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基于条带池化与血管增强的眼底图像动静脉分类方法

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中国生物医学工程学报 2024年第4期43卷 438-446页

作者：肖志涛彭新文刘彦北耿磊张芳王雯天津工业大学生命科学学院天津300386 天津工业大学控制科学与工程学院天津300386

视网膜血管动静脉管径比是定量分析糖尿病、高血压等慢性疾病的先决条件,是许多心血管疾病的重要风险指标。随着深度学习技术的发展,许多基于卷积神经网络的方法凭借其捕获高级语义的能力,在眼底图像动静脉分类方面取得了较大的进展。然... 详细信息

视网膜血管动静脉管径比是定量分析糖尿病、高血压等慢性疾病的先决条件,是许多心血管疾病的重要风险指标。随着深度学习技术的发展,许多基于卷积神经网络的方法凭借其捕获高级语义的能力,在眼底图像动静脉分类方面取得了较大的进展。然而,这些方法大多是采用叠加局部卷积和池化操作方式,难以很好地应用于条带形状的眼底视网膜血管。在本研究中,为了更有效地提取条带形状的视网膜血管特征,引入条带池化来捕获空间像素远距离依赖关系,同时考虑到动静脉交错复杂的特性,结合空间金字塔池化并提出了一种全新的混合池化技术以扩大神经网络的感受野和学习上下文信息。另一方面,考虑到眼底图像中血管与非血管分布的比例极不平衡,引入了血管增强模块,利用血管分布信息和高斯核函数约束的血管边缘的信息作为权重校正动静脉特征抑制背景特征,进而解决血管与背景分布比例不平衡问题。在分别包含40、22、45张彩色眼底图像的3种国际公开数据集DRIVE、LES和HRF上的实验表明,所提算法的平衡精度(BACC)分别为0.955、0.946、0.967,表明本研究结合条带池化与血管增强的方法能够较好解决眼底图像中动静脉交错复杂和类别不平衡问题,实现对眼底视网膜动静脉的精确分类,具有较高的应用价值。

关键词：眼底图像动静脉分类条带池化混合池化血管增强

兰州百合鳞茎花青素合成相关MYB与bHLH转录因子的筛选分析

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食品与发酵工业 2024年第2期50卷 57-66页

作者：范文广李保豫田辉李欣任海伟曹莹莹姜欣彤柴佳靖陈少青兰州理工大学生命科学与工程学院甘肃兰州730050

百合鳞茎在采后贮藏过程中,由于花青素的积累导致鳞茎变紫红色,进而影响其价值。该文基于兰州百合鳞茎转录组数据,利用生物信息学技术分析花青素相关转录因子,共分析了50个MYB转录因子与73个bHLH转录因子,包括序列的比对、理化性质分析... 详细信息

百合鳞茎在采后贮藏过程中,由于花青素的积累导致鳞茎变紫红色,进而影响其价值。该文基于兰州百合鳞茎转录组数据,利用生物信息学技术分析花青素相关转录因子,共分析了50个MYB转录因子与73个bHLH转录因子,包括序列的比对、理化性质分析、亚细胞定位、系统进化关系以及保守结构域预测。MYB分类结果显示,50个MYB转录因子中有2个属于1R-MYB类,44个属于R2R3-MYB类,3个属于3R-MYB类,1个属于4R-MYB类。50个MYB不稳定蛋白均为亲水性蛋白,亚细胞定位表明48个MYB定位于细胞核。73个bHLH均为不稳定蛋白,且72个都为亲水性,亚细胞定位显示58个bHLH定位于细胞核。通过与模式植物拟南芥MYB和bHLH转录因子构建进化树分析、保守结构域预测、基因表达量分析以及转录因子与结构基因的相关性分析,初步筛选出3个MYB基因和1个bHLH基因可促进兰州百合鳞茎花青素合成,为进一步深入研究兰州百合鳞茎花青素调控基因提供了理论支持。

