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结合Udwadia-Kalaba控制理论的下肢外骨骼步态轨迹跟踪控制

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西安交通大学学报 2025年第1期59卷 148-158页

作者：肖志毅沙连森邹学坤黄锟李永斌刘斌中国科学技术大学生物医学工程学院(苏州) 江苏苏州215000 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所江苏苏州215000

针对现有轨迹跟踪控制方法较难兼顾控制精度与稳定性的问题,提出一种基于Udwadia-Kalaba(U-K)控制理论的鲁棒控制方法。基于拉格朗日法建立机器人动力学模型,将动力学参数分为确定的名义部分与不确定部分;结合U-K理论与系统名义部分参... 详细信息

针对现有轨迹跟踪控制方法较难兼顾控制精度与稳定性的问题,提出一种基于Udwadia-Kalaba(U-K)控制理论的鲁棒控制方法。基于拉格朗日法建立机器人动力学模型,将动力学参数分为确定的名义部分与不确定部分;结合U-K理论与系统名义部分参数确定外骨骼机器人系统理想运动轨迹约束下的名义部分控制力矩;为消除机器人系统不确定部分的影响,引入鲁棒控制器,通过划分不确定性边界确定其应输出的额外控制力矩。仿真结果表明:相较于传统PID算法,基于U-K控制理论的鲁棒控制的外骨骼机器人髋关节、膝关节角度的轨迹跟踪控制精度分别提高了76.4%和96.8%。基于设计的下肢外骨骼机器人样机进行轨迹跟踪对比实验,实验结果表明:基于该方法的下肢外骨骼髋关节、膝关节角度的轨迹跟踪精度为0.467 0°和0.114 1°,相比作为对照的PID算法,分别提高了82.6%和86.8%,同时系统整体控制周期缩短了56.6%,该控制方法具有更高的同步性、控制精度与稳定性。

关键词：下肢外骨骼机器人 Udwadia-Kalaba控制理论鲁棒控制轨迹跟踪控制

REG增强的脱细胞猪角膜/聚甲基丙烯酸羟乙酯原位一体式全层复合人工角膜

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中国组织工程研究 2025年第16期29卷 3388-3399页

作者：辛远吴茜茜全亮张亨通敖强四川大学生物医学工程学院四川省成都市610064

背景:目前用于全层移植的人工角膜缺乏生物活性及力学适配性,组合式人工角膜存在镜柱和周围组分间的界面问题。目的:在脱细胞猪角膜原位固化制备具有多肽增强、匹配自然角膜机械强度、良好透光性的一体式全层人工角膜。方法:使用非离子... 详细信息

背景:目前用于全层移植的人工角膜缺乏生物活性及力学适配性,组合式人工角膜存在镜柱和周围组分间的界面问题。目的:在脱细胞猪角膜原位固化制备具有多肽增强、匹配自然角膜机械强度、良好透光性的一体式全层人工角膜。方法:使用非离子型脱细胞试剂Triton X-100与超声冻融及超级核酸酶相结合的方法制备脱细胞猪角膜,将聚甲基丙烯酸羟乙酯单体与光引发剂同时引入脱细胞猪角膜中,通过紫外滤光片遮住除中心区域以外的部分,使用275 nm紫外光引发中央区域聚合,除去未反应的单体及引发剂后得到中央光学区,同理在后板层固化隔水区,最后引入REG活性多肽,得到原位一体式全层人工角膜,表征人工角膜的物理性能、力学性能、透光性、降解性能及体内外生物相容性。结果与结论:①实验在脱细胞猪角膜的中央区域采用聚甲基丙烯酸羟乙酯原位构建了一个具有聚合物和胶原纤维共存的光学区,扫描电镜下可见人工角膜的上表面较为粗糙且轮廓不规则,具有明显的凹陷和突起结构,下表面相对光滑;该人工角膜具有接近于天然角膜的力学性能,光学区透光率达到自然角膜的80%,浸泡于含胶原酶的PBS无菌溶液中可较好地保留固化光学区和隔水区,维持角膜的基本结构;该人工角膜具有良好的细胞相容性,能够为细胞提供适宜的黏附生长环境,有利于角膜上皮细胞的迁移和黏附,促进血管内皮细胞的生长和新生血管的形成,促进上皮化过程;人工角膜植入SD大鼠皮下12周后具有良好的生物相容性和安全性,可降低植入初期的急性炎症反应;②结果表明,实验制备的一体式全层人工角膜具有作为全层人工角膜支架材料的潜力。

