道)感染快速筛查的需要,研制一种基于自然呼吸方式的便携式呼出气冷凝液(exhaled breath condensate,EBC)采集装置。方法:该装置由制冷单元、散热单元和冷凝单元组成。制冷单元采用TES1-7102型Peltier效... 详细信息

目的:为满足人呼吸道(尤其下呼吸道)感染快速筛查的需要,研制一种基于自然呼吸方式的便携式呼出气冷凝液(exhaled breath condensate,EBC)采集装置。方法:该装置由制冷单元、散热单元和冷凝单元组成。制冷单元采用TES1-7102型Peltier效应制冷半导体作为制冷元件;散热单元由高导热铝质散热片和高速无刷散热风扇组成;冷凝单元由导冷板和冷凝器组成,其中,导冷板为合金铝薄片,冷凝器采用3D打印技术制备,材质为疏水性聚乳酸,具有主、次2级导流槽以及超薄冷凝表面。为验证该装置的性能,进行制冷、导热和冷凝性能分析及人EBC采集和内容物分析。结果:制冷、导热和冷凝性能分析结果表明,开启制冷后,该装置的冷凝器表面温度与人呼出气的温差可达到冷凝所需温差,且冷凝表面未形成明显热阻,人呼出气在冷凝表面发生气-液相变后可快速形成较大液滴便于采集。人EBC采集及内容物分析结果表明,该装置可实现各个年龄段人群EBC的居家自采集,且采集的EBC样本中白细胞介素、C反应蛋白等炎症相关指标的浓度及pH值与受试者呼吸道感染相关。结论:该装置操作简单,可避免吹气式采集的不适感和唾液污染的风险,在呼吸道感染等相关疾病的快速诊疗和动态监测方面具有较好的应用价值。

关键词：呼出气冷凝液呼出气冷凝液采集装置冷凝器呼吸道感染

基于区域判别生成对抗网络的宫颈癌放射治疗锥形束CT影像质量提升研究

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中国医学装备 2024年第2期21卷 1-6页

作者：郝晓硕黄东郑尧冯跃飞贺宇涛杨华刘洋空军军医大学军事生物医学工程学系军事信息技术教研室西安710032 生物电磁检测与智能感知陕西省重点实验室西安710032 空军军医大学西京医院放疗科西安710032

目的:提出基于区域判别生成对抗网络(GAN)的改善宫颈癌放射治疗锥形束CT(CBCT)图像质量模型,以满足自适应放疗图像质量的需求。方法:采用基于区域判别的策略与生成对抗网络思想,构建一种能够关注宫颈癌放疗影像局部细节的CBCT图像质量... 详细信息

目的:提出基于区域判别生成对抗网络(GAN)的改善宫颈癌放射治疗锥形束CT(CBCT)图像质量模型,以满足自适应放疗图像质量的需求。方法:采用基于区域判别的策略与生成对抗网络思想,构建一种能够关注宫颈癌放疗影像局部细节的CBCT图像质量提升模型,其判别器可提高图像局部细节的生成质量。将该图像质量模型应用于宫颈癌放疗中的CBCT图像,通过量化指标和可视化评价图像处理效果。结果:CBCT图像质量提升后其纹理清晰度与对比度皆得到明显提升。图像峰值信噪比提高47.2%,结构相似性指标提升至0.838以上。相对于其他模型,在可视化和指标角度皆表现出更好的模型效能,结构相似性与U-Net网络和CycleGAN网络比较分别提高11.88%和19.54%;峰值信噪比分别提高19.75%和25.99%。结论:基于区域判别的GAN可有效提升宫颈癌放疗CBCT图像整体与细节上的生成质量,能够为提升低剂量CBCT图像质量提供新的技术路径,为提高放疗安全性和有效性发挥重要作用,并对制定和执行放疗计划具有重要临床价值。

