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慢性高眼压作用下视网膜功能及筛板形态改变

北京生物医学工程 2022年第5期41卷 447-453页

作者：张景茜任璐頔钱秀清首都医科大学生物医学工程学院北京100069 首都医科大学临床生物力学应用基础研究北京市重点实验室北京100069

目的通过视觉电生理测试技术和激光共聚焦图像获取技术研究慢性高眼压作用下视网膜功能及筛板形态的变化规律,为青光眼致病机制研究提供基础。方法通过建立慢性高眼压动物模型,对正常大鼠和造模后2周、4周大鼠进行闪光视网膜电图(flash ... 详细信息

目的通过视觉电生理测试技术和激光共聚焦图像获取技术研究慢性高眼压作用下视网膜功能及筛板形态的变化规律,为青光眼致病机制研究提供基础。方法通过建立慢性高眼压动物模型,对正常大鼠和造模后2周、4周大鼠进行闪光视网膜电图(flash electroretinogram,F-ERG)、闪光视觉诱发电位(flash visual evoked potential,F-VEP)测试,并通过共聚焦显微镜对筛板组织切片进行观察,计算孔隙率。结果慢性高眼压造模2周后,F-VEP的P1潜时下降、N2潜时显著增长,鼠眼筛板孔隙率下降;造模4周后,F-ERG中Rod-ERG、Cone-ERG的b波幅值显著下降,Max-ERG的a波幅值和b波幅值均显著下降,Flick-ERG的峰值幅值显著下降,各反应波形的潜时没有明显变化。结论慢性高眼压作用2周后,视神经的轴突、髓鞘功能下降,筛板形态发生变化,筛板胶原束密度增加。高眼压作用4周后视网膜感光功能进一步衰减。

关键词：慢性高眼压视神经视觉电生理筛板孔隙率

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大腿假肢支撑期有限元分析

北京生物医学工程 2018年第2期37卷 116-121页

作者：李亚楠钱秀清孙翠莲刘志成首都医科大学生物医学工程学院北京100069 首都医科大学临床生物力学应用基础研究北京市重点实验室北京100069

目的分析大腿截肢患者的硅胶套材料属性,对支撑期残肢与接受腔之间接触面的力学分布的影响,为大腿假肢适配方案中硅胶套的选取提供参考。方法利用计算机断层扫描技术获取大腿截肢患者残端与接受腔的断层图像,通过影像学信息和工程学方法... 详细信息

目的分析大腿截肢患者的硅胶套材料属性,对支撑期残肢与接受腔之间接触面的力学分布的影响,为大腿假肢适配方案中硅胶套的选取提供参考。方法利用计算机断层扫描技术获取大腿截肢患者残端与接受腔的断层图像,通过影像学信息和工程学方法,分别获取接受腔、硅胶套、残肢、骨骼等结构的三维模型;根据角度变化调整模型,获得初始接触期、负荷反应期、站立中期、站立末期、摆动前期5个时相的组装模型;根据三维动作捕捉系统Motion和Kistler三维测力平台测得的地面反作用力及髋关节角度变化的结果,对5个时相下大腿假肢模型分别进行有限元非线性接触分析;在此基础上,模拟分析了硅胶套不同弹性模量的变化对残肢表面等效应力以及剪切应力分布的影响。结果穿戴不同弹性模量的硅胶套时,残肢所受最大等效应力以及最大剪切应力在初始接触期、负荷反应期、站立中期、站立末期时相时出现在残肢内侧和接受腔口型边缘对应的残肢位置,在摆动前期时相时则出现在残肢内侧、接受腔口型边缘对应的残肢位置和坐骨周围等位置。当硅胶套弹性模量在0.98~2.70 MPa范围内变化时,在摆动前期残肢所受等效应力变化范围为13.85~23.55 k Pa,最大剪切应力变化范围为7.82~13.46 k Pa,而其他时相基本一致。结论硅胶套的力学特性影响大腿假肢残肢与接受腔之间接触面的受力分布,摆动前期残肢所受最大等效应力与最大剪切应力随硅胶套弹性模量变化大,在实际适配过程中需注意。

