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深度学习与力学建模融合的骨力学性能研究

力学学报 2024年第7期56卷 1876-1891页

作者：严子铭胡元裕李想柳占立田耘庄茁清华大学航天航空学院工程力学系北京100084 北京大学第三医院骨科北京100191 海南师范大学信息科学技术学院海口571158

骨缺损是骨科临床常见且复杂的疾患,根据患者体内缺损区骨组织力学性能,设计生物力学性能匹配的个性化骨假体,有望提升临床骨缺损诊疗的水平.然而,当前的个性化骨缺损诊疗,在体内骨组织微观结构分析、非均质各向异性力学行为表征和建模... 详细信息

骨缺损是骨科临床常见且复杂的疾患,根据患者体内缺损区骨组织力学性能,设计生物力学性能匹配的个性化骨假体,有望提升临床骨缺损诊疗的水平.然而,当前的个性化骨缺损诊疗,在体内骨组织微观结构分析、非均质各向异性力学行为表征和建模等方面存在诸多问题,难以实现生物力学性能的适配,导致骨重建效果不佳.针对上述问题,提出了一种融合数据驱动与力学建模的骨缺损重建方法,以实现临床条件下骨组织力学性能的准确表征.首先,以羊股骨远端为对象,提出了基于临床CT影像的多神经网络模型,通过建立低分辨率临床CT下的宏观骨密度分布与micro-CT下松质骨微结构形态特征的映射关系,能够直接通过临床CT对体内骨组织非均匀骨密度分布和结构张量等组织形态学参数进行准确预测.其次,建立了基于非均匀骨密度和结构张量的松质骨各向异性本构模型和实验表征方法.通过贝叶斯反演识别本构模型参数,修正了实验中由于材料主方向与加载方向偏离引入的系统误差.实验结果验证了所建立本构模型与参数反演方法的准确性,并揭示了不同部位松质骨力学行为与微结构生长方向的关系.文章通过深度学习与力学建模融合的骨力学性能研究,解决了临床医学影像下松质骨微观结构分析的难题,为个性化骨假体的设计奠定了基础.

关键词：临床医学影像深度学习松质骨非均质各向异性本构

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真实世界中2型糖尿病患者二甲双胍联用西格列汀的心血管安全性

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北京大学学报（医学版） 2024年第3期56卷 424-430页

作者：刘佐相陈晓薇赵厚宇詹思延孙凤北京大学公共卫生学院流行病与卫生统计学系北京100191 重大疾病流行病学教育部重点实验室(北京大学) 北京100191 北京大学第三医院临床流行病学研究中心北京100191 海南省真实世界数据研究院海南琼海571437

目的:评估真实世界中2型糖尿病(type 2 diabetes mellitus,T2DM)患者在二甲双胍治疗基础上联用西格列汀对心血管不良事件的发生风险的影响。方法:使用来自宁波市鄞州区域健康信息平台的真实世界数据,选取2017年1月1日至2022年12月31日期... 详细信息

目的:评估真实世界中2型糖尿病(type 2 diabetes mellitus,T2DM)患者在二甲双胍治疗基础上联用西格列汀对心血管不良事件的发生风险的影响。方法:使用来自宁波市鄞州区域健康信息平台的真实世界数据,选取2017年1月1日至2022年12月31日期间,在平台中具有诊疗记录的T2DM患者。根据其用药情况,将其分二甲双胍联用西格列汀组(联用组)以及二甲双胍单用药组(单用组)。根据用药索引日期构建一系列回顾性队列,并使用倾向性评分匹配,将可能与结局有关的基线协变量纳入模型,用单用组研究对象匹配联用组研究对象,以增加组间基线特征的可比性,构建最终的回顾性队列。随访终止时间为结局发生、死亡或者是研究结束时间(2022年12月31日),以先发生者为准。观察结束后使用Cox比例风险模型估算两组间三点主要心血管不良事件(3-point major adverse cardiovascular events,3P-MACE)复合结局(心血管死亡、心肌梗死、卒中)以及各次要结局发生的风险比(hazard ratio,HR)及其95%置信区间(confidence interval,CI)。结果:倾向性评分匹配前,联用组基线使用胰岛素、α糖苷酶抑制剂、钠-葡萄糖转运体2抑制剂(sodium-glucose transporter 2 inhibitors,SGLT-2I)、格列奈类降糖药的患者比例大于单用组,且联用组基线空腹血糖(fasting blood glucose,FBG)与糖化血红蛋白(hemoglobin A1c,HbA1c)水平高于单用组。在倾向性评分匹配后,联用组和单用组各纳入5416例研究对象,组间基线特征均得到有效平衡。两组3P-MACE的发病密度分别为6.41/100人年和6.35/100人年。与单用组相比,联用组3P-MACE发生风险不增加也不降低(HR=1.00,95%CI:0.91~1.10)。次要结局比较,联用组患者心血管死亡发生率低于单用组(HR=0.59,95%CI:0.41~0.85),未发现二甲双胍联用西格列汀与心肌梗死和卒中发生风险的关联(HR=1.12,95%CI:0.89~1.41;HR=0.99,95%CI:0.91~1.12)。结论:在我国宁波市鄞州区T2DM患者中,与单用二甲双胍相比,二甲双胍联用西格列汀治疗可能降低心血管死亡的发生风险,且不增加或减少总体心血管事件发生风险,研究结果可为西格列汀的心血管安全性评价提供真实世界证据。