关键词：生成对抗网络图像增强宫颈癌锥形束CT(CBCT) 放射治疗

基于应力场与电磁场协同治疗技术的下肢肌肉骨骼系统仿真研究

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医疗卫生装备 2024年第9期45卷 21-26页

作者：刘若冰裴启霖邵希王丹田玉兰颜泽栋景达西安工业大学电子信息工程学院西安710021 空军军医大学军事生物医学工程学系西安710032

目的:采用基于COMSOL的有限元分析方法探究应力场、电磁场协同作用下人体下肢肌肉骨骼系统产生的电场效应。方法:首先,通过Maxon Cinema 4D R21软件构建三维人体模型,并将模型以STL格式导入COMSOL 6.1软件中。其次,设计搭建针对人体左... 详细信息

目的:采用基于COMSOL的有限元分析方法探究应力场、电磁场协同作用下人体下肢肌肉骨骼系统产生的电场效应。方法:首先,通过Maxon Cinema 4D R21软件构建三维人体模型,并将模型以STL格式导入COMSOL 6.1软件中。其次,设计搭建针对人体左下肢的电磁场干预及应力加载模型,其中,采用的电磁场激励为15 Hz准脉冲群电流信号,应力场则是通过对人体左脚施加平均压强约为90 N/cm2的振动载荷实现。最后,通过数值模拟对人体组织内的电磁特性进行仿真计算,并在此基础上进一步比较应力场、电磁场单独以及协同干预对人体生物电场的影响。结果:仿真结果显示,在电磁场和应力场单独或协同作用下,电场强度峰值均位于腿部关节处,人体产生的生物电场强度与外源性激励加载位置的距离有关,协同作用下产生的电场相当于电磁场和应力场单独作用所引起的组织内生物电场的线性叠加。结论:该研究为预测肌肉骨骼组织内部的生物电场变化提供了数据补充,并为多物理场协同干预新疗法在下肢肌肉骨骼系统疾病治疗中的开发和应用理论奠定了基础。

关键词：应力场脉冲电磁场协同治疗下肢肌肉骨骼系统有限元分析

基于生境成像的多模态磁共振成像胶质瘤分级预测研究

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中国医学装备 2024年第10期21卷 1-5,35页

作者：刘天赐郑尧徐桓贺宇涛冯跃飞郝晓硕刘洋空军军医大学军事生物医学工程学系军事医学信息技术教研室西安710032 中国人民解放军联勤保障部队药品仪器监督检验总站北京100071

目的:开发一种基于生境成像(HI)的机器学习算法,用于多模态磁共振成像(MRI)胶质瘤分级预测,构建支持向量机(SVM)模型和可视化胶质瘤异质性区域。方法:收集世界卫生组织(WHO)2019年脑肿瘤影像分割(BraTS)挑战赛中的335例胶质瘤患者数据集... 详细信息

目的:开发一种基于生境成像(HI)的机器学习算法,用于多模态磁共振成像(MRI)胶质瘤分级预测,构建支持向量机(SVM)模型和可视化胶质瘤异质性区域。方法:收集世界卫生组织(WHO)2019年脑肿瘤影像分割(BraTS)挑战赛中的335例胶质瘤患者数据集,其中高级别胶质瘤(HGG)259例,低级别胶质瘤(LGG)76例,基于HI技术划分子区域,使用PyRadiomics开源包提取感兴趣区域(ROI)影像特征,筛选出与高低级别相关性较强的特征,采用SVM模型对筛选的特征数据进行训练和分级预测,通过可视化表征分析胶质瘤在影像上的异质性。采用模型精确度指标F1分数(F1-score)和受试者工作特征(ROC)曲线下面积(AUC)评估患者测试集数据的胶质瘤分级效能。结果:SVM模型训练中HI子区域测试集AUC均>0.90。当肿瘤被划分为6个生境区域时,测试集效能指标的平均准确率为(92.74±2.88)%,平均灵敏度为(93.90±2.10)%,平均特异度为(90.36±4.59)%,平均F1-score为(95.24±0.66)%,对于预测胶质瘤高低分级效果良好。SVM模型可在三维空间中显示胶质瘤分级中的重要子区域。结论:基于HI的研究方法在胶质瘤分级中具有显著优势,能够有效地可视化和建模肿瘤异质性。