关键词：人工角膜脱细胞猪角膜紫外光固化甲基丙烯酸羟乙酯组织工程 REG多肽

基于PE-CycleGAN网络的鼻咽癌自适应放疗CBCT-sCT生成研究

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南方医科大学学报 2025年

作者：贺亚迪周炫汝金锦辉宋婷南方医科大学生物医学工程学院南方医科大学中西医结合医院放疗科

目的探索基于PE-CycleGAN方法从锥形束CT(CBCT)合成高质量CT(sCT)，用于鼻咽癌自适应放疗（ART）。方法提出感知增强的CycleGAN模型（PE-CycleGAN），引入判别器双重对比度损失、生成器多感知损失和改进的U-Net结构。采用80例鼻咽癌... 详细信息

目的探索基于PE-CycleGAN方法从锥形束CT(CBCT)合成高质量CT(sCT)，用于鼻咽癌自适应放疗（ART）。方法提出感知增强的CycleGAN模型（PE-CycleGAN），引入判别器双重对比度损失、生成器多感知损失和改进的U-Net结构。采用80例鼻咽癌患者的CBCT和CT作为训练集，7例为测试集。通过量化sCT与参考CT的平均绝对误差（MAE）、峰值信噪比（PSNR）、结构相似性指标（SSIM）以及sCT与参考CT剂量gamma通过率、靶区和危及器官（OAR）相对剂量偏差，评估sCT图像质量和剂量计算精度。结果 PE-CycleGAN生成sCT与对应标准CT的MAE为56.89±13.84 HU，较CBCT的81.06±15.86 HU降低约30%(P0.05）,PTVnx HI、PTVnd HI、PTVnd CI、PTV1 HI、PRV＿SC、PRV＿BS、Parotid、Larynx、Oral、Mandible、PRV＿ON相对剂量偏差均值都小于±1%(P>0.05)。结论PE-CycleGAN能从CBCT快速合成高质量sCT，可用于鼻咽癌的CBCT引导ART。

关键词：锥形束CT 合成CT 自适应放疗深度学习生成对抗网络

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膜受体蛋白质机器动态修饰的发现及表征

中国科学:化学 2025年

作者：翁亦澄郑江南田瑞军南方科技大学理学院化学系化学生物学与组学分析研究中心上海交通大学生物医学工程学院

膜受体蛋白质机器通过动态翻译后修饰调控蛋白质复合物组装,以时空特异的方式精准地控制细胞的生物学表型.基于质谱的蛋白质组学目前已经成为动态翻译后修饰和蛋白质复合物分析的主流技术平台.本课题组以化学生物学工具赋能质谱技术为... 详细信息

膜受体蛋白质机器通过动态翻译后修饰调控蛋白质复合物组装,以时空特异的方式精准地控制细胞的生物学表型.基于质谱的蛋白质组学目前已经成为动态翻译后修饰和蛋白质复合物分析的主流技术平台.本课题组以化学生物学工具赋能质谱技术为研究思路,围绕着生理、病理环境中的膜受体蛋白质机器动态酪氨酸磷酸化修饰和蛋白质复合物取得了一些重要进展:通过化学探针捕获与富集相互作用的蛋白质,鉴定了在肿瘤微环境中的配体-膜蛋白受体相互作用与免疫过程中酪氨酸磷酸化介导形成的蛋白质机器;另一方面,通过开发活细胞中的化学生物学工具,描绘了特定时空条件下膜受体蛋白质机器调控的动态复合物与磷酸化级联过程.

关键词：膜受体蛋白质机器蛋白质组学蛋白质复合物酪氨酸磷酸化

生物材料促进角膜碱烧伤修复的作用机制和应用途径

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中国组织工程研究 2025年第10期29卷 2162-2170页

作者：肖辉李冬妍汲婧王丽珍北京航空航天大学生物与医学工程学院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北京市100083

背景:在角膜碱烧伤治疗中,传统治疗方法存在多种局限,尤其在控制炎症、预防新生血管形成和抑制角膜瘢痕化方面表现不佳。天然材料、合成材料或复合材料为治疗提供了多元化的选择,然而生物材料促进角膜碱烧伤修复的相关机制尚未形成系统... 详细信息