关键词：真实世界研究心血管安全性 Cox比例风险模型西格列汀

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高通量测序揭示系统性红斑狼疮B细胞异常的研究进展

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中华微生物学和免疫学杂志 2024年第7期44卷 641-645页

作者：夏彦祺赵晗段荦袁慧慧首都医科大学基础医学院免疫学系北京100069

系统性红斑狼疮(systemic lupus erythematosus,SLE)是一种以致病性自身抗体和免疫复合物形成并介导多器官损伤的急性或慢性自身免疫病,好发于育龄期女性,具有显著异质性。自身反应性B细胞过度活化产生自身抗体是SLE全身免疫病理损伤的... 详细信息

系统性红斑狼疮(systemic lupus erythematosus,SLE)是一种以致病性自身抗体和免疫复合物形成并介导多器官损伤的急性或慢性自身免疫病,好发于育龄期女性,具有显著异质性。自身反应性B细胞过度活化产生自身抗体是SLE全身免疫病理损伤的重要原因,靶向B细胞治疗SLE的显著疗效提示其在疾病发生和进展中的重要作用。由于自身反应性B细胞参与疾病进展的具体机制和标志分子尚不明确,目前,B细胞耗竭疗法均是针对总的B细胞群体,无法靶向清除自身反应性B细胞。随着科学技术手段的进步,高通量测序技术为研究SLE B细胞异常提供了新思路。本综述重点就高通量测序揭示B细胞受体新的异常、新的B细胞亚群和B细胞相关治疗靶点等在SLE中的作用进展进行总结和讨论,为深入了解SLE的发病机制和探讨治疗方法提供借鉴。

关键词：系统性红斑狼疮高通量测序 B细胞亚群 B细胞受体自身免疫

公共卫生科技政策热点挖掘及基金项目研究前沿主题识别分析

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中华疾病控制杂志 2024年第7期28卷 844-855页

作者：林皇涛李粤鑫朱睿温明月朱泉熔贾金忠石河子大学医学院石河子832003 济南市第三人民医院医院感染管理科济南250132 北京大学研究生院医学部分院北京100191 北京大学公共卫生学院北京100191

目的从政策和基金项目视角对公共卫生科学研究领域的政策热点和项目研究前沿主题进行探索挖掘,了解基金项目主题在不同政策导向下的分布情况,梳理公共卫生的重点研究领域,为相关管理决策部门提供实证依据和科学参考。方法利用BTM(biterm... 详细信息

目的从政策和基金项目视角对公共卫生科学研究领域的政策热点和项目研究前沿主题进行探索挖掘,了解基金项目主题在不同政策导向下的分布情况,梳理公共卫生的重点研究领域,为相关管理决策部门提供实证依据和科学参考。方法利用BTM(biterm topic modeling)主题模型,同时结合主题强度、主题新颖度等指标对1990-2019年公共卫生领域的科技政策及国家自然科学基金项目文本数据进行主题分析和文本挖掘。结果共挖掘到8个公共卫生领域的政策主题,其中较受关注的政策主题包括“环境因素与公共健康安全保障”和“基层卫生服务”。共识别到26个公共卫生基金项目的研究主题,其中包括6个热点前沿主题,主题强度最高的为“慢性非传染性疾病(简称慢性病)基因易感性”。各公共卫生科技政策主题中均有基金项目研究主题分布,除“人体健康与疾病的生物学基础”政策主题之外,其他政策主题均有基金项目热点前沿主题分布。“基层卫生服务”政策主题包含相关研究方向的基金项目数量相对较少。结论公共卫生政策科技主题的目标导向在基金项目中均有体现,其关键在于需求牵引和突破瓶颈,凝练的科学问题来源于社会需求。从基金项目管理视角出发,要坚持公共卫生科技政策目标导向和科学自由探索两条腿走路,强化学科系统部署,增强原始创新能力,服务于国家需求。