关键词：兰州百合(Lilium davidii var.unicolor) 鳞茎 MYB转录因子 bHLH转录因子花青素合成

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大豆GmRSZ21基因克隆及表达分析

农业生物技术学报 2024年第9期32卷 1971-1981页

作者：杜梦雪王德颖李婧御门庆美贺芸孟令志郭尚敬聊城大学农学与农业工业工程学院青岛农业大学生命科学学院

SR (serine/arginine-rich)蛋白家族是植物中一类关键调控因子，广泛参与植物生长发育的各个时期，并且能够响应非生物胁迫。本研究以栽培大豆(Glycine max)为对象，克隆了RSZ (Zn-knuckles-type arginine/serine-rich protein)亚家族的... 详细信息

SR (serine/arginine-rich)蛋白家族是植物中一类关键调控因子，广泛参与植物生长发育的各个时期，并且能够响应非生物胁迫。本研究以栽培大豆(Glycine max)为对象，克隆了RSZ (Zn-knuckles-type arginine/serine-rich protein)亚家族的GmRSZ21基因(GenBank No. XP＿014634806.1)，并进行了生物信息学和表达分析。结果表明，GmRSZ21基因包含4个外显子和3个内含子，编码区全长561 bp，编码186个氨基酸，其中精氨酸占比最高(19.4%);GmRSZ21蛋白的相对分子量为21.36 kD，二级结构以无规则卷曲(57.53%)为主，没有跨膜结构域，无信号肽，为不稳定的亲水蛋白，预测定位于细胞核；氨基酸序列比对表明，GmRSZ21蛋白在不同物种中高度保守；系统发育分析显示，GmRSZ21蛋白与野生大豆(G. soja)中的同源蛋白具有最近的进化关系；GmRSZ21基因启动子包含20种顺式作用元件，其中光响应元件的种类最多(7种)。表达模式分析显示，GmRSZ21在大豆各组织中均有表达，在茎中表达量最高，在鼓粒始期豆荚中表达量最低；该基因受到干旱和盐胁迫的诱导，可能参与大豆对非生物胁迫的响应。本研究为SR蛋白家族功能解析以及该类蛋白在大豆分子育种中的应用提供参考。

关键词：大豆非生物胁迫基因克隆生物信息学分析 RSZ21 (Zn-knuckles-type arginine/serine-rich protein)

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基于特征重建的无监督木材图像异常检测

计算机工程与设计 2024年第6期45卷 1829-1835页

作者：耿磊张文跃肖志涛王雯李晓捷天津工业大学生命科学学院天津300387 天津工业大学电子与信息工程学院天津300387 天津工业大学天津市光电检测技术与系统重点实验室天津300387

为有效解决目前木材图像异常边缘区域检测精度不高的问题,提出一种基于特征重建的无监督异常检测模型FRNet。设计多层级特征提取器为图像子区域生成多个空间上下文特征表示;多尺度特征生成器将多层特征融合为一幅具有多尺度特征表达的... 详细信息

为有效解决目前木材图像异常边缘区域检测精度不高的问题,提出一种基于特征重建的无监督异常检测模型FRNet。设计多层级特征提取器为图像子区域生成多个空间上下文特征表示;多尺度特征生成器将多层特征融合为一幅具有多尺度特征表达的特征图;设计具有跳跃连接的卷积自编码器,通过补充下采样时丢失的细节信息重建特征图,根据重建误差定位异常区域。在构建的木材异常数据集上进行实验,其结果表明,FRNet取得了最好的异常检测性能。

关键词：异常检测无监督学习特征重建预训练网络深度卷积自编码器木材图像多尺度特征

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基于图结构增强的图神经网络方法

天津工业大学学报 2024年第3期43卷 58-65页

作者：张芳单万锦王雯天津工业大学生命科学学院天津300387 天津工业大学天津市光电检测技术与系统重点实验室天津300387 天津工业大学电子与信息工程学院天津300387

针对图卷积网络(GCNs)在面对低同质性的图结构时性能骤降问题,提出了一种新颖的基于图结构增强的图神经网络方法,用于学习改善的图节点表示。首先将节点信息通过消息传播和聚合,得到节点的初始表示;然后计算节点表示的相似性度量,得到... 详细信息

