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肿瘤电场治疗的模型仿真研究

生物医学工程学杂志 2024年第2期41卷 360-367页

作者：秦丽平谢旭王敏敏马明伟潘赟陈光弟张韶岷浙江省医疗器械检验研究院杭州310018 浙江大学求是高等研究院、浙江大学生物医学工程教育部重点实验室杭州310027 浙江大学信息与电子工程学院杭州310027 浙江大学公共卫生学院杭州310027

肿瘤电场治疗是一种新的治疗恶性实体肿瘤的疗法,多采用电场仿真分析不同参数的肿瘤电场治疗在瘤体上产生的电场分布。但目前,由于仿真模型构建技术路线较难复现或实现成本较高,因此本研究采用常用的软件工具建立了易实现的高精度肿瘤... 详细信息

肿瘤电场治疗是一种新的治疗恶性实体肿瘤的疗法,多采用电场仿真分析不同参数的肿瘤电场治疗在瘤体上产生的电场分布。但目前,由于仿真模型构建技术路线较难复现或实现成本较高,因此本研究采用常用的软件工具建立了易实现的高精度肿瘤电场治疗有限元仿真模型,模型精度在1 mm^(3)水平。本研究利用该仿真模型开展了不同组织电学参数、电极配置等因素分析,研究结果显示,对肿瘤内电场分布存在影响的因素包括:头皮、头骨电导率的变化(瘤体治疗场最高变化21.0%)、肿瘤电导率的变化(瘤体治疗场最高变化157.8%)和不同的电极位置及组合(瘤体治疗场最高变化74.2%)。综上,本文研究结果验证了所提建模方法的可行性与有效性,或可为今后的肿瘤电场治疗仿真分析和临床应用提供重要参考。

关键词：肿瘤电场治疗仿真模型有限元胶质母细胞瘤

Oligo(dT)亲和层析介质的载量比较和机制分析

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高校化学工程学报 2024年第2期38卷 243-252页

作者：谭远志张鹏程孙艳娜张其磊姚善泾林东强浙江大学生物质化工教育部重点实验室浙江大学化学工程与生物工程学院浙江杭州310058

针对Oligo(d T)亲和层析介质的吸附性能,以poly(A)为模型分子,考察了4种Oligo(d T)亲和层析介质的静态吸附平衡、吸附动力学和动态结合载量(DBC),探讨了载量影响相关机制。结果表明,4种介质的合适吸附条件均为0.6 mol·L-1Na Cl、p H=6~... 详细信息

针对Oligo(d T)亲和层析介质的吸附性能,以poly(A)为模型分子,考察了4种Oligo(d T)亲和层析介质的静态吸附平衡、吸附动力学和动态结合载量(DBC),探讨了载量影响相关机制。结果表明,4种介质的合适吸附条件均为0.6 mol·L-1Na Cl、p H=6~7;Monomix d T20静态吸附容量最大,且poly(A)能扩散至介质微球深层孔内,而Poros Oligo(d T)25、Praesto Jetted (d T)25和Nano Gel d T20等3种介质中poly(A)均主要为表层吸附、静态吸附容量稍低;对于DBC,Nano Gel d T20和Monomix d T20的10%穿透的DBC较高,而Poros Oligo (d T)25和Praesto Jetted (d T)25相对略低。经分析,影响载量的主要因素包含基质种类、微球孔径、配基密度、间隔臂和配基长度等。对于基质种类,聚苯乙烯基质可能孔道结构较为特别。对于微球孔径,应针对不同大小的m RNA分子定制不同孔径的微球,以平衡传质阻力与可及吸附表面积之间的矛盾,从而增大DBC。

关键词：亲和层析 m RNA 寡脱氧胸腺苷酸载量生物分离

基于GA-SQP混合算法的磁共振被动匀场优化方法

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浙江大学学报(工学版) 2024年

作者：赵杰刘锋夏灵范一峰杭州医学院医学影像学院昆士兰大学信息技术与电气工程学院浙江大学生物医学工程教育部重点实验室

为了解决磁共振成像(MRI)系统中固有的主磁场(B0)不均匀的问题，提出结合遗传算法(GA)和序列二次规划(SQP)算法的混合优化算法(GA-SQP)，以提高7 T磁共振的主磁场匀场性.从被动匀场数学模型的角度出发，该混合算法利用GA算法获得稳定的... 详细信息

