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聚焦超声治疗脑部疾病的现状与应用

科技导报 2022年第5期40卷 122-131页

作者：张艳秋菅喜岐天津医科大学生物医学工程与技术学院天津300070

超声治疗具有非侵入性、空间分辨率高、刺激靶点多等特点,其磁共振兼容效果良好,不良反应较少,逐渐应用于脑部疾病的治疗。综述了超声应用于治疗神经系统疾病的2种主要类型:高强度聚焦超声治疗和低强度聚焦超声刺激治疗。目前,高强度聚... 详细信息

超声治疗具有非侵入性、空间分辨率高、刺激靶点多等特点,其磁共振兼容效果良好,不良反应较少,逐渐应用于脑部疾病的治疗。综述了超声应用于治疗神经系统疾病的2种主要类型:高强度聚焦超声治疗和低强度聚焦超声刺激治疗。目前,高强度聚焦超声在治疗脑肿瘤、神经性疼痛、震颤、帕金森、强迫症和脑中风等疾病领域具有广泛的临床应用;低强度聚焦超声刺激在治疗抑郁症和癫痫等疾病方面具有临床应用。经颅精准聚焦的聚焦超声可非侵入性治疗神经系统疾病,有望成为治疗脑部疾病新的临床手段。

关键词：聚焦超声经颅脑部疾病

高强度聚焦超声脑肿瘤治疗焦域温度均匀分布调控的数值仿真研究

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生物医学工程学杂志 2018年第6期35卷 877-886页

作者：常诗卉王佩国菅喜岐天津医科大学生物医学工程与技术学院天津300070 天津医科大学附属肿瘤医院天津300060

在高强度聚焦超声(HIFU)脑肿瘤治疗过程中需严格控制治疗温度。本研究通过调控相控换能器激励信号实现了焦域温度均匀分布的目的。首先,本文利用志愿者头部计算机断层扫描(CT)数据和82阵元相控换能器建立开颅HIFU治疗脑肿瘤的三维数值... 详细信息

在高强度聚焦超声(HIFU)脑肿瘤治疗过程中需严格控制治疗温度。本研究通过调控相控换能器激励信号实现了焦域温度均匀分布的目的。首先,本文利用志愿者头部计算机断层扫描(CT)数据和82阵元相控换能器建立开颅HIFU治疗脑肿瘤的三维数值仿真模型,通过叠加聚焦于两个设定目标点的信号并调控两信号间激励时间差和幅值,研究其对HIFU焦域温度分布及焦域形状大小的调控。研究结果表明,两目标点间距离在一定范围内通过调节两激励信号的激励时间差和幅值可以实现焦域内温度均匀分布,同时可调控焦域形状和体积大小。本文研究的仿真结果或可为HIFU安全有效地应用于临床治疗提供理论方法和参考。

关键词：高强度聚焦超声平台式温度分布焦域调控

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半球形高强度聚焦超声相控换能器的仿真研究

压电与声光 2017年第6期39卷 893-898页

作者：吴世敬常诗卉王鹏菅喜岐天津医科大学生物医学工程与技术学院天津300070

大开口半球形相控换能器能够最大化覆盖颅骨表面,使超声能量尽可能多地穿越颅骨到达治疗靶区,从而避免颅骨处能量沉积。该文基于人体头颅结构建立三维高强度聚焦超声(HIFU)经颅传播模型,利用时域有限差分法(FDTD)结合Westervelt声波非... 详细信息

