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分叉血管边支斑块及继生斑块发生发展趋势的动态模拟

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医用生物力学 2024年第5期39卷 838-845页

作者：刘昭孙浩陶克怡杜田明张艳萍刘圣文冯继玲乔爱科北京工业大学化学与生命科学学院北京100124 智能化生理测量与临床转化北京市国际科技合作基地北京100124 中国医学科学院阜外医院心内科北京100032 英国曼彻斯特城市大学科学与工程学部工程系曼彻斯特M15GD

目的考虑血管重构和低密度脂蛋白(low-density lipoproteins,LDL)沉积,探讨分叉血管边支斑块的生长发展趋势,以及因斑块存在而可能引发继生斑块的生长位置。方法建立分叉血管理想化模型,用计算流体力学方法获取边支斑块生长前后壁面切... 详细信息

目的考虑血管重构和低密度脂蛋白(low-density lipoproteins,LDL)沉积,探讨分叉血管边支斑块的生长发展趋势,以及因斑块存在而可能引发继生斑块的生长位置。方法建立分叉血管理想化模型,用计算流体力学方法获取边支斑块生长前后壁面切应力分布。在低切应力区域截取7个截面:截面1~3为斑块生成前边支的低切应力区域;截面4、5为斑块上、下游边缘;截面6、7为斑块下游低切应力区域。模拟截面内血管重构和LDL沉积,讨论斑块的生长和发展趋势。结果截面1~3中,截面2产生了明显的负性重构和最高浓度LDL沉积(102.266 mmol/L),说明此处是动脉粥样硬化斑块的起始位置。当斑块产生后,相比于截面4,截面5产生了更明显的血管重构,并造成管腔的狭窄和最高的沉积浓度(110.17 mmol/L),说明斑块有向下游偏心生长的趋势。相比于截面6,截面7(血液流动分离再附着点)产生了更明显的负性重构和最高的沉积浓度(93.851 mmol/L),说明血液流动分离再附着点附近有生成新斑块的可能。结论边支低切应力处产生明显血管重构导致管腔狭窄,并引发LDL的高浓度沉积,形成动脉粥样硬化斑块。其中,分叉血管的外侧壁为动脉粥样硬化斑块生长的起始位置。在斑块生长后斑块有向下游发展的趋势,在流动分离再附着点有形成继生斑块可能。

关键词：分叉血管动脉粥样硬化血管重构低密度脂蛋白沉积数值模拟

基于变分自编码器的眼科光学相干断层成像图像生成

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光学学报 2021年第14期41卷 153-160页

作者：赵蒙蒙鲁贞贞朱书缘冯继宏北京工业大学环境与生命学部智能化生理测量与临床转化北京市国际科研合作基地北京100124

提出了一种基于变分自编码器的眼科光学相干断层成像(OCT)图像生成方法,缓解了深度学习任务中数据不足的问题,有助于提高眼科疾病辅助诊断算法的性能。搭建了基于变分自编码器的OCT图像生成网络,并基于目前两个公开的视网膜OCT图像数据... 详细信息

提出了一种基于变分自编码器的眼科光学相干断层成像(OCT)图像生成方法,缓解了深度学习任务中数据不足的问题,有助于提高眼科疾病辅助诊断算法的性能。搭建了基于变分自编码器的OCT图像生成网络,并基于目前两个公开的视网膜OCT图像数据集,构建了老年性黄斑变性、糖尿病性黄斑水肿和正常三种类别的视网膜OCT图像样本数据集,并分别训练网络得到各自的图像生成模型。采用主观视觉评价和客观实验验证两种方式验证了所提图像生成方法是有效的。主观视觉评价和客观实验结果均表明所提方法可以有效生成三种类别的视网膜OCT图像。

关键词：医用光学图像生成视光学光学相干断层成像深度学习变分自编码器

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应用光谱重建理论的傅里叶变换光谱仪

激光与光电子学进展 2023年第9期60卷 260-265页

作者：朱书缘吴朋翰鲁贞贞董景然冯继宏北京工业大学环境与生命学部智能化生理测量与临床转化北京市国际科技合作基地北京100124 北京工业大学樊恭烋荣誉学院北京100124