为了解决磁共振成像(MRI)系统中固有的主磁场(B0)不均匀的问题，提出结合遗传算法(GA)和序列二次规划(SQP)算法的混合优化算法(GA-SQP)，以提高7 T磁共振的主磁场匀场性.从被动匀场数学模型的角度出发，该混合算法利用GA算法获得稳定的初始解，实现主磁场的第1次优化，再通过SQP算法的快速求解，在较少的时间内实现主磁场的第2次优化，同时提高磁共振主磁场的均匀性.采用正则化方法减少磁场均匀所需的铁片质量，并且获得稀疏的铁片分布.在仿真建模的案例研究中，7 T磁共振裸磁场均匀度可以从462×10-6优化到4.5×10-6，并且在匀场空间上仅消耗0.8 kg的铁片.相比于传统的GA优化方法，新方案的磁场均匀性提高了96.7%，总铁片消耗质量减少了85.7%.实验结果表明，GA-SQP算法比其他优化算法具有更强的鲁棒性和竞争力.

关键词：磁共振成像被动匀场 GA-SQP混合算法正则化方法非线性优化

髂动脉的流-固耦合模型及脉搏波传播特性分析

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生物医学工程学杂志 2024年第2期41卷 351-359页

作者：孙雪航李本森卢意成缪馥星宁波大学冲击与安全工程教育部重点实验室浙江宁波315211

本文研究髂动脉分叉几何特性对脉搏波传播特性的影响,应用多物理场分析软件,分别建立了基于髂动脉的直管分叉和曲管分叉流-固双向耦合有限元分析模型,对比分析了血管分叉角度对脉搏波传播特性的影响。研究发现,分叉几何特性对髂动脉脉... 详细信息

本文研究髂动脉分叉几何特性对脉搏波传播特性的影响,应用多物理场分析软件,分别建立了基于髂动脉的直管分叉和曲管分叉流-固双向耦合有限元分析模型,对比分析了血管分叉角度对脉搏波传播特性的影响。研究发现,分叉几何特性对髂动脉脉搏波传播有明显影响,在一个心动周期内,这两种模型预测的压力脉搏波和速度脉搏波幅值在血管分叉前一致度较高;分叉后,曲管分叉模型预测的脉搏波幅值较低、压降小,更符合人体实际情况。另外,分叉点处伴随着血管壁的应力集中现象,速度脉搏波幅值出现瞬时增加,这与分叉部位容易出现动脉狭窄和硬化等现象相一致。本文的初步研究结果将为脉搏波形用于动脉疾病的诊断提供一定的参考。

关键词：压力脉搏波速度脉搏波血管分叉流-固耦合分析数值模拟

吲哚氰绿和羽扇豆醇复合脂质体用于结肠癌细胞光-免疫协同灭活研究

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中国激光 2024年第3期51卷 127-137页

作者：秦奋张涵张澜姚翠萍王斯佳张镇西西安交通大学生命科学与技术学院生物医学光子学与传感研究所生物医学信息工程教育部重点实验室陕西西安710049

结肠癌已成为我国主要癌症发病种类之一,传统的治疗方法难以抑制其转移和复发。免疫疗法虽然可以通过机体免疫系统清除肿瘤组织,但肿瘤组织中的免疫抑制微环境,往往会导致效果不及预期。光学疗法,包括光热疗法(PTT)和光动力疗法(PDT),... 详细信息

结肠癌已成为我国主要癌症发病种类之一,传统的治疗方法难以抑制其转移和复发。免疫疗法虽然可以通过机体免疫系统清除肿瘤组织,但肿瘤组织中的免疫抑制微环境,往往会导致效果不及预期。光学疗法,包括光热疗法(PTT)和光动力疗法(PDT),不仅可以直接诱导肿瘤细胞凋亡和坏死,还能改善肿瘤组织中的免疫抑制环境,从而促进免疫细胞在肿瘤组织中的浸润和活性,提高免疫治疗效果。笔者创新性地利用吲哚氰绿(ICG)介导的光学疗法和天然免疫活性分子羽扇豆醇(Lupeol)对自然杀伤(NK)细胞免疫活性的提升作用实现光-免疫协同激活作用和抗肿瘤效果,通过纳米脂质体将ICG和羽扇豆醇整合得到Lip-Lupeol&ICG,并将其用于结肠癌细胞灭活研究。结果显示:Lip-Lupeol&ICG在通过两次间隔激光照射后可实现PTT和PDT的两次治疗作用,可将结肠癌细胞活性抑制至43.4%;与此同时,包裹的羽扇豆醇释放后可与光学疗法协同激活NK细胞活性,将结肠癌细胞活性进一步抑制至16.7%,为临床结肠癌治疗提供了一种新思路。