针对图卷积网络(GCNs)在面对低同质性的图结构时性能骤降问题,提出了一种新颖的基于图结构增强的图神经网络方法,用于学习改善的图节点表示。首先将节点信息通过消息传播和聚合,得到节点的初始表示;然后计算节点表示的相似性度量,得到图的同质结构;最后融合图的原始结构和同质结构进行节点的信息传递得到节点表示用于下游任务。结果表明:在6个公开的数据集上,所提算法在节点分类的多个指标上均优于对比算法,特别是在同质性较低的4个数据集上,所提算法的准确度(ACC)分数分别超过最高基准5.53%、6.87%、3.08%、4.00%,宏平均(F1)值分别超过最高基准5.75%、8.06%、6.46%、5.61%,获得了远高于基准的优越表现,表明所提方法成功改善了图数据的结构,验证了该算法对图结构优化的有效性。

关键词：图结构增强相似性度量图卷积网络节点分类

经颅磁刺激对老年大鼠工作记忆相关跨脑区网络协同作用的影响

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电子与信息学报 2024年第4期46卷 1468-1478页

作者：郭苗苗翟昊迪吉利辉王田徐桂芝省部共建电工装备可靠性与智能化国家重点实验室(河北工业大学) 天津300130 河北省生物电磁与神经工程重点实验室(河北工业大学) 天津300130 天津市生物电工与智能健康重点实验室(河北工业大学) 天津300130 河北工业大学生命科学与健康工程学院天津300130

经颅磁刺激(TMS)因其可以非侵入性地探测和调制大脑皮层兴奋性和功能,已被广泛地应用于改善大脑认知功能等临床神经调控领域。工作记忆的功能实现需要多个脑区的同步活动,该文将行为学与电生理学相结合,通过建立跨脑区的因果网络连接,... 详细信息

经颅磁刺激(TMS)因其可以非侵入性地探测和调制大脑皮层兴奋性和功能,已被广泛地应用于改善大脑认知功能等临床神经调控领域。工作记忆的功能实现需要多个脑区的同步活动,该文将行为学与电生理学相结合,通过建立跨脑区的因果网络连接,从记忆相关脑区间协同作用的角度探究不同模式的TMS对大脑认知功能的调控机制。首先对老年威斯塔大鼠分别实施重复经颅磁刺激(rTMS)及间歇性θ节律刺激(iTBS),并设置空白对照组,通过在体多通道微电极阵列采集大鼠工作记忆任务中的局部场电位信号(LFPs);之后基于定向传递函数构建LFPs脑因果网络;最后通过对比行为学结果差异、各脑区因果网络参数等,探索不同模式TMS对老年大鼠工作记忆行为学及脑区之间信息协同作用的影响规律。结果表明,rTMS组和iTBS组大鼠执行正确工作记忆任务的平均天数减少,平均正确率高于空白对照组。经过刺激后,rTMS组和iTBS组前额叶和海马双向网络连接明显增强,信息流强度和因果流向性得到显著提升(P信息交流,从而使老年大鼠的工作记忆能力得到改善。

关键词：重复经颅磁刺激间歇性θ节律刺激工作记忆脑因果网络

基于听觉刺激的意识障碍患者脑功能连通性研究

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生物化学与生物物理进展 2024年第6期51卷 1434-1444页

作者：尹宁杨帆李中振韩雅美李济丞徐桂芝河北工业大学省部共建电工装备可靠性与智能化国家重点实验室天津300130 河北工业大学天津市生物电工与智能健康重点实验室天津300130 河北工业大学生命科学与健康工程学院天津300130 天津市环湖医院功能神经外科天津300350

目的目前对意识障碍(DOC)患者的分级评估仍是相关领域的重点和难点。因效性网络可以通过时间序列间的因果关系直观地反映信息传递方向,帮助人们更好地理解患者大脑不同区域之间的信息交互作用。本文结合脑电图和因效性网络探讨听觉刺激... 详细信息

目的目前对意识障碍(DOC)患者的分级评估仍是相关领域的重点和难点。因效性网络可以通过时间序列间的因果关系直观地反映信息传递方向,帮助人们更好地理解患者大脑不同区域之间的信息交互作用。本文结合脑电图和因效性网络探讨听觉刺激下无反应觉醒综合征(VS)患者与最低意识状态(MCS)患者的脑功能连通性差异。方法共纳入23例DOC患者,采集并分析唤名刺激下的脑电信号,通过多元格兰杰因果方法构建脑功能网络,利用脑网络节点度、聚类系数、全局效率以及因果流向性等参量从脑区之间协同工作的角度对比研究听觉刺激下不同意识水平患者的网络特征。结果唤名刺激下MCS患者的脑功能连通性强于VS患者,且呈现出因果流向差异,MCS与VS患者四个脑区的信息传递方向均不相同。结论唤名听觉刺激下MCS患者的信息传递能力强于VS患者;与VS患者相比MCS患者为因果源的电极通道数增多,对其他脑区的信息输出增多。本研究可为DOC患者意识水平的分级评估提供一定的理论依据。