关键词：大腿假肢应力分布硅胶套步态有限元分析

基于局部区域对应点匹配的MRI图像层间插值方法

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北京生物医学工程 2024年第2期43卷 158-164页

作者：李静媛周孟葳熊华晖姬长金黄晓清樊婷婷黄亚奇首都医科大学生物医学工程学院北京100069 首都医科大学临床生物力学应用基础研究北京市重点实验室北京100069

目的医学影像层间插值对提高图像分辨率十分重要。基于灰度插值的传统算法在处理结构复杂,层间灰度变化大的区域时常会造成组织细节丢失或边缘模糊。本研究旨在建立一种局部区域对应点匹配插值算法,从而有效改善插值图像质量。方法构建... 详细信息

目的医学影像层间插值对提高图像分辨率十分重要。基于灰度插值的传统算法在处理结构复杂,层间灰度变化大的区域时常会造成组织细节丢失或边缘模糊。本研究旨在建立一种局部区域对应点匹配插值算法,从而有效改善插值图像质量。方法构建一种局部区域对应点匹配算法。通过将线性插值图像与同位置原始扫描图像之间的对比构建误差图像并确定出高误差区域。对非高误差区域使用线性插值。对于各高误差区分别采用对应点匹配方法处理:首先根据每个区域的局部信息确定其对应于点对匹配度误差函数最小误差的最优参数组,然后为区域内每个插值点找到两侧图像上的最佳匹配点对用于该插值点灰度计算。将此方法应用于轴、矢、冠状位方向系列扫描图像的层间插值,将插值图像与同位置原始扫描图像的均方差作为评价插值质量的标准。结果与其他算法插值结果相比,局部区域对应点匹配算法可显著降低插值误差,矢状位图像插值结果的改善尤为突出。与整体对应点匹配算法插值结果相比,其误差平均值降低达19%,有效改善了原高误差区域的插值质量。结论本研究建立的局部区域对应点匹配插值算法可以有效地解决以往算法在处理复杂组织边界区域插值时的不足,显著提高图像层间插值的精度和质量。

关键词：磁共振影像医学图像层间插值对应点匹配插值局部区域方法

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兔眼角膜胶原交联后角膜动态响应参数的变化

生物医学工程研究 2022年第1期41卷 13-19页

作者：袁子维曾正李冬果张海霞李林首都医科大学生物医学工程学院北京100069 首都医科大学临床生物力学应用基础研究北京市重点实验室北京100069

本研究应用可视化角膜生物力学分析仪,于角膜胶原交联术前与术后3月内不同时间对兔眼角膜实施测试,探讨角膜胶原交联后,角膜动态响应参数随术后时间的变化,并计算角膜弹性模量,分析生物力学参数与中央角膜厚度、生物力学矫正眼压的相关... 详细信息

本研究应用可视化角膜生物力学分析仪,于角膜胶原交联术前与术后3月内不同时间对兔眼角膜实施测试,探讨角膜胶原交联后,角膜动态响应参数随术后时间的变化,并计算角膜弹性模量,分析生物力学参数与中央角膜厚度、生物力学矫正眼压的相关性。研究发现,术后1周内角膜动态响应参数变化明显,术后2~3月开始趋于稳定。交联后4周角膜弹性模量增加78.7%,交联效果较好。生物力学参数与中央角膜厚度、生物力学矫正眼压均有相关性,评估角膜生物力学性质同时要关注角膜厚度与眼压的影响。本研究探讨角膜胶原交联后生物力学特性的变化,为交联处置术式的个性化和评估交联手术术后效果提供参考。

