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基于深度模糊学习的牙科CBCT运动伪影校正算法

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南方医科大学学报 2024年第6期44卷 1198-1208页

作者：林宗悦王永波边兆英马建华南方医科大学生物医学工程学院广东广州510515

目的针对牙科CBCT扫描中患者不自主运动导致的重建图像运动伪影问题,提出了一种基于深度模糊学习的牙科CBCT运动伪影校正算法(DMBL),以提升牙科CBCT的成像质量。方法首先使用模糊编码模块提取运动退化特征,从而对运动导致的退化过程... 详细信息

目的针对牙科CBCT扫描中患者不自主运动导致的重建图像运动伪影问题,提出了一种基于深度模糊学习的牙科CBCT运动伪影校正算法(DMBL),以提升牙科CBCT的成像质量。方法首先使用模糊编码模块提取运动退化特征,从而对运动导致的退化过程进行建模,然后将得到的运动退化特征输入伪影校正模块进行运动伪影去除。其中,伪影校正模块采用了图像模糊去除和图像模糊仿真的联合学习框架,可有效处理空间变化且随机的运动模式。为验证所提方法的有效性,本文分别在仿真运动数据集和临床数据集上进行对比实验。结果仿真数据集实验结果表明,本文方法峰值信噪比提升了2.88%,结构相似性(SSIM)提升了0.89%,均方根误差(RMSE)减少了10.58%;临床数据集实验结果表明,本文方法取得了最高的专家主观图像质量评分4.417(5分制),且与对比方法结果的评分具有显著性差异(P<0.001)。结论本文提出的DMBL算法,通过构建深度模糊联合学习网络结构,能够有效地去除牙科CBCT图像中的运动伪影,实现高质量的图像恢复。

关键词：运动伪影校正牙科CBCT 模糊学习

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基于全局-局部注意力机制和YOLOv5的宫颈细胞图像异常检测模型

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南方医科大学学报 2024年第7期44卷 1217-1226页

作者：胡雯然傅蓉南方医科大学生物医学工程学院广东广州510515

目标建立一种新的基于全局-局部注意机制和YOLOv5的宫颈病变细胞检测模型(Trans-YOLOv5),为准确、高效地分析宫颈细胞学图像并做出诊断提供帮助。方法使用共含有7410张宫颈细胞学图像且均包含对应真实标签的公开数据集。采用结合了数据... 详细信息

目标建立一种新的基于全局-局部注意机制和YOLOv5的宫颈病变细胞检测模型(Trans-YOLOv5),为准确、高效地分析宫颈细胞学图像并做出诊断提供帮助。方法使用共含有7410张宫颈细胞学图像且均包含对应真实标签的公开数据集。采用结合了数据扩增方式与标签平滑等技巧的YOLOv5网络结构实现对宫颈病变细胞的多分类检测。在YOLOv5骨干网络引用CBT3以增强深层全局信息提取能力,设计ADH检测头提高检测头解耦后定位分支对纹理特征的结合能力,从而实现全局-局部注意机制的融合。结果实验结果表明Trans-YOLOv5优于目前最先进的方法。mAP和AR分别达到65.9%和53.3%,消融实验结果验证了Trans-YOLOv5各组成部分的有效性。结论本文发挥不同注意力机制分别在全局特征与局部特征提取能力的差异,提升YOLOv5对宫颈细胞图像中异常细胞的检测精度,展现了其在自动化辅助宫颈癌筛查工作量的巨大潜力。

关键词：宫颈细胞图像异常检测 YOLOv5 图像处理全局和局部特征融合

超透镜在显微成像中的进展:设计、加工及应用(特邀)

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激光与光电子学进展 2024年第2期61卷 402-414页

作者：闫超胡思怡顾波波上海交通大学生物医学工程学院Med-X研究院上海200030 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所江苏苏州215163

超透镜作为一种二维超表面结构最近十多年来得到了广泛的关注。与传统光学透镜相比,超透镜具有超薄和超轻的结构特性以及高度灵活的设计和调控能力,因此,其在推动光学系统向小型化发展中扮演着不可或缺的角色。在显微成像技术中,超透镜... 详细信息