背景:在角膜碱烧伤治疗中,传统治疗方法存在多种局限,尤其在控制炎症、预防新生血管形成和抑制角膜瘢痕化方面表现不佳。天然材料、合成材料或复合材料为治疗提供了多元化的选择,然而生物材料促进角膜碱烧伤修复的相关机制尚未形成系统深入的认识。目的:对目前生物材料促进角膜碱烧伤修复的国内外研究进行梳理,综述生物材料修复角膜碱烧伤的机制及其应用途径。方法:第一作者以“角膜,碱烧伤,羊膜,透明质酸,胶原,壳聚糖,高分子材料”“Amniotic membrane,Hyaluronic acid,Collagen,Chitosan,Polymer,Cornea,Alkali burn”为关键词在Pub Med、Web of Science、中国知网和万方文献数据库内检索,根据纳入标准和排除标准,最终纳入符合要求的76篇文献进行综述。结果与结论:(1)在角膜碱烧伤修复领域,羊膜、透明质酸、胶原、壳聚糖和可降解高分子材料等生物材料被广泛研究和应用,这些生物材料各有其特点和优缺点,在不同方面都有所突出。(2)首先,羊膜因含丰富的生物活性因子而被认为是最有前景的生物材料之一,其生物相容性良好,并且能够调节角膜炎症反应,但是存在供体短缺和易感染疾病的问题。(3)透明质酸具有良好的保湿性和生物相容性,并且能够提高角膜细胞的生存率和增加角膜透明度。(4)胶原具有良好的生物相容性和支架结构,能够促进角膜细胞的黏附和增殖,促进角膜组织结构的重建。(5)壳聚糖具有良好的生物相容性和可降解性,可作为载体用于药物递送和细胞移植。(6)可降解高分子材料具有较好的降解可控性,可为角膜碱烧伤的修复提供良好的支持和递送平台,但其稳定性和生物相容性仍需进一步研究。(7)综合来看,目前还没有一种生物材料能够完全解决角膜碱烧伤的修复问题,每种生物材料都有其特定的适用场景和局限性。(8)未来的研究方向应该是通过进一步改进生物材料的性能和结构,探索更有效的组合应用方式,以及深入了解生物材料与角膜组织的相互作用机制,以提高角膜碱烧伤的治疗效果和患者的生活质量。

关键词：角膜碱烧伤生物材料修复机制羊膜透明质酸壳聚糖高分子材料综述

应用体外模型对阴道腔内线圈高清成像的磁共振可行性研究

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重庆医科大学学报 2025年

作者：张珂唐明梅郁斌刘惠潘缘蕊吕发金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医科大学附属第一医院放射科

目的：为未来阴道腔内线圈磁共振（magnetic resonance Imaging,MRI）体内成像提供参数指导，探索阴道腔内线圈技术的成像潜质。方法：应用阴道腔内线圈对包含3种空间分辨率模块的体外模型进行T2快速自旋回波（turbo spin echo,TSE）序... 详细信息

目的：为未来阴道腔内线圈磁共振（magnetic resonance Imaging,MRI）体内成像提供参数指导，探索阴道腔内线圈技术的成像潜质。方法：应用阴道腔内线圈对包含3种空间分辨率模块的体外模型进行T2快速自旋回波（turbo spin echo,TSE）序列成像，改变主要成像参数。对不同成像参数下的图像测量信号计算信号噪声比（signal to noise ratio,SNR）、对比噪声比（contrast to noise ratio,CNR）和对比度（contrast,C），再分别划定区间进行成像质量评分，以及对体模的3种分辨率模块的显示情况进行结构显示评分，利用非参数检验比较组间的统计学差异。结果：当主要成像参数为层厚2 mm、层间距0.2 mm、激励次数4、矩阵384×384、FOV 52 mm×52 mm、TE 74 ms、带宽180 Hz/Pixel、加速因子18，此时采集空间分辨率为0.14 mm×0.14 mm×2 mm，重建分辨率为0.07 mm×0.07 mm×2 mm，该参数下图像质量良好，三规格分辨率均可清晰显示，并且扫描时间临床可接受。层厚、层间距、激励次数、FOV和加速因子的成像质量评分每小组的组间差异均有统计学意义（P0.05）。所有参数的结构显示评分每小组的组间差异均有统计学意义（P<0.05）。结论：本实验所得参数可为未来阴道腔内线圈在人体中的应用提供指导，表现了该设备具有极高的成像潜质，阴道腔内线圈在未来临床应用中有分辨微小病灶的潜力。

关键词：磁共振成像阴道腔内线圈体外模型宫颈癌

手工提取的视觉特征与深度特征的融合模型用于消化性溃疡再出血风险分级

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南方医科大学学报 2025年

作者：周沛珊阳维李青原郭小芳傅蓉刘思德南方医科大学生物医学工程学院南方医科大学南方医院消化内科赣州市人民医院消化内科

目的提出一种基于电子内镜图像的多特征融合模型，结合深度学习与手工特征的优势，用于消化性溃疡再出血风险的分级。方法根据溃疡的内镜表现，提取颜色特征以区分活动性出血（Forrest I）与非出血溃疡（Forrest II、III），并利用边... 详细信息