关键词：角膜胶原交联可视化角膜生物力学分析仪角膜动态响应参数硬度弹性模量变化规律

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角膜胶原交联后应力重分布的有限元研究

北京生物医学工程 2019年第6期38卷 598-604页

作者：于梦瑶秦晓张海霞李林首都医科大学生物医学工程学院北京100069 首都医科大学临床生物力学应用基础研究北京市重点实验室北京100069

目的利用有限元的方法,探索角膜胶原交联手术后基质层中应力再分布的规律。方法通过提取正常兔眼角膜OCT图像的轮廓,建立轴对称的分区分层几何模型,赋予几何模型不同分布规律的弹性模量,探究交联后局部力学性质改变对于应力在角膜中再... 详细信息

目的利用有限元的方法,探索角膜胶原交联手术后基质层中应力再分布的规律。方法通过提取正常兔眼角膜OCT图像的轮廓,建立轴对称的分区分层几何模型,赋予几何模型不同分布规律的弹性模量,探究交联后局部力学性质改变对于应力在角膜中再分布规律的影响。结果交联导致的力学性质的改变对于角膜基质层中应力的分布有显著影响,交联模型中央交联区域及交界区域前基质层的应力显著上升,比非交联模型提高20%~40%,后基质层的应力明显下降,比非交联模型降低10%~15%。结论交联术后角膜中央区域力学性质增强会改变基质层内应力分布的规律,使得原有应力沿角膜深度方向和沿角膜中央向边缘方向近似线性递增的规律消失,应力在深度方向的分布更加均匀。

关键词：角膜胶原交联应力分布有限元方法

体质不同的大学生自然行走时足底压力特征的差异性分析

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北京生物医学工程 2018年第3期37卷 252-258页

作者：吴宝平宋红芳王辉张昆亚钱秀清闫松华首都医科大学生物医学工程学院北京100069 首都医科大学临床生物力学应用基础研究北京市重点实验室北京100069

目的将步态特征与体质状况相结合,分析对比不同体质的大学生自然行走时步态特征的差异性和规律,通过步态特征来反映大学生的体质状况,为今后如何提高大学生的体质提供一定的理论依据。方法选取119名大学生作为研究对象,对大学生的体质... 详细信息

目的将步态特征与体质状况相结合,分析对比不同体质的大学生自然行走时步态特征的差异性和规律,通过步态特征来反映大学生的体质状况,为今后如何提高大学生的体质提供一定的理论依据。方法选取119名大学生作为研究对象,对大学生的体质状况进行测试,按照《国家学生体质健康标准(2014年修订)》将测试成绩进行分类;然后对分类后的大学生,利用足底压力测试系统进行自然行走时步态特征的测试,选择不同足支撑期分期所占百分比、足底各区域压强峰值、足底不同区域所受冲量百分比、足弓指数、足轴角为步态特征参数;最后,对比分析体质不同的大学生其步态特征的差异性。结果受试者在自然行走时,足轴角的大小之间差异具有统计学意义。结论大学生的体质状况与步态特征有密切关系。可根据步态特征的差异性,进一步了解大学生的体质状况,为今后设计有针对性的大学生体育锻炼方案提供客观依据,改善大学生的体质状况。

关键词：大学生步态特征足底压力体质状况差异性

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大鼠小梁细胞的体外培养及弹性模量的测量

北京生物医学工程 2019年第2期38卷 145-150页

作者：于洋李林李姗姗刘志成首都医科大学生物医学工程学院北京100069 首都医科大学临床生物力学应用基础研究北京市重点实验室北京100069

目的小梁网是由小梁薄片和其上的小梁细胞构成的网状结构,它对眼压和房水流出具有重要的调节作用,同时小梁细胞的力学特性和生物学特性与房水流出阻力密切相关。因此本研究主要探讨体外培养的大鼠小梁细胞的生物学特性并应用原子力显微... 详细信息