超透镜作为一种二维超表面结构最近十多年来得到了广泛的关注。与传统光学透镜相比,超透镜具有超薄和超轻的结构特性以及高度灵活的设计和调控能力,因此,其在推动光学系统向小型化发展中扮演着不可或缺的角色。在显微成像技术中,超透镜又提供了多维度的探索视角,展示了其巨大的发展空间。本文全面回顾了超透镜在显微成像技术的最新进展。首先,详细解释了超透镜的波前调控原理,并总结了超透镜主流的设计方法;其次,介绍了超透镜的加工技术;最后,深入探讨了超透镜在光片荧光显微镜、双光子荧光显微镜和内窥镜等显微成像技术中的应用和研究进展。

关键词：超透镜超表面显微成像相位调制

抗GPC3单链抗体细菌外膜囊泡的制备及其肝细胞癌靶向性的鉴定

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生物工程学报 2024年第7期40卷 2258-2269页

作者：杨邦亚邓雨霏马官荣方廖琼白晋重庆医科大学生物医学工程学院超声医学工程国家重点实验室重庆400016 重庆医科大学重庆市生物医学工程学重点实验室重庆400016

本研究旨在制备抗磷脂酰肌醇蛋白聚糖3 (glypican-3,GPC3)单链抗体的细菌外膜囊泡(outer membrane vesicles,OMVs),分析其在体内外对Hep G2肝癌细胞及组织的靶向效果。通过合成Hbp-h GC 33-sc Fv基因并连接至p ET28a表达载体,构建重组... 详细信息

本研究旨在制备抗磷脂酰肌醇蛋白聚糖3 (glypican-3,GPC3)单链抗体的细菌外膜囊泡(outer membrane vesicles,OMVs),分析其在体内外对Hep G2肝癌细胞及组织的靶向效果。通过合成Hbp-h GC 33-sc Fv基因并连接至p ET28a表达载体,构建重组表达质粒p ET28a-Hbp-h GC 33-sc Fv;采用免疫印迹法检测原核表达的融合蛋白Hbp-h GC 33-sc Fv,确定其最适诱导条件;采用超滤浓缩法收集重组表达菌株分泌的外膜囊泡(Hbp-h GC 33-OMVs)并进行表征;采用免疫电镜技术分析Hbp-h GC 33-sc Fv在细菌及Hbp-h GC 33-OMVs的定位情况;采用免疫荧光法观察其与Hep G2细胞的结合效果。建立Hep G2荷瘤小鼠模型,通过活体荧光成像系统观察Hbp-h GC 33-OMVs在小鼠肿瘤部位的靶向滞留情况。结果显示,融合蛋白的实际分子量为175.3 k Da,最佳诱导条件为在OD600=0.5时加入0.5 mmol/L IPTG于16℃低温诱导过夜。Hbp-h GC 33-OMVs平均粒径为(112.3±4.6) nm,具有不规则球形结构,表达外膜囊泡标记蛋白Omp C、Omp A和融合蛋白Hbp-h GC 33-sc Fv。与野生型wt OMVs相比,Hbp-h GC 33-OMVs组对Hep G2细胞的结合效果更强(P=0.008)。活体成像显示,Hbp-h GC 33-OMVs组能快速精准地靶向肿瘤部位。抗GPC3单链抗体细菌外膜囊泡的成功制备为肝细胞癌的特异性靶向治疗奠定了实验基础。

关键词：磷脂酰肌醇蛋白聚糖3 单链抗体细菌外膜囊泡肝细胞癌靶向治疗

脑机接口中脑电图-近红外光谱联合分析进展研究

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电子与信息学报 2024年第3期46卷 790-797页