关键词：医用光学吲哚氰绿羽扇豆醇光动力疗法光热力疗法 NK细胞免疫疗法

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衰老引发的糖萼损伤与血管功能障碍

医用生物力学 2024年第2期39卷 368-374页

作者：张梓航高朵岚戴鑫源刘添李明翰邓小燕康红艳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京100083

血管内皮糖萼(endothelial glycocalyx,EG)是位于血管内表面的一层多糖蛋白复合结构,其损伤与动脉粥样硬化、中风、脓毒症、糖尿病、肾脏疾病、高血压、肺水肿等诸多疾病存在关联。基于此,糖萼的健康程度已被列为评估血管健康的重要指... 详细信息

血管内皮糖萼(endothelial glycocalyx,EG)是位于血管内表面的一层多糖蛋白复合结构,其损伤与动脉粥样硬化、中风、脓毒症、糖尿病、肾脏疾病、高血压、肺水肿等诸多疾病存在关联。基于此,糖萼的健康程度已被列为评估血管健康的重要指标。研究表明,衰老会伴随糖萼发生退行性改变,体现在其厚度变薄、合成及降解相关酶基因水平的失调等方面。作为血管的天然保护性屏障,衰老引发的糖萼损伤与血管舒缩功能受损、通透性增大、炎症及免疫反应失调、凝血/抗凝功能失衡等存在关联。从“结构决定功能”角度出发,开展衰老过程中糖萼厚度、成分、微观结构、力学特性等变化规律及其与血管功能障碍的相关性研究,对于预防、诊断、治疗动脉粥样硬化等年龄相关性心血管疾病具有重要意义。

关键词：糖萼衰老血管功能障碍动脉粥样硬化

改进的局部最值分段多项式拟合算法精确校正拉曼光谱基线

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光谱学与光谱分析 2024年第4期44卷 1073-1080页

作者：田超凡李剑君翁国军朱键赵军武西安交通大学生命科学与技术学院教育部生物医学信息工程重点实验室陕西西安710049

基线校正作为拉曼光谱预处理极为关键的步骤之一,对进一步拉曼光谱数据分析和实现拉曼成像等有重要意义。目前,最常用的基线校正算法基于多项式拟合,由于其采用手动或半手动的形式,因此依赖人工经验,对用户的专业性要求较高,处理过程繁... 详细信息

基线校正作为拉曼光谱预处理极为关键的步骤之一,对进一步拉曼光谱数据分析和实现拉曼成像等有重要意义。目前,最常用的基线校正算法基于多项式拟合,由于其采用手动或半手动的形式,因此依赖人工经验,对用户的专业性要求较高,处理过程繁琐,处理结果差异较大。同时,在使用过程中,多项式阶数及移动分段窗口难以选择确定,因此处理的结果常出现欠拟合或过拟合现象。针对传统多项式拟合算法的此类局限性,改进了局部最值分段多项式拟合(NPPF)算法用于精确校正拉曼光谱基线。首先采用了改进的基于分段的局部最值算法,选取光谱中最宽峰底部轮廓的近似横向宽度作为背景点窗口宽度,依次选取窗口内的最小两个值作为需要拟合的背景基线点,避免直接比较或者人工选取导致的背景点选取困难,实现更准确地选取每个背景轮廓基线点。然后通过每个窗口三次拟合迭代覆盖的方式,得到三个拟合曲线函数,选取窗口内每个点对应三个曲线函数值,分别计算与前一拟合值的差值绝对值,取绝对值最小的曲线函数值作为此点拟合曲线值,从而较好地避免了传统分段多项式拟合(PPF)算法中的欠拟合和过拟合现象,同时也确定了拟合过程中的阶数和分段窗口。模拟了两种不同背景类型的拉曼光谱,将NPPF与PPF算法分别对两种模拟光谱进行处理比较,发现NPPF处理结果均方根误差(RMSE)小,证实NPPF较于PPF的优越性。最后,对实际样品(烯啶虫胺、罗丹明6G)的拉曼光谱进行了NPPF和PPF对比处理,发现NPPF的拟合基线较为准确,证实该算法NPPF在拉曼光谱基线校正预处理中具有广泛的实际应用价值和前景。