本文将重建光谱仪的光谱重建理论应用于傅里叶变换光谱仪中,使光谱仪可以兼具重建光谱仪高光谱分辨率优势以及傅里叶变换光谱仪固有的高光通量优势。利用构建的简易空间外差傅里叶变换光谱仪实验装置在520~530 nm光谱范围内进行验证实... 详细信息

本文将重建光谱仪的光谱重建理论应用于傅里叶变换光谱仪中,使光谱仪可以兼具重建光谱仪高光谱分辨率优势以及傅里叶变换光谱仪固有的高光通量优势。利用构建的简易空间外差傅里叶变换光谱仪实验装置在520~530 nm光谱范围内进行验证实验。使用实验装置采集的不同单波长入射光光斑图像进行光谱校准实验,证明了傅里叶变换光谱仪可满足光谱重建理论必需的光斑与波长间唯一的一对一映射关系。随后,使用用于光谱校准的光斑图像进行光谱重建实验,实现了0.10 nm的光谱分辨率,相比通过傅里叶变换光谱仪原理得到的~5.65 nm光谱分辨率有明显提高。最后,使用额外采集的波长525 nm入射光光斑图像进行光谱重建实验,重建光谱中存在重建误差,且525 nm处光谱信号峰的半峰全宽(FWHM)~0.30 nm。光斑图像相关性分析显示,光谱重建受光斑图像采集过程中噪声和相邻波长入射光光斑图像高相似性的影响。尽管如此,重建光谱仍然可以反映入射光的光谱信息,且信号峰的FWHM小于傅里叶变换光谱仪原理得到的光谱,验证了将光谱重建理论应用于傅里叶变换光谱仪的可行性和高光谱分辨率优势。

关键词：仪器、测量与计量光谱仪和光谱仪器傅里叶变换光谱学光谱重建理论

2450 MHz下生物组织介电特性的温度依赖性实验

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生物医学工程学杂志 2021年第4期38卷 703-708页

作者：刘洪兴程妍妍张萌田甄南群北京工业大学环境与生命学部生命科学与化学学院智能化生理测量与临床转化北京市国际科研合作基地北京100124

研究2450 MHz频率下,离体猪肝、猪肺和猪心的相对介电常数和电导率随温度的变化规律。采用开端同轴线法测量三种生物组织的相对介电常数和电导率,根据最小二乘法原理拟合介电模型,结果表明,随着组织温度从20℃升高到80℃,猪肝、猪肺和... 详细信息

研究2450 MHz频率下,离体猪肝、猪肺和猪心的相对介电常数和电导率随温度的变化规律。采用开端同轴线法测量三种生物组织的相对介电常数和电导率,根据最小二乘法原理拟合介电模型,结果表明,随着组织温度从20℃升高到80℃,猪肝、猪肺和猪心的相对介电常数和电导率均随之降低。并据此建立了猪肝、猪肺和猪心的相对介电常数和电导率模型,以反映生物组织介电特性随温度变化的规律,为热消融温度场参数设置提供参考。

关键词：生物组织介电特性温度依赖性介电模型热消融

儿童主动脉瓣单叶置换术后瓣叶适应性的数值分析

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医用生物力学 2021年第6期36卷 869-876页

作者：刘宁侯倩文柳思聪李晓潘友联乔爱科北京工业大学环境与生命学部北京100124 智能化生理测量与临床转化北京市国际科研合作基地北京100124

目的探究儿童主动脉瓣单叶置换(single aortic valve replacement,SAVR)术后主动脉瓣关闭不全(aortic insufficiency,AI)的生物力学机制,并提出应对措施。方法构建理想化主动脉瓣模型及术后生长模型。改变置换瓣叶游离缘长度、瓣叶高度... 详细信息