作者：张力新周鸿展王东孟佳圆许敏鹏明东天津大学医学工程与转化医学研究院天津300072 天津大学精密仪器与光电子工程学院天津300072

脑机接口(BCI)能将受试者意图相关的大脑活动转化为外部设备控制指令,在神经疾病治疗、运动康复等方面具有较高应用潜力。BCI的实现需从人脑获取有意义的信号,而脑电图(EEG)可以反映神经电活动,主要用于对反映实时性要求较高的BCI系统;... 详细信息

脑机接口(BCI)能将受试者意图相关的大脑活动转化为外部设备控制指令,在神经疾病治疗、运动康复等方面具有较高应用潜力。BCI的实现需从人脑获取有意义的信号,而脑电图(EEG)可以反映神经电活动,主要用于对反映实时性要求较高的BCI系统;近红外光谱(NIRS)主要反映血流动力学水平,一般用于神经生理状态等需要精确定位脑活跃区域的研究。EEG和NIRS因其非侵入、方便穿戴、成本较低等优点,成为BCI的重要信号获取方法。相比于单模态BCI系统,基于EEG-NIRS联合分析的混合BCI系统由于具有更丰富的信号特征,在生理状态检测、运动想象等领域得到了越来越多的关注与研究。该文从EEG-NIRS联合分析在脑机接口中应用的研究现状出发,在数据和特征融合程度、层面上归纳最近的相关领域研究现状,并对EEG-NIRS信号处理手段的研究前景进行了展望。

关键词：信号处理脑机接口脑电图近红外光谱

外侧楔形鞋垫对足踝生物力学影响的有限元分析

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医用生物力学 2024年第3期39卷 469-475页

作者：杜玮瑾陈维毅郭媛太原理工大学生物医学工程学院太原030024

目的探究外侧楔形鞋垫对足踝内部组织(包括足骨、关节和韧带)的生物力学影响。方法建立并验证足踝-鞋垫-地面三维有限元模型,探究步态3个关键瞬间赤足模型和鞋垫干预模型的足底压力分布、关节接触压力、跖骨及主要韧带的应力。结果 5... 详细信息

目的探究外侧楔形鞋垫对足踝内部组织(包括足骨、关节和韧带)的生物力学影响。方法建立并验证足踝-鞋垫-地面三维有限元模型,探究步态3个关键瞬间赤足模型和鞋垫干预模型的足底压力分布、关节接触压力、跖骨及主要韧带的应力。结果 5°外侧楔形鞋垫模型足底峰值压力比赤足模型减小65.8%。鞋垫干预使楔舟关节处峰值接触压力减小;距下关节处峰值接触压力和第4、5跖骨处峰值应力增大。结论本研究量化评估了外侧楔形鞋垫对足踝各部分的生物力学影响,提出了可适当减小外侧楔形鞋垫第4、5跖骨处倾斜角度的设计建议。

关键词：外侧楔形鞋垫足底压力分布关节接触压力有限元分析生物力学

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Ca4HfGe3O12∶Eu3+红色耐高温荧光粉的制备与发光特性研究

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稀土 2024年第5期 25-32页

作者：绳星星肖峰吕锦彬陈静怡艾力亚尔·阿不力孜新疆第二医学院生物医学工程学院

采用固相法合成Ca4HfGe3O12∶xEu3+（CHGO, 0≤x≤0.05）样品。利用X射线衍射（XRD）、瞬态和稳态光谱、热稳定性等手段表征样品的物相结构和发光特性。XRD结果表明,Eu3+成功进入石榴石结构晶格,光谱观察到CHGO∶Eu3+荧光粉可以被紫外... 详细信息