关键词：拉曼光谱多项式拟合基线校正局部最值

Snβ制备工艺对其催化果糖转化生成乳酸甲酯性能的影响

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高校化学工程学报 2024年第1期38卷 105-112页

作者：蒋雨希魏茜文任傲天吕喜蕾吕秀阳浙江大学生物质化工教育部重点实验室浙江大学化学工程与生物工程学院浙江杭州310058 浙江恒逸石化研究院有限公司浙江杭州311209

乳酸甲酯(MLA)是重要的生物质基平台化合物。Snβ分子筛催化生物质糖醇解制备MLA技术具有重要的工业化应用前景。针对Snβ分子筛催化剂制备工艺对其活性和重复使用性能影响的研究非常不系统、不全面等问题,详细考察了Snβ分子筛催化剂... 详细信息

乳酸甲酯(MLA)是重要的生物质基平台化合物。Snβ分子筛催化生物质糖醇解制备MLA技术具有重要的工业化应用前景。针对Snβ分子筛催化剂制备工艺对其活性和重复使用性能影响的研究非常不系统、不全面等问题,详细考察了Snβ分子筛催化剂制备过程中脱铝、浸渍和焙烧等3步的工艺参数对其结构及催化果糖转化生成MLA性能的影响。结果表明,Snβ分子筛制备过程中市售Hβ分子筛脱铝步骤需要强酸,其中硝酸较佳;Hβ分子筛的硅铝比(物质的量比(n(Si):n(Al))、酸处理过程中酸浓度、浸渍液中SnCl_(2)浓度和焙烧温度都存在较佳条件,具体为:以n(Si):n(Al)=60的Hβ分子筛为原料、经质量分数为47%的HNO_(3)脱铝、再在浓度为0.1 mol·L^(-1)的SnCl_(2)乙醇溶液中浸渍、最后在550℃下焙烧得到的催化剂具有较佳的反应活性,用该催化剂180℃下催化果糖反应6 h时MLA收率最高可达53.6%;此外,该催化剂还具有良好的重复使用性能;表征结果显示,采用上述工艺制备的催化剂,Sn可以进入β分子筛骨架。本研究可为生物质非均相催化醇解制备MLA技术的工业化提供参考。

关键词：果糖乳酸甲酯 Snβ分子筛催化剂制备工艺

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墨鱼骨结构的力学行为及其应变率效应

爆炸与冲击 2024年第4期44卷 24-33页

作者：蒋钰婷钟东海方泽辉丁圆圆周风华宁波大学冲击与安全工程教育部重点实验室浙江宁波315211

墨鱼骨是一种墨鱼内部产生的生物矿化壳,通过调节壳内的气液比从而实现墨鱼的深浅浮动,同时满足轻质和高刚度的力学特性,使墨鱼能够很好地适应深海环境,所以墨鱼骨是一种典型的高比刚度的多孔材料。为探究墨鱼骨结构的力学性能,通过Inst... 详细信息

墨鱼骨是一种墨鱼内部产生的生物矿化壳,通过调节壳内的气液比从而实现墨鱼的深浅浮动,同时满足轻质和高刚度的力学特性,使墨鱼能够很好地适应深海环境,所以墨鱼骨是一种典型的高比刚度的多孔材料。为探究墨鱼骨结构的力学性能,通过Instron材料试验机和分离式Hopkinson压杆实验装置,对墨鱼骨在不同加载应变率下的力学行为进行研究。研究结果表明,墨鱼骨在准静态加载下,其应力-应变曲线呈现典型的三阶段变化模式,即弹性段、平台段和压实段,具有很好地吸能缓冲作用;随着加载应变率的提高,墨鱼骨的初始压溃应力和平台应力也随之增加,表明墨鱼骨材料对加载应变率存在很强的敏感性。进一步分析不同生长方向的墨鱼骨在准静态压缩下的力学行为,结果表明随着生长方向的增加,墨鱼骨结构的刚度和吸能性能都得到了弱化,从而揭示了墨鱼骨材料压缩行为的各项异性。

关键词：多孔材料墨鱼骨高比刚度加载应变率吸能特性