关键词：公共卫生政策基金项目研究前沿主题模型

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应对老龄化所致慢病的智能生物材料

中国科学：技术科学 2024年第8期54卷 1519-1532页

作者：袁月辉黎谨周亚鸣朱雪菲邵小东方伦刘一杨金娟王乐禹李永生吴水林蔡平强胡本慧顾宁南京医科大学生物医学工程与信息学院南京211166 南京大学医学院附属鼓楼医院南京210008 南京医科大学第四临床医学院南京210029 南京大学医学院南京210093 广州医科大学基础医学院广州511436 华东理工大学材料科学与工程学院上海200237 北京大学材料科学与工程学院北京100871

人口老龄化进程的不断加速直接导致骨质疏松和心血管疾病等慢性病高发,对以组织修复材料为核心的临床治疗方法提出了巨大挑战.本综述通过回顾生物材料的发展历程,总结归纳了各阶段生物材料的优劣势,同时详细论述了老龄化病损组织修复所... 详细信息

人口老龄化进程的不断加速直接导致骨质疏松和心血管疾病等慢性病高发,对以组织修复材料为核心的临床治疗方法提出了巨大挑战.本综述通过回顾生物材料的发展历程,总结归纳了各阶段生物材料的优劣势,同时详细论述了老龄化病损组织修复所面临的组织功能和微环境稳态难以维持的难题,最后基于此探讨如何结合人工智能、材料生物学、影像组学等新兴技术,研发能感知生理病理微环境,适时响应和主动调控生物学效应,并全周期适配病损组织修复进程的新一代“自适应”智能生物材料.

关键词：老龄化疾病材料生物学智能生物材料组织修复

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青少年海马亚区体积的侧别差异及性别差异

中国临床解剖学杂志 2024年第4期42卷 364-371页

作者：刘宇宁滕野唐倩娄云霞王宇汤煜春刘树伟山东大学基础医学院解剖学与神经生物学系断层解剖与数字人研究院脑与类脑科学研究院济南250012 济宁市第一人民医院济宁272011

目的对青少年时期双侧海马进行精细的亚区划分并统计各亚区体积的侧别差异和性别差异,为海马的功能和相关精神疾病研究提供解剖学依据。方法收集101例健康青少年3.0T脑磁共振成像。利用FreeSurfer软件进行全脑和双侧海马的亚区分割,获... 详细信息

目的对青少年时期双侧海马进行精细的亚区划分并统计各亚区体积的侧别差异和性别差异,为海马的功能和相关精神疾病研究提供解剖学依据。方法收集101例健康青少年3.0T脑磁共振成像。利用FreeSurfer软件进行全脑和双侧海马的亚区分割,获取颅内体积和各亚区体积。利用Cendes法结合颅内体积对海马各亚区体积标准化,最后进行侧别差异和性别差异的统计学分析。结果使用Cendes法标准化后,HBT(head/body/tail)协议下海马头、海马体和整体体积均右侧>左侧。FS60协议下海马尾、下托等体积无侧别差异;旁下托、前下托体积左侧>右侧,CA1、CA3、海马伞等体积右侧>左侧。HBT协议下双侧海马各亚区体积均女性>男性;FS60协议下左侧下托、CA4,右侧下托、CA1、海马尾等亚区体积均存在女性>男性。结论青少年海马不同亚区体积具有不同的性别差异和侧别差异性,体现了此时期海马的异质性发育状态,为揭示大脑功能偏侧化的形成和相关精神疾病机制提供了基础。

关键词：海马亚区青少年磁共振成像侧别差异性别差异

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组织透明化技术在器官可视化应用中的初步探讨

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中国临床解剖学杂志 2024年第4期42卷 393-398页

作者：唐倩侯兰伟刘宇宁娄云霞滕野周文娟刘树伟山东大学基础医学院解剖学与神经生物学系断层解剖与数字人研究院脑与类脑科学研究院济南250012 北方健康医疗大数据科技有限公司济南250012

目的对CUBIC(clear,unobstructed brain imaging cocktails and computational analysis)组织透明化技术在小鼠不同器官中的适应性进行探讨,并探究该技术与细胞核染色及病毒示踪神经元标记技术的兼容性。方法(1)摘取并解剖新鲜灌注小鼠... 详细信息