采用固相法合成Ca4HfGe3O12∶xEu3+（CHGO, 0≤x≤0.05）样品。利用X射线衍射（XRD）、瞬态和稳态光谱、热稳定性等手段表征样品的物相结构和发光特性。XRD结果表明,Eu3+成功进入石榴石结构晶格,光谱观察到CHGO∶Eu3+荧光粉可以被紫外光有效激发,在616 nm（5D0→7F2）处表现为较强红色窄带。根据荧光发射光强和荧光寿命的变化趋势,确定最佳Eu3+掺杂浓度为0.04,更多掺杂量引起浓度猝灭现象,猝灭效应来自于Eu3+间偶极-偶极相互作用。依据Eu3+激发光谱分布和寿命衰减行为的不同,证明了Eu3+在CHGO基质中占据两个晶体学格位。CHGO∶0.04Eu3+荧光粉在423 K下的发射光谱积分面积为室温下的94%,表明该样品具有优良的热稳定性和潜在的高温器件应用。CHGO∶0.04Eu3+的色坐标（0.5605,0.3469）和低色温3068 K表明该材料可能是一种潜在暖白照明用红光荧光粉。

关键词：热稳定性 Ca4HfGe3O12 红光荧光粉 Eu3+ 发光材料光致发光

异氟烷麻醉对小鼠自发肌电及TUS/TMAS诱发肌电的影响

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中国生物医学工程学报 2024年第1期43卷 10-17页

作者：王茹茹周晓青赵渝卉刘煦刘志朋王欣殷涛中国医学科学院北京协和医学院生物医学工程研究所天津300192

经颅超声刺激(TUS)和经颅磁声耦合刺激(TMAS)调控运动皮层效果明显,但受限于清醒状态动物难以束缚,已有研究大多在麻醉状态下进行,对麻醉减弱调控效果的分析集中于中枢神经系统。本研究记录了异氟烷麻醉下24只小鼠的肢体自发肌电和TUS/T... 详细信息

经颅超声刺激(TUS)和经颅磁声耦合刺激(TMAS)调控运动皮层效果明显,但受限于清醒状态动物难以束缚,已有研究大多在麻醉状态下进行,对麻醉减弱调控效果的分析集中于中枢神经系统。本研究记录了异氟烷麻醉下24只小鼠的肢体自发肌电和TUS/TMAS诱发肌电,定量分析了麻醉对自发肌电和诱发肌电发放率、潜伏期、时长和幅值的影响。结果显示,随着异氟烷输出浓度从0.40%增加至0.75%,每周期内小鼠自发肌电频次减少约50%,肌电发放时长变短,呈抑制状态;TUS/TMAS诱发肌电的成功率分别降低约50%和70%、潜伏期均延长约0.1 s、时长分别缩短约0.3和0.5 s,表明TUS/TMAS对运动皮层的调控效果随麻醉程度的加深而减弱。肢体自发和诱发肌电在发放率和时长上存在关联性特征,提示麻醉状态下小鼠自发肌电抑制状态可能是刺激效果减弱的影响因素之一。

关键词：经颅超声刺激(TUS) 经颅磁声耦合刺激(TMAS) 肌电麻醉

聚集诱导发光材料在肿瘤光治疗应用中的最新进展

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有机化学 2024年第8期44卷 2441-2452页

作者：孟子翔田秀梅张天富广州医科大学生物医学工程学院

癌症是世界上导致死亡的主要原因之一,其发病率不断上升.光疗以其无创、无耐受性、副作用小和操作方便等优势,已成为癌症精准治疗的新范式.自2001年唐本忠院士团队发现聚集诱导发光(AIE)现象以来,具有该性质的荧光材料被广泛用作高效光... 详细信息

癌症是世界上导致死亡的主要原因之一,其发病率不断上升.光疗以其无创、无耐受性、副作用小和操作方便等优势,已成为癌症精准治疗的新范式.自2001年唐本忠院士团队发现聚集诱导发光(AIE)现象以来,具有该性质的荧光材料被广泛用作高效光敏/光热试剂.因其高度扭曲的分子结构,避免了聚集态下的平面堆叠问题,从根本上解决了传统荧光材料聚集淬灭现象,显著提高了量子产率和光稳定性.作者详细对AIE材料作为光敏剂、光热剂及显影剂在癌症光疗(光动力治疗、光热治疗和光声成像)以及联合治疗中的最新应用进行了综述,并展望其未来发展趋势.

关键词：聚集诱导发光光动力治疗光热治疗多模态联合治疗