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靶向PD-L1蛋白的计算机辅助药物筛选

物理学报 2023年第24期72卷 58-70页

作者：林开东林晓倩林绪波北京航空航天大学医学科学与工程学院/生物与医学工程学院北京市生物医学工程高精尖创新中心北京100191 北京航空航天大学沈元学院北京100191

针对PD-1/PD-L1免疫检查点的单克隆抗体抑制剂逐渐进入市场并在多种类型的肿瘤治疗中取得一定的积极效果.然而,随着应用范围的不断扩展,抗体药物的局限性以及过多同质化研究等问题逐渐显现出来,小分子化合物抑制剂成为了研究者们关注的... 详细信息

针对PD-1/PD-L1免疫检查点的单克隆抗体抑制剂逐渐进入市场并在多种类型的肿瘤治疗中取得一定的积极效果.然而,随着应用范围的不断扩展,抗体药物的局限性以及过多同质化研究等问题逐渐显现出来,小分子化合物抑制剂成为了研究者们关注的新焦点.本文旨在利用基于配体和基于结构的结合活性预测方法实现针对PD-L1靶点的小分子化合物虚拟筛选,从而帮助加速小分子药物的开发.通过从相关研究文献及专利收集PD-L1小分子抑制活性数据集,根据不同分子表征方法和算法构建机器学习活性判定分类模型和活性强度预测回归模型,两类模型从大型类药小分子库(ZINC15)中筛选获得68种高PD-L1抑制活性候选化合物.其中10种化合物不仅具备良好的药物相似性和药代动力学,还在分子对接中与已报道的热点化合物表现出同等水平的结合强度和相似的作用机制,这一现象在后续分子动力学模拟和结合自由能估计中得到进一步验证.本文提出了一个融合基于配体方法和基于结构方法的计算机辅助药物研发工作流程,其在大型化合物数据库中有效筛选出有潜力的PD-L1小分子抑制剂,有望助力加速肿瘤免疫治疗的应用.

关键词： PD-1/PD-L1 虚拟筛选机器学习分子动力学模拟

CRISPR/Cas基因编辑技术在增强子功能分析及鉴定中的研究进展

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中国生物工程杂志 2022年第4期42卷 24-32页

作者：张俊有王棨临刘倩漆思晗李春燕北京航空航天大学医学科学与工程学院大数据精准医疗高精尖创新中心北京100191 北京航空航天大学生物与医学工程学院北京100191 北京航空航天大学工业和信息化部大数据精准医疗重点实验室北京100191

增强子是生物体内重要的顺式基因表达调控元件,参与众多生物学过程,与癌症的发生发展及多种疾病的产生紧密相关。虽然基于生物信息学的方法可以对增强子进行鉴定和筛选,然而由于增强子与靶基因的位置和方向不确定,大大增加了深入研究增... 详细信息

增强子是生物体内重要的顺式基因表达调控元件,参与众多生物学过程,与癌症的发生发展及多种疾病的产生紧密相关。虽然基于生物信息学的方法可以对增强子进行鉴定和筛选,然而由于增强子与靶基因的位置和方向不确定,大大增加了深入研究增强子调控机制的难度。近年来,CRISPR/Cas技术的不断发展创新,为揭示和验证增强子的分子机制提供了可操作性。因此,在系统回顾CRISPR/Cas技术的发展过程及在生物学中的应用基础上,重点总结近年来CRISPR/Cas技术在增强子研究中的创新应用,包括不同CRISPR/Cas技术的作用原理及CRISPR/Cas技术如何编辑增强子等,以期为利用CRISPR/Cas技术研究增强子功能机制提供可行性参考。