目的对CUBIC(clear,unobstructed brain imaging cocktails and computational analysis)组织透明化技术在小鼠不同器官中的适应性进行探讨,并探究该技术与细胞核染色及病毒示踪神经元标记技术的兼容性。方法(1)摘取并解剖新鲜灌注小鼠的脑、心以及肝,分别取1.0 cm×1.5 cm×0.5 cm的组织块,使用clear,unobstructed brain imaging cocktails and computational analysis-L(CUBIC-L)和clear,unobstructed brain imaging cocktails and computational analysis-R(CUBIC-R)组织清除液进行透明化处理;(2)对小鼠整脑进行透明化处理,应用碘化丙啶(PI)对鼠脑神经元的细胞核染色,激光片层显微镜(LSFM)获取小鼠左、右脑半球及小脑脑干的细胞核体积三维图像;(3)分别在鼠脑海马和黑质区显微注射腺相关病毒(AAV)-U6-增强型绿色荧光蛋白(EGFP),标记特定解剖部位的神经元,对完成病毒转染后的鼠脑进行透明化处理,LSFM进行三维立体成像。结果经过透明化处理的脑组织、肝组织、心脏组织都呈现透明凝胶样状态,但不同组织块的清除效率不同,脑组织清除效率最高,其次为肝脏组织,最后为心脏组织。LSFM可以对透明化并核染的脑组织进行整体积三维立体成像。AAV可以清楚的标记不同部位的神经元,配合透明化处理后可以观察到这些神经元的空间分布情况,同时还可以观察到不同部位神经元的物理投射。结论CUBIC组织透明化技术在小鼠脑组织、心组织、肝组织中具有普遍应用性,其中对脑组织的透明效率最高。CUBIC组织透明化方法与细胞核染色技术及病毒示踪神经元标记技术有很好的适配性。

关键词： CUBIC 透明化组织器官可视化

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基于无监督神经网络匹配算法的叠前表面多次波压制方法

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北京大学学报（自然科学版） 2024年第3期60卷 453-463页

作者：刘立超胡天跃李徯徯刘依谋梁上林黄建东北京大学地球与空间科学学院北京100871 中国石油油气和新能源分公司北京100011 中国石油勘探开发研究院北京100083 清华大学数学科学系北京100084

为了有效地压制海上地震勘探数据中的表面多次波,实现勘探目标的正确成像,提出一种基于无监督神经网络的叠前表面多次波匹配算法,将神经网络方法与表面相关多次波压制方法相结合,通过设定学习率不断下降,用无监督神经网络取代匹配滤波算... 详细信息

为了有效地压制海上地震勘探数据中的表面多次波,实现勘探目标的正确成像,提出一种基于无监督神经网络的叠前表面多次波匹配算法,将神经网络方法与表面相关多次波压制方法相结合,通过设定学习率不断下降,用无监督神经网络取代匹配滤波算子,对叠前地震数据进行表面多次波的压制,既不需要传统的匹配算法,也不需要在标签数据集上进行训练。在简单合成数据、Sigsbee模型数据和实际数据上的应用结果验证了该方法对表面多次波压制的有效性。

关键词：无监督神经网络表面多次波压制叠前地震数据匹配算法

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T细胞免疫反应载体疫苗在人类疾病预防和治疗中的应用

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合成生物学 2024年第2期5卷 294-309页

作者：江莎莎王晨路冉刘俸君李俊王斌青岛大学基础医学院病原生物学系山东青岛266000 北京市朝阳区疾病预防控制中心微生物检验科北京100021 青岛大学基础医学院特种医学系山东青岛266000

人类疾病,特别是传染病和癌症,对公共卫生安全和全球经济构成前所未有的挑战。预防和治疗性疫苗的开发是应对人类疾病的优先对策。本文综述了疫苗载体的免疫学原理、T细胞载体疫苗设计策略及疫苗研究进展,为新型疫苗的设计提供新的思路... 详细信息

人类疾病,特别是传染病和癌症,对公共卫生安全和全球经济构成前所未有的挑战。预防和治疗性疫苗的开发是应对人类疾病的优先对策。本文综述了疫苗载体的免疫学原理、T细胞载体疫苗设计策略及疫苗研究进展,为新型疫苗的设计提供新的思路。T细胞可以在机体发生感染后分化成不同的效应T细胞群,它们可以起到清除病原体的作用,关于效应T细胞功能和机制的研究对于设计能够引发基于T细胞免疫的疫苗至关重要。目前很多病毒(例如HIV、HCMV感染)和肿瘤疫苗的研发都侧重于T细胞类疫苗,在所有疫苗种类中,激活T细胞免疫反应的载体疫苗具有显著优势。许多来源的载体,包括病毒载体、细菌载体和核酸载体,它们在抗原提呈能力、免疫原性和保护效力方面都有良好的表现。此外,还总结了T细胞载体疫苗设计的策略,包括确定适当的抗原提呈途径和载体递送途径、确保生物安全性、如何选择合适的疫苗的载体、各种载体疫苗的优缺点等,尤其是mRNA疫苗在应对新冠疫情中发挥了重要的作用。疫苗载体的技术进步将会加速新型疫苗的研发,并且能促进人们对突发公共卫生事件的应对。

关键词： T细胞疫苗载体免疫抗原提呈传染病肿瘤