大开口半球形相控换能器能够最大化覆盖颅骨表面,使超声能量尽可能多地穿越颅骨到达治疗靶区,从而避免颅骨处能量沉积。该文基于人体头颅结构建立三维高强度聚焦超声(HIFU)经颅传播模型,利用时域有限差分法(FDTD)结合Westervelt声波非线性传播方程和Pennes生物热传导方程进行温度场数值仿真,首先研究小开口换能器的阵元信号激励频率、激励面积比、阵元半径和阵元数对其形成温度场的影响及变化规律,其次将这些规律应用于大开口换能器,并对其形成温度场特性进行研究。小开口换能器结果表明,在一定频率范围内,焦域中心温度随激励频率增加而升高,而54℃以上区域长轴长逐渐减小,短轴长基本无变化;激励总功率一致时,激励面积比越大,焦域中心温度越高,54℃以上区域长轴、短轴较长;使用小开口直径换能器模型筛选的阵元激励频率和激励面积比可应用于设计大开口换能器,为大开口换能器的开发提供结构参数。

关键词：高强度聚焦超声(HIFU) 半球形相控换能器经颅治疗温度场时域有限差分法(FDTD)

HIFU治疗相控换能器相位控制和驱动系统设计

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压电与声光 2018年第5期40卷 690-694页

作者：赵梦娟张浩钱宇晗菅喜岐天津医科大学生物医学工程与技术学院天津300070

多阵元相控阵列聚焦换能器具有焦距可调和可实现经颅聚焦等优势。相控阵换能器相位控制和驱动系统是决定多阵元相控换能器能否应用于临床的关键技术之一。目前,在满足电路系统输出参数要求的前提下,尽可能通过提高系统集成度缩小系统体... 详细信息

多阵元相控阵列聚焦换能器具有焦距可调和可实现经颅聚焦等优势。相控阵换能器相位控制和驱动系统是决定多阵元相控换能器能否应用于临床的关键技术之一。目前,在满足电路系统输出参数要求的前提下,尽可能通过提高系统集成度缩小系统体积,并提高相位分辨率是相控阵换能器相位控制和驱动系统设计过程中的重点与难点。该文基于现场可编程门阵列(FPGA)主控芯片、高速数模转换器(DAC)、集成驱动放大器设计了高强度聚焦超声(HIFU)治疗相控阵换能器相位控制和驱动系统。实测结果表明,本系统输出的正弦信号峰-峰值为36.2V,且输出信号中无高次谐波,相位分辨率为2ns,延时误差小于1ns,可满足HIFU治疗相控换能器阵元驱动及其所需相位分辨率,并使系统小型化。

关键词：高强度聚焦超声(HIFU) 相控阵列聚焦换能器相位控制和驱动系统谐波抑制现场可编程门阵列(FPGA)

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基于MEMS加速度传感器的倾斜鼠标

纳米技术与精密工程 2016年第6期14卷 440-445页

作者：李鹏乔清理吴竞天津医科大学生物医学工程与技术学院天津300070

手部残疾或患有脊髓损伤等疾病的患者无法用手操作鼠标而不能正常使用计算机.为了解决这个问题,设计了一种基于MEMS加速度传感器的倾斜鼠标.该鼠标系统由加速度传感器模块、主控模块、吹气开关模块以及鼠标控制器模块4部分组成.加速度... 详细信息

手部残疾或患有脊髓损伤等疾病的患者无法用手操作鼠标而不能正常使用计算机.为了解决这个问题,设计了一种基于MEMS加速度传感器的倾斜鼠标.该鼠标系统由加速度传感器模块、主控模块、吹气开关模块以及鼠标控制器模块4部分组成.加速度传感器采用ADXL345,放置在用户头部,测量用户头部的加速度;主控芯片采用HT66FU50,控制加速度传感器的信息采集,计算出头部的姿态,如倾斜角度和倾斜方向,然后将这些信息映射为光标位移信息,并以脉冲的形式发送给鼠标控制器芯片.鼠标控制器芯片EC3597将收到的脉冲信号转换为光标的位移信息,通过PS/2协议完成与计算机的通讯.另外,利用声控模块和继电器设计了两个吹气开关模块,通过向其吹气实现鼠标的左右键功能.为了降低加速度传感器内部的电容检测、AD及其调理电路等引入的噪声以及头部抖动等因素对鼠标系统的影响,设计中还加入了卡尔曼滤波以提高系统的稳定性.使用自制的倾斜鼠标进行了打开和关闭文件夹以及用软键盘进行文字输入的测试.实验证明,利用该鼠标系统用户可以通过倾斜头部有效地控制光标在计算机屏幕上移动.