关键词：胶质瘤异质性影像组学机器学习生境成像(HI)

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基于知识图谱的资源推荐系统设计及其在医用传感器课程教学中的应用

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医疗卫生装备 2024年第10期45卷 93-97页

作者：刘亦凡代萌付峰空军军医大学军事生物医学工程学系陕西省生物电磁检测与智能感知重点实验室西安710032

介绍了医用传感器课程的内容特点和传统授课方法存在的问题,提出了基于知识图谱的资源推荐系统的设计思路,并从教学资源采集、医用传感器知识图谱构建、基于知识图谱的推荐算法实现等方面阐述了该系统的实现方法。对该系统进行了可行性... 详细信息

介绍了医用传感器课程的内容特点和传统授课方法存在的问题,提出了基于知识图谱的资源推荐系统的设计思路,并从教学资源采集、医用传感器知识图谱构建、基于知识图谱的推荐算法实现等方面阐述了该系统的实现方法。对该系统进行了可行性分析和应用效果评价,指出了该系统符合以学生为主体的教学模式要求,可缩短学生对教学资源的检索时间、提高学生满意度,对其他类似课程的教学资源推荐系统设计具有一定借鉴意义。

关键词：知识图谱医用传感器课程教学资源检索生物医学工程教学资源推荐系统

基于EIT的不同体位下肺通气、肺灌注区域分布和通气/灌注匹配研究

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医疗卫生装备 2024年第5期45卷 1-7页

作者：韩悌昕刘亦凡代萌王普叶健安赵志博招展奇付峰空军军医大学军事生物医学工程学系西安710032 陕西省生物电磁检测与智能感知重点实验室西安710032 广州医科大学生物医学工程学院广州511436

目的:基于电阻抗断层成像(electrical impedance tomography,EIT)比较不同体位下的肺通气、肺灌注区域分布和通气/灌注(V/Q)匹配情况。方法:选取10只健康实验猪,采集其仰卧位、俯卧位、左侧卧位、右侧卧位下的EIT肺部通气和血流灌注数... 详细信息

目的:基于电阻抗断层成像(electrical impedance tomography,EIT)比较不同体位下的肺通气、肺灌注区域分布和通气/灌注(V/Q)匹配情况。方法:选取10只健康实验猪,采集其仰卧位、俯卧位、左侧卧位、右侧卧位下的EIT肺部通气和血流灌注数据。使用MATLAB R2022b,基于EIDORS v3.9进行EIT数据分析和图像重构,以最大像素值20%作为阈值确定具有通气和灌注的有效区域,并进行V/Q匹配区域计算。比较不同体位下V/Q匹配评价指标(匹配分数%、死腔分数%、分流分数%)及通气、灌注区域在不同感兴趣区域(ROI1、ROI2、ROI3、ROI4)内的分布。结果:实验动物在不同体位下的匹配分数%、死腔分数%、分流分数%差异无统计学意义(P>0.05)。在不同体位下,通气、灌注的区域分布发生改变,通气区域在ROI1、ROI2、ROI3分布差异有统计学意义(P学意义(P<0.05)。在仰卧位和俯卧位下,通气、灌注区域分布呈现出与重力依赖区分布一致的现象,而在右侧卧位和左侧卧位下,通气、灌注区域分布则呈现出与重力依赖区分布相反的现象。结论:同一实验对象在不同体位下的全局V/Q匹配参数具有较好的检验一致性;测量体位的变化将导致肺重力依赖区的变化,进而影响局部肺通气和肺灌注区域的分布;EIT能够对体位改变导致的肺通气、肺灌注改变进行测定,明确体位变化对肺通气、肺灌注和V/Q匹配的影响。

关键词：电阻抗断层成像体位变化肺通气肺灌注 V/Q匹配