关键词： CRISPR/Cas 增强子超级增强子基因编辑

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中国医学物理学科的建设与探索专家共识

中国医学物理学杂志 2024年第4期41卷 397-403页

作者：殷芳芳杨振宇蔡璟柏森陈敏斌陈明陈牧戴安伟单国平邓小武葛云耿建华耿立升胡春洪胡鹏胡伟刚黄晓延蒋承峰金献测黎田李左峰刘蔓居卢晓明倪昕晔潘玉藤秦颂兵秦文健邱杰全红沈定刚王大江王辉东王建良王理王石王为温宁吴锦昌杨益东姚毅尹勇于金明俞家华张红志张雷张艺宝赵维赵旭娜郑志鸿周超周光明周凌宏卓维海朱玉春昆山杜克大学医学物理研究生项目江苏昆山215316 香港理工大学智能可穿戴系统研究院中国香港999077 四川大学华西医院放疗科四川成都610041 昆山市第一人民医院肿瘤科江苏昆山215300 中山大学肿瘤防治中心广东广州510060 上海大骋医疗科技有限公司上海200082 昆山市中医医院肿瘤科江苏昆山215300 浙江省肿瘤医院放射物理科浙江杭州310005 南京大学电子科学与工程学院江苏南京210008 中国医学科学院肿瘤医院核医学科北京100021 北京航空航天大学物理学院北京100191 苏州大学附属第一医院放射科江苏苏州215006 上海科技大学生物医学工程学院上海201210 上海联影高新技术研究院有限公司上海201807 复旦大学附属肿瘤医院放射治疗中心上海200032 昆山市第一人民医院核医学科江苏昆山215300 温州医科大学附属第一医院放疗中心浙江温州325015 广州泰和质子中心广东广州510399 合肥离子医学中心安徽合肥230088 南京医科大学附属常州第二人民医院放疗科江苏常州213003 山东第一医科大学放射学院山东泰安271016 苏州大学附属第一医院放疗科江苏苏州215006 中国科学院深圳先进技术研究院广东深圳518055 北京协和医院放疗科北京100730 武汉大学物理科学与技术学院湖北武汉430072 上海联影智能医疗科技有限公司上海200232 杭州医学院医学影像学院浙江杭州310059 吉林大学第一医院放疗科吉林长春130061 昆山市第一人民医院放射科江苏昆山215300 上海联影医疗科技股份有限公司上海201807 清华大学工程物理系北京100084 中山大学中法核工程与技术学院广东珠海519085 上海交通大学医学院附属瑞金医院放射科上海200025 苏州市立医院放疗科江苏苏州215001 中国科学技术大学物理学院安徽合肥230026 苏州雷泰医疗科技有限公司江苏苏州215125 山东省肿瘤医院放疗科山东济南250117 苏州大学医学部放射医学与防护学院江苏苏州215006 中国医学科学院北京100021 北京大学肿瘤医院放射治疗科北京100142 瓦里安医疗设备有限公司北京100176 迈胜医疗设备有限公司江苏昆山215300 南华大学核科学技术学院湖南衡阳421001 南方医科大学生物医学工程学院广东广州510515 复旦大学放射医学研究所上海200032

本共识围绕医学物理学科的教育现状、专业方向建设、课程设计、实习要求及研究生毕业标准等方面探讨了中国医学物理学科的建设与发展,以应对社会对健康与医疗服务需求的增长及医疗设备国产化的挑战。目前,中国医学物理教育面临教育途径... 详细信息

本共识围绕医学物理学科的教育现状、专业方向建设、课程设计、实习要求及研究生毕业标准等方面探讨了中国医学物理学科的建设与发展,以应对社会对健康与医疗服务需求的增长及医疗设备国产化的挑战。目前,中国医学物理教育面临教育途径多样性、课程设计差异性、师资短缺等问题,在此,讨论了整合国际经验,构建全面、规范化的医学物理学科体系的策略,体系涵盖放射治疗物理、医学影像物理、核医学物理、放射防护物理、放射生物物理及放射工程物理等方向,并强调人工智能技术的融合,以提高诊疗的准确性和效率。此外,还探讨了医学物理研究生教育的改进,包括师资和教学环境建设、专业课程设置等;还需建立教学质量评估机构,确保教育内容与国际标准一致,反馈学生和雇主的需求。本共识提倡全面提升医学物理学科的规模和影响力,提升教育质量和专业水平,实现教育的精细化和精英化,并加强国内外合作,以期达到国际先进水平,支撑“健康中国2030”政策目标。

关键词：医学物理学科建设教育体系临床应用国际合作

基于多模态融合和自适应剪枝Transformer的脑肿瘤图像分割算法

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宁夏大学学报（自然科学版） 2024年第1期45卷 16-24页

作者：姚宗亮黄荣董爱华韩芳王青云东华大学信息科学与技术学院上海201620 东华大学数字化纺织服装技术教育部工程研究中心上海201620 宁夏大学数学统计学院宁夏银川750021 北京航空航天大学动力学与控制系北京100191