关键词：加速度传感器鼠标倾角卡尔曼滤波

空间工作记忆海马神经元集群频率编码特征模式的研究

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航天医学与医学工程 2018年第6期31卷 645-649页

作者：夏蜜白文文郑旭媛田心刘迢迢天津医科大学生物医学工程与技术学院

目的以大鼠在Y迷宫中的空间工作记忆为研究对象,研究空间工作记忆过程中海马神经元集群频率编码的特征模式,为研究空间工作记忆的信息处理机制提供支持。方法实验数据来自成年SD大鼠94次正确、22次错误执行空间工作记忆任务和60次静息... 详细信息

目的以大鼠在Y迷宫中的空间工作记忆为研究对象,研究空间工作记忆过程中海马神经元集群频率编码的特征模式,为研究空间工作记忆的信息处理机制提供支持。方法实验数据来自成年SD大鼠94次正确、22次错误执行空间工作记忆任务和60次静息状态的海马CA1腹侧(ventral hippocampus,vHPC)的动作电位时空序列。计算海马神经元的平均频率编码,统计比较正确与错误执行工作记忆任务、以及正确执行工作记忆任务与静息的编码结果。结果SWM神经元集群平均频率编码发生在工作记忆行为学以前。正确执行SWM时的神经元集群频率编码显著大于错误执行SWM和静息状态时(P<0.05)。结论海马是空间工作记忆的信息编码脑区,海马空间信息的编码先于空间工作记忆行为学。海马空间信息编码对正确执行空间工作记忆是必要的。

关键词：空间工作记忆海马神经元集群动作电位频率编码大鼠

Cu掺杂CaCoO中温固体氧化物燃料电池阴极材料

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微纳电子技术 2023年

作者：臧予安琪王金芝高可炎赵苏旭余善成南京医科大学生物医学工程与信息学院

采用固相法制备了Ca3Co4-xCuxO9+δ(x=0,0.1,0.3,0.5)阴极材料,研究了Cu离子掺杂对材料的物相组成、电极微观形貌、电化学性能、热膨胀系数、电导率及单电池输出性能的影响。结果表明:在900℃的煅烧合成温度下,未掺杂与Cu掺杂量为x=0.1... 详细信息

采用固相法制备了Ca3Co4-xCuxO9+δ(x=0,0.1,0.3,0.5)阴极材料,研究了Cu离子掺杂对材料的物相组成、电极微观形貌、电化学性能、热膨胀系数、电导率及单电池输出性能的影响。结果表明:在900℃的煅烧合成温度下,未掺杂与Cu掺杂量为x=0.1的生成产物具有相同单一物相晶体结构(JCPDS21-0139),Cu掺杂使晶胞参数略有增加。掺杂量为x=0.1的阴极膜层呈现出最疏松多孔状态,有利于氧气在阴极的扩散传输,相应的极化阻抗最小(700℃时极化阻抗为0.85Ω·cm~2,为未掺杂的42.9%),可以高效地催化氧气在阴极处的还原反应,而且具有最高的电子电导率(相比未掺杂的提高了1.6倍),提升了阴极反应过程中的电荷转移效率。采用Ca3Co3.9Cu0.1O9+δ为阴极的单电池输出性能明显优于其他组分作为阴极时的性能(700℃时功率密度峰值约为79m W·cm-2,为未掺杂的1.9倍)。因此,Cu掺杂的Ca3Co4O9+δ具有作为中温固体氧化物燃料电池阴极材料的应用潜力。