目的探究儿童主动脉瓣单叶置换(single aortic valve replacement,SAVR)术后主动脉瓣关闭不全(aortic insufficiency,AI)的生物力学机制,并提出应对措施。方法构建理想化主动脉瓣模型及术后生长模型。改变置换瓣叶游离缘长度、瓣叶高度以及改进设计的一种凹型结构,比较不同结构尺寸对术后主动脉瓣运动同步性和关闭性能的影响。结果置换瓣叶的闭合滞后于自体瓣叶,自体瓣叶贴合于置换瓣叶游离缘下方2 mm处。术后6年出现明显AI。增加瓣叶高度不能改善术后效果,且会增加瓣叶的最大应力。增加游离缘长度10%能够改善术后效果,当游离缘增加15%,会造成主动脉瓣过长,导致主动脉瓣产生不良的贴合。凹型主动脉瓣较传统结构更有利于瓣叶对合,能够有效降低最大应力20%,效果最佳。结论儿童行SAVR术后,会使瓣叶运动不同步,对合点发生偏移,术后6年出现AI现象。建议裁剪为增加游离缘长度10%的凹型结构,不建议增加瓣叶高度。

关键词：主动脉瓣置换单叶置换术主动脉瓣关闭不全数值分析

基于WGCNA和SVM-RFE算法挖掘肺腺癌诊断和预后基因标志物

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生物化学与生物物理进展 2022年第2期49卷 381-394页

作者：王美王可心谭建军王京京北京工业大学环境与生命学部生物医学工程系智能化生理测量与临床转化北京市国际科研合作基地北京100124

目的肺癌是世界上最常见的癌症之一,在众多肺癌患者中,肺腺癌(lung adenocarcinoma,LUAD)的死亡率最高。基因表达谱的变化与肿瘤的发生和发展过程有关,通过识别与LUAD患者相关的诊断和预后基因标志物,可以为肺腺癌的预防和治疗提供理论... 详细信息

目的肺癌是世界上最常见的癌症之一,在众多肺癌患者中,肺腺癌(lung adenocarcinoma,LUAD)的死亡率最高。基因表达谱的变化与肿瘤的发生和发展过程有关,通过识别与LUAD患者相关的诊断和预后基因标志物,可以为肺腺癌的预防和治疗提供理论依据。方法本研究以肿瘤基因组图谱(The Cancer Gene Atlas,TCGA)数据库为基础,采用加权基因共表达网络分析(weighted gene co-expression network analysis,WGCNA)、差异基因分析、cox回归分析、蛋白质互作网络(protein-protein interaction,PPI)分析等方法筛选与LUAD形成过程高度相关的hub基因。将TCGA和基因型组织表达(GTEx genotype tissue expression,GTEx)数据库中的RNA数据合并划分为训练集和内部验证集,利用基于支持向量机的递归特征消除算法(support vector machine recursive feature elimination feature,SVM-RFE)构建诊断模型并进行验证。GSE32863和GSE31210数据集分别用于验证诊断模型的准确性和基因标志物的预后价值。结果SVM-RFE算法得到的5个基因标志物(anln、cenpa、plk1、tpx2、cdca3)模型在LUAD患者分类中具有显著的诊断能力。功能富集分析表明,这5个基因与肿瘤发生发展的生物学过程密切相关。此外,这5个基因高表达的LUAD患者的预后表现不良,死亡率显著高于低表达的患者。结论我们的研究为LUAD的诊断和预后提供了具有5个基因特征的模型,这对于开发用于精确治疗的新靶点具有重要意义。

关键词：肺腺癌基因标志物加权基因共表达网络分析递归特征消除算法

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英国生物银行在神经影像领域应用的研究综述

生物医学工程学杂志 2021年第3期38卷 594-601页

作者：林岚熊敏(综述) 吴水才(审校) 北京工业大学环境与生命学部生物医学工程系、智能化生理测量与临床转化北京市国际科研合作基地北京100124

英国生物银行(UKB)是一项前瞻性流行病学研究计划,招募了逾50万名年龄在40~69岁之间的参与者。其影像扩展项目共邀请了10万名UKB参与者进行多模态大脑磁共振成像扫描。这些海量的多模态成像与大量的表型、遗传数据结合,为脑健康相关研... 详细信息