目的提出一种基于电子内镜图像的多特征融合模型，结合深度学习与手工特征的优势，用于消化性溃疡再出血风险的分级。方法根据溃疡的内镜表现，提取颜色特征以区分活动性出血（Forrest I）与非出血溃疡（Forrest II、III），并利用边缘和纹理特征描述不同级别溃疡的形态与外观。通过融合深度学习网络提取的深度特征与手工提取的视觉特征，形成电子内镜图像的多特征表达，最终用于预测消化性溃疡的再出血风险。结果在包含708例患者、3573张图像的Forrest分级数据集上，提出的多特征融合模型在消化性溃疡再出血风险六分级任务中取得了74.94%的准确率，优于进修医生59.9%的分级准确性（P<0.05）。在Ib、IIa和III级溃疡的识别中，F1得分为90.16%、75.44%和77.13%，其中Ib级表现尤为突出。与首个进行溃疡再出血分级研究的模型相比，提出模型的F1得分提升了5.8%。在简化的3类风险分级任务中，模型在高风险、低风险和无需内镜治疗级别上的F1得分为93.74%、81.30%和73.59%。结论本文提出的多特征融合模型有效融合卷积神经网络（CNN）提取的深度特征与手工提取的视觉特征，提升了消化性溃疡再出血风险分级的准确性，为临床提供了高效的诊断辅助工具。

关键词：电子内镜图像多特征融合消化性溃疡 Forrest再出血风险分级

基于知识图谱的Python语言程序设计教学工具的开发与应用

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中国信息技术教育 2025年第1期 99-102页

作者：王宇刘文艳王珂武博张楠首都医科大学生物医学工程学院

在人工智能与医学大数据的背景下,作者所在学校开设了“计算机基础B”课程,着力于培养医学生的计算机应用能力和计算机编程思想。针对当前医学生编程能力明显不足的问题,本文开发了基于知识图谱的Python语言程序设计教学工具,帮助学生... 详细信息

在人工智能与医学大数据的背景下,作者所在学校开设了“计算机基础B”课程,着力于培养医学生的计算机应用能力和计算机编程思想。针对当前医学生编程能力明显不足的问题,本文开发了基于知识图谱的Python语言程序设计教学工具,帮助学生挖掘程序设计与任务代码之间的关系以及理解程序运行的内部原理,该工具围绕医学问题设计教学案例,能够激发医学生的学习兴趣,提高医学生使用计算机编程解决实际问题的能力。

关键词：计算机基础计算机编程 Python教学知识图谱

右美托咪定对于尾吊骨质疏松大鼠骨代谢调控作用及机制

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陆军军医大学学报 2025年

作者：郭云亮王灿张新雨颜泽栋温志鹏刘若冰刘鹏森河南省中医院麻醉科空军军医大学军事生物医学工程学系

目的研究右美托咪定对于尾吊大鼠骨丢失的作用效果，并初步探究其对于骨代谢的调控机制。方法 30只雄性大鼠按照随机数字表法分为对照组、尾吊组、尾吊+右美托咪定组，每组10只。尾吊大鼠行4周后肢悬吊处理，尾吊+右美托咪定组大鼠从... 详细信息

目的研究右美托咪定对于尾吊大鼠骨丢失的作用效果，并初步探究其对于骨代谢的调控机制。方法 30只雄性大鼠按照随机数字表法分为对照组、尾吊组、尾吊+右美托咪定组，每组10只。尾吊大鼠行4周后肢悬吊处理，尾吊+右美托咪定组大鼠从尾吊当天开始进行右美托咪定干预（10 μg/kg，隔天1次），通过骨组织学染色、生物力学三点弯曲测试、钙黄绿素/茜素红荧光双标评价作用效果。分离尾吊大鼠胫骨原代成骨细胞，进行右美托咪定干预（1 nmol/L），通过碱性磷酸酶染色、活性测试及成骨相关基因表达评价成骨活性功能。结果动物实验结果揭示，右美托咪定显著增加了尾吊大鼠胫骨骨小梁的面积占比（P<0.001），显著抑制尾吊大鼠骨力学强度的降低（P<0.001），显著增加尾吊大鼠小梁骨矿化沉积率和新骨形成速率（P<0.001）。体外细胞实验结果表明，右美托咪定显著增加了尾吊大鼠体外原代成骨细胞碱性磷酸酶活性及碱性磷酸酶阳性成骨细胞数量（P<0.001），并上调了成骨分化相关基因（骨钙素、Runt相关转录因子2、Osterix蛋白、I型胶原蛋白）的表达水平（P<0.01）。结论右美托咪定能对抗尾吊大鼠骨丢失，刺激成骨细胞的骨形成可能是其作用机制。

关键词：右美托咪定成骨尾吊大鼠骨质疏松成骨细胞