关键词：固体氧化物燃料电池 Ca Co Cu O 阴极材料铜掺杂电化学性能极化阻抗功率密度峰值

丙泊酚麻醉损伤工作记忆编码海马-前额叶皮质网络信息传递的研究

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同方期刊数据库

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天津医药 2023年第9期51卷 938-942页

作者：郭东勇李宝玲白文文刘迢迢徐新宇天津医科大学肿瘤医院麻醉科 300060 天津医科大学生物医学工程与技术学院

目的研究丙泊酚麻醉是否损伤大鼠工作记忆编码阶段海马到前额叶皮质神经通路的信息传递。方法12只大鼠中选取可用于研究分析的6只SD大鼠(3月龄),将16通道微电极阵列分别植入大鼠腹侧海马(vHPC)和内侧前额叶皮质(mPFC)。使用Cerebus信息... 详细信息

目的研究丙泊酚麻醉是否损伤大鼠工作记忆编码阶段海马到前额叶皮质神经通路的信息传递。方法12只大鼠中选取可用于研究分析的6只SD大鼠(3月龄),将16通道微电极阵列分别植入大鼠腹侧海马(vHPC)和内侧前额叶皮质(mPFC)。使用Cerebus信息采集系统记录每只大鼠在接受150 mg/kg丙泊酚麻醉前,麻醉后12、24 h执行工作记忆编码阶段任务时,其mPFC和vHPC这两个责任脑区的多通道局部场电位(LFPs)信号,建立vHPC-mFPC网络,分别计算vHPC和mPFC网络的定向传递函数(DTF)和vHPC-mPFC神经通路信息流,定量表征大鼠麻醉前后vHPC-mPFC神经通路信息传递。结果麻醉后12 h大鼠vHPC和mPFC的平均网络连接强度及vHPC-mPFC信息流均低于麻醉前,而麻醉后24 h vHPC和mPFC的平均网络连接强度及vHPC-mPFC信息流较麻醉前差异均无统计学意义。结论丙泊酚麻醉短暂损伤工作记忆编码vHPC和mPFC网络连接强度和vHPC-mPFC信息传递。

关键词：二异丙酚海马大脑皮质额叶脑电描记术工作记忆编码

基于时变频谱相干的工作记忆过程中海马-前额叶皮层局部场电位的同步特征模式研究

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国际生物医学工程杂志 2023年第4期46卷 281-287页

作者：刘迢迢王舒雅孙金平白文文天津医科大学生物医学工程与技术学院天津300070

目的基于时变频谱相干研究工作记忆过程中海马(HPC)和前额叶皮层(PFC)局部场电位的同步特征模式,为研究工作记忆的信息处理机制提供支持。方法采集6只SD大鼠在执行Y迷宫空间工作记忆任务过程中的腹侧海马(vHPC)和内侧前额叶皮层(mPFC)... 详细信息

目的基于时变频谱相干研究工作记忆过程中海马(HPC)和前额叶皮层(PFC)局部场电位的同步特征模式,为研究工作记忆的信息处理机制提供支持。方法采集6只SD大鼠在执行Y迷宫空间工作记忆任务过程中的腹侧海马(vHPC)和内侧前额叶皮层(mPFC)的局部场电位(LFPs)信号,应用短时傅里叶变换(STFT)计算vHPC和mPFC LFPs的时频分布,确定工作记忆的特征频段,进而基于时变频谱相干研究vHPC和mPFC LFPs特征频段的同步特征模式,最后应用支持向量机探索应用频谱相干值预测工作记忆的可行性。结果大鼠正确执行工作记忆时,HPC和PFC的theta频段(4~12 Hz)能量均增加(均P<0.01),且HPC-PFC theta频段的频谱相干值增加(P<0.05)。以正确和错误执行工作记忆时的平均频谱相干峰值和峰值与起始点的差值作为特征,进行支持向量机的训练和预测,准确率达89%,精确率达90%,召回率为88%,F1分数为88%,与随机打乱标签数据重排结果相比差异均有统计学意义(均P<0.05)。结论 HPC-PFC theta频段的同步协同是正确执行工作记忆时信息处理的潜在机制之一。

关键词：工作记忆海马前额叶皮层局部场电位时变频谱相干分析