脑肿瘤是目前世界上最致命的肿瘤之一,所以脑肿瘤图像的自动分割在临床诊疗中变得日益重要.近年来,基于CNN和Transformer的脑肿瘤分割方法在医学图像分割领域取得了令人欣喜的成就.然而,大多数方法没有充分利用脑肿瘤多模态间的互补性... 详细信息

脑肿瘤是目前世界上最致命的肿瘤之一,所以脑肿瘤图像的自动分割在临床诊疗中变得日益重要.近年来,基于CNN和Transformer的脑肿瘤分割方法在医学图像分割领域取得了令人欣喜的成就.然而,大多数方法没有充分利用脑肿瘤多模态间的互补性和差异性,并且模型中的Transformer在捕获远程依赖性的同时,忽略了其较大的计算复杂性、冗余依赖性等问题.针对此问题,提出一种基于多模态融合和自适应剪枝Transformer的脑肿瘤图像分割方法(MF-MAPT Swin UNETR),其中多模态融合模块可以充分学习性质相近的模态间信息和不同模态不同尺度的特征变化,为后续分割提供了充分的准备;基于多模态的自适应剪枝Transformer可以降低计算复杂度,对提升性能有一定的帮助,将MF-MAPT Swin UNETR模型在两个公共数据集上进行了实验验证,结果表明,该模型较最先进的方法整体具有突出的分割性能.

关键词：脑肿瘤分割 Transformer 模态交叉连接多尺度特征融合 token融合自适应剪枝

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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 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大学第三医院骨科海南师范大学信息科学技术学院

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

机器学习在高分子材料基因组研究中的进展与挑战

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高分子学报 2022年第11期53卷 1287-1300页

作者：宫祥瑞蒋滢北京航空航天大学化学学院北京100191 北京航空航天大学仿生智能界面科学与技术教育部重点实验室北京100191 北京航空航天大学软物质物理及其应用中心北京100191 北京航空航天大学北京生物医学工程高精尖创新中心北京100191

机器学习对高分子材料基因组的研究与发展有着重要作用.它通过对高分子材料结构描述符的设计与筛选、材料数据库的完善以及聚合物分子结构标识符的发展等方法,有效地构建分子链的化学组成、构象与其聚集态结构、宏观性能之间的联系.本... 详细信息

机器学习对高分子材料基因组的研究与发展有着重要作用.它通过对高分子材料结构描述符的设计与筛选、材料数据库的完善以及聚合物分子结构标识符的发展等方法,有效地构建分子链的化学组成、构象与其聚集态结构、宏观性能之间的联系.本文梳理了近几年机器学习方法在高分子材料科学领域的研究进展,总结了一些常用机器学习算法的应用与研究成果,同时,也针对算法所需的数据量较大等问题,特别指出了应对数据量较少或是数据成本昂贵时的解决方案.根据当前研究进展,整理了机器学习方法在高分子材料科学领域中应用的难题与挑战.

关键词：高分子材料基因组机器学习结构与性能关系目标性能预测与优化多目标优化

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增强子的鉴定及其在肿瘤研究中的应用

遗传 2020年第9期42卷 817-831页

作者：刘倩李春燕北京航空航天大学大数据精准医疗高精尖创新中心和医学科学与工程学院北京100191 工业和信息化部大数据精准医疗重点实验室(北京航空航天大学) 北京100191

增强子是一类增强靶基因转录活性的DNA顺式作用元件。但是增强子与靶基因的方向和距离不确定,大大增加了研究增强子调控的靶基因及其作用机制的困难。已有大量研究显示,增强子的突变或功能异常与疾病发生发展相关;仅有少量研究报道增强... 详细信息

增强子是一类增强靶基因转录活性的DNA顺式作用元件。但是增强子与靶基因的方向和距离不确定,大大增加了研究增强子调控的靶基因及其作用机制的困难。已有大量研究显示,增强子的突变或功能异常与疾病发生发展相关;仅有少量研究报道增强子通过促进靶基因的表达,引发癌症或产生抗药性。目前与癌症发生发展和在癌症治疗过程中抗药性产生相关的增强子尚未得到充分鉴定,这些增强子的调控机制也未得到充分解析。本文对目前可在全基因组水平上预测和鉴定增强子以及解析增强子调控机制的方法进行总结和对比,并对近几年增强子在肿瘤诊断、治疗和发生发展机制中的研究进展进行综述。期望本文为筛选与癌症发生发展相关的增强子和解析这些增强子的调控机制提供参考,为提高癌症的诊断和制定癌症的治疗策略提供新的视角。