英国生物银行(UKB)是一项前瞻性流行病学研究计划,招募了逾50万名年龄在40~69岁之间的参与者。其影像扩展项目共邀请了10万名UKB参与者进行多模态大脑磁共振成像扫描。这些海量的多模态成像与大量的表型、遗传数据结合,为脑健康相关研究领域提供了很好的资源。本文就UKB在神经影像领域的研究进展展开综述。首先概括了UKB中神经影像的数据采集和影像学衍生表型,随后从心血管疾病风险因素、调节性因素、脑年龄预测、常态、成功和病态脑老化、环境与遗传因素、认知能力及性别等多个应用层面,分别介绍了UKB中的一些典型研究,并对研究中存在的问题和未来发展方向进行了探讨,以期为神经系统疾病的预防和治疗开辟新的研究领域。

关键词：英国生物银行脑老化神经影像学多模态磁共振成像生物医学

双曲线传热模型在微波消融治疗房颤中的应用研究

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生物医学工程学杂志 2021年第5期38卷 885-892页

作者：张萌田甄程妍妍刘洪兴南群北京工业大学环境与生命学部生物医学工程系北京100124 智能化生理测量与临床转化北京市国际科研合作基地北京100124

探究双曲线传热模型中弛豫时间对房颤微波消融温度场的影响,并与采用Pennes模型计算得到的心肌组织温度场进行比较。构建了房颤微波消融的三维模型,弛豫时间(τ)取0、1、5、8、10、15、20 s,得到心肌组织的温度场,结果表明,消融开始时,... 详细信息

探究双曲线传热模型中弛豫时间对房颤微波消融温度场的影响,并与采用Pennes模型计算得到的心肌组织温度场进行比较。构建了房颤微波消融的三维模型,弛豫时间(τ)取0、1、5、8、10、15、20 s,得到心肌组织的温度场,结果表明,消融开始时,双曲线模型的心肌组织最高温度低于Pennes模型的心肌组织最高温度,最大相差21.8℃。随着消融时间增大,最高温度逐渐趋于一致。且不同的弛豫时间分别在消融时间达到3、4、6、7、8、9、10 s时才开始出现损伤区域。因此双曲线模型对温度的影响会随着消融时间的增大而减小,且在消融开始时弛豫时间会阻碍心肌热扩散的速度,弛豫时间越大,热扩散的速度越慢,为双曲线模型在房颤微波消融中的应用提供参考。

关键词：房颤双曲线模型 Pennes模型弛豫时间温度分布

狭窄血管内适形贴壁支架的结构设计及生物力学性能的数值分析

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生物医学工程学杂志 2021年第5期38卷 858-868页

作者：柳思聪张晗冰李晓刘宁乔爱科北京工业大学环境与生命学部生物医学工程系北京100124 智能化生理测量与临床转化北京市国际科研合作基地北京100124

为解决血管内支架存在的贴壁不良问题,探讨狭窄血管内适形贴壁支架结构的设计方法,并建立一种较为客观的支架贴壁性能评判方法,模拟分析适形贴壁支架在不同钙化程度狭窄血管中的贴壁性能。利用三维计算机辅助设计软件SolidWorks分别构... 详细信息

为解决血管内支架存在的贴壁不良问题,探讨狭窄血管内适形贴壁支架结构的设计方法,并建立一种较为客观的支架贴壁性能评判方法,模拟分析适形贴壁支架在不同钙化程度狭窄血管中的贴壁性能。利用三维计算机辅助设计软件SolidWorks分别构建传统管网状支架模型以及在此基础上用三维映射算法设计的适形贴壁支架模型;使用有限元分析软件Abaqus软件分别模拟2种支架在未完全钙化斑块及完全钙化斑块模型中的压握—扩张—回弹过程,提出综合考虑间隔距离、未接触面积分数和残留体积这三方面的贴壁性能评判方法。从间隔距离来看,在未完全钙化斑块模型和完全钙化斑块模型中,适形贴壁支架比传统支架的间隔距离分别减小了21.5%和22.0%,未接触面积分数分别减小了11.3%和11.1%,适形贴壁支架的残留体积分别减小了93.1%和92.5%。适形贴壁支架比传统支架具有更好的贴壁性,其效果在未完全钙化斑块及完全钙化斑块模型中均可体现,所建立的支架贴壁性能评判方法考虑了更多的几何因素,评价结果更为全面、客观。

关键词：动脉狭窄血管内支架支架贴壁不良数值模拟生物力学