关键词：意识障碍听觉刺激多元格兰杰因果脑电图脑功能网络

重编程微生物底盘用于PHA材料的定制化低成本生物合成

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合成生物学 2024年

作者：陈国强谭丹清华大学生命科学学院清华大学化工系清华大学合成与系统生物学中心西安交通大学生命科学与技术学院生物医学信息工程教育部重点实验室

合成生物学为新材料合成提供了无限可能，将为材料学带来变革性影响。环境友好型材料聚羟基脂肪酸酯（PHA）作为合成生物学与材料学深度融合的产物，是微生物胞内合成一类线性高分子聚酯，被认为可部分替代传统化学塑料。PHA含有至少15... 详细信息

合成生物学为新材料合成提供了无限可能，将为材料学带来变革性影响。环境友好型材料聚羟基脂肪酸酯（PHA）作为合成生物学与材料学深度融合的产物，是微生物胞内合成一类线性高分子聚酯，被认为可部分替代传统化学塑料。PHA含有至少150种单体，其组成、结构及性能的多样性带来了广泛的应用前景，形成了PHA家族或组学。PHA在学术界和产业界已深入研究了30多年，其中个别PHA材料已实现了商业化生产。利用合成生物学和代谢工程重新编程高性能微生物底盘细胞，并控制不同前体底物比例，可实现具有不同结构和性能的PHA材料的定制化合成。下一代工业生物技术是基于嗜盐微生物的节能节水的连续无灭菌开放式工业发酵工艺，能大幅度降低生产成本，更推动了PHA材料的低成本规模化生产。本文就PHA家族的组成以及工程化微生物底盘利用下一代工业生物技术高效低成本地合成多样化的PHA材料方面的进展做一简要综述，将重点介绍PHA家族的单体组成、材料性能和包含塑料、医用、能源、智能材料等领域的PHA应用价值链，以及重编程的假单胞菌和嗜盐单胞菌在PHA定制化低成本合成中的一些工程化技术和成果、产业化应用情况，并针对如何进一步降低生产成本及提高材料性能进行探讨。本文对基于合成生物学的生物材料定制化合成研究有重要参考价值。

关键词：聚羟基脂肪酸酯聚3-羟基丁酸酯定制化材料嗜盐单胞菌下一代工业生物技术 PHA组学

基于自适应窗口空间方向衬比方法的血管成像方法研究

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激光与光电子学进展 2024年

作者：张博李德郭皓宁王慧泉王璇韩广天津市光电检测技术与系统重点实验室天津市医疗器械质控与评价技术重点实验室天津工业大学生命科学学院天津工业大学电子与信息工程学院

血管可视化在血管疾病、慢性病发展机制研究及诊断治疗中均发挥着重要的作用，激光散斑成像技术被广泛于血管可视化和血流监测中，而血管成像中存在着各种噪声会降低血管成像质量。为提高深层血管成像质量，本文通过设计在体实验，对现... 详细信息

血管可视化在血管疾病、慢性病发展机制研究及诊断治疗中均发挥着重要的作用，激光散斑成像技术被广泛于血管可视化和血流监测中，而血管成像中存在着各种噪声会降低血管成像质量。为提高深层血管成像质量，本文通过设计在体实验，对现有的四种空间域衬比方法的血管成像能力及检测血流相对流速的可行性进行探究，并引入对比噪声比对血管可视化能力量化评估。研究结果表明，自适应窗口空间方向衬比方法成像能力优于其他三种空间域衬比方法（空间衬比方法，空间方向衬比方法，自适应窗口衬比方法）。在体实验中自适应窗口空间方向衬比方法仍能保持高质量高分辨率的血流测绘能力，可保留更多微小血管结构信息和功能信息，获得更为全面的血流分布图，在深部组织的血流监测方面具有一定优势。

关键词：医用光学激光散斑衬比成像自适应窗口空间方向衬比血管可视化