关键词：增强子超级增强子鉴定肿瘤

空气污染与疾病关系研究中广义相加模型3种分布比较

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中国公共卫生 2022年第9期38卷 1199-1202页

作者：顾峥嵘王心雨徐会曾跃萍宋菲田剑徐新廉海荣冯国双国家儿童医学中心首都医科大学附属北京儿童医院大数据中心北京100045 中国地质大学(北京)数理学院北京航空航天大学&首都医科大学北京大数据精准医疗高精尖创新中心

目的比较空气污染与疾病关系研究中广义相加模型中泊松分布、类泊松分布、负二项分布对研究结果造成的差异,为空气污染物与疾病的相关研究提供方法参考。方法收集福棠儿童医学研究中心病案首页(FUTURE)数据库中河南省郑州市儿童医院201... 详细信息

目的比较空气污染与疾病关系研究中广义相加模型中泊松分布、类泊松分布、负二项分布对研究结果造成的差异,为空气污染物与疾病的相关研究提供方法参考。方法收集福棠儿童医学研究中心病案首页(FUTURE)数据库中河南省郑州市儿童医院2016年1月1日-2019年12月31日呼吸系统疾病住院病例的病案首页数据及郑州市同一时期的空气污染和气象数据,采用广义相加模型的泊松分布、类泊松分布、负二项分布方法分析臭氧(O3)与儿童呼吸系统疾病的关系。结果对日住院病例数进行Kolmogorov-Smirnov拟合优度检验结果显示,日住院病例数不服从泊松分布(D=0.203,P <0.001),但服从负二项分布(D=0.055,P=0.079);基于泊松分布、类泊松分布和负二项分布的广义相加模型分析滞后0~3 d的平均效应结果显示,O3对儿童呼吸系统住院病例数的RR(95%CI)值分别为1.003 9(1.001 5~1.006 4)、1.004 1(1.000 1~1.008 1)和1.004 1(1.000 0~1.008 1)。结论广义相加模型中以病例数作为结局变量,当出现过度离散时首选负二项分布可减少假阳性错误且能更好地进行模型拟合优度的比较。

关键词：空气污染疾病关系广义相加模型泊松分布类泊松分布负二项分布比较

虚拟康复的新进展：基于力触觉反馈的上肢运动功能评估

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中国科学基金 2022年第2期36卷 214-224页

作者：刘笑宇唐敏董英朱垣洁樊瑜波北京航空航天大学生物力学与力生物学教育部重点实验室/北京市生物医学工程高精尖创新中心/生物与医学工程学院北京航空航天大学医学科学与工程学院北京航空航天大学虚拟现实国家重点实验室

近年来，虚拟现实逐渐被应用于脑卒中等患者的运动功能康复，它通过构建高沉浸感、交互性强的“目标导向性”虚拟康复任务，实现了对上肢运动功能的评估。力触觉反馈技术可为患者提供同虚拟环境交互的力触觉，丰富了虚拟评估任务中的感... 详细信息

近年来，虚拟现实逐渐被应用于脑卒中等患者的运动功能康复，它通过构建高沉浸感、交互性强的“目标导向性”虚拟康复任务，实现了对上肢运动功能的评估。力触觉反馈技术可为患者提供同虚拟环境交互的力触觉，丰富了虚拟评估任务中的感觉输出；此外，力触觉反馈设备具有高精度的数据采集优势，实现了对上肢运动功能更精准的量化评估。通过梳理相关文献，本文介绍了应用于上肢功能评估的常用力触觉反馈设备及其结构特征，总结了4种典型的基于触力反馈设计的虚拟“导向性”评估任务，归纳了用于上肢运动功能评估的生物力学参数及其对应的上肢运动能力，并对该项技术存在的瓶颈及其进一步发展进行了展望。

关键词：虚拟现实力触觉康复上肢运动功能评估