目的小梁网是由小梁薄片和其上的小梁细胞构成的网状结构,它对眼压和房水流出具有重要的调节作用,同时小梁细胞的力学特性和生物学特性与房水流出阻力密切相关。因此本研究主要探讨体外培养的大鼠小梁细胞的生物学特性并应用原子力显微镜测量其弹性模量,为今后建立高眼压动物模型并探究原发性开角型青光眼的发病机制提供理论依据。方法取3只SD大鼠双眼小梁网组织,应用消化法对小梁细胞进行体外混合培养。倒置相差显微镜和免疫组化SABC染色的方法确定小梁细胞并观察其生物学特性。应用原子力显微镜压痕方法测量细胞的弹性模量。结果大鼠小梁细胞10 d左右达到融合,细胞形态多样,免疫组化检测结果显示层粘连蛋白、纤维连接蛋白和神经元特异性烯醇化酶染色阳性。小梁细胞弹性模量为1. 02 kPa±0. 66 k Pa。结论消化法成功培养出大鼠小梁细胞,并利用原子力显微镜测得小梁细胞的弹性模量,为之后研究青光眼小梁细胞的特性奠定基础。

关键词：小梁细胞原子力显微镜弹性模量 SD大鼠免疫组织化学

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光学定位技术辅助的手术场景全景拼接算法

北京生物医学工程 2022年第3期41卷 242-248页

作者：杨巧玲叶灿梁楠武博张楠首都医科大学生物医学工程学院北京100069 首都医科大学临床生物力学应用基础研究北京市重点实验室北京100069

目的提出一种光学定位技术辅助的手术场景全景拼接算法(panoramic stitching assisted by optical positioning technique,PSAOP),以提高全景拼接质量。方法通过光学定位系统获得手术场景高关注度区域中严格匹配的光学定位点对。结合SIF... 详细信息

目的提出一种光学定位技术辅助的手术场景全景拼接算法(panoramic stitching assisted by optical positioning technique,PSAOP),以提高全景拼接质量。方法通过光学定位系统获得手术场景高关注度区域中严格匹配的光学定位点对。结合SIFT特征匹配点对,建立更准确的局部单应性模型。为了进一步减少透视失真,提出基于深度信息优化的全局相似变换(depth optimized global similarity transformation algorithm,DOGST)算法来补偿摄像机的运动。结果对模拟手术场景进行拼接,该算法可以极大提高场景拼接的自然性,获得了高主观质量。对齐后,视图之间重叠区域的结构相似性(structural similarity,SSIM)得分平均高于其他算法。DOGST获得的全局相似矩阵最小旋转角度小于RANSAC获得的角度,提高了拼接结果的自然度。结论PSAOP能够提供更自然的拼接效果,在重叠区域中没有明显的重影,且进一步减少了非重叠区域中的透视失真。未来可与VR(virtual reality)结合使用,为远程医疗提供更身临其境、更立体直观的医疗场景。

关键词：全景拼接手术场景高关注度区域光学定位深度信息

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基于滑动块的深度卷积神经网络乳腺X线摄影图像肿块分割算法

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中国医学物理学杂志 2020年第12期37卷 1513-1519页

作者：梁楠赵政辉周依武博李长波于鑫马思伟张楠首都医科大学生物医学工程学院北京100069 首都医科大学临床生物力学应用基础研究北京市重点实验室北京100069 北京大学数字媒体所北京100871 北京大学数学与应用数学实验室北京100871 河南大学影像研究所淮河医院放射科河南开封475000

目的:提出一种基于滑动块的深度卷积神经网络局部分类、整图乳腺肿块分割的算法,为临床诊断提供有效的肿块形态特征。方法:首先通过区域生长算法和膨胀算法提取患者乳腺区域,并进行数据归一化操作。为了得到每一个像素位置上的诊断信息... 详细信息

目的:提出一种基于滑动块的深度卷积神经网络局部分类、整图乳腺肿块分割的算法,为临床诊断提供有效的肿块形态特征。方法:首先通过区域生长算法和膨胀算法提取患者乳腺区域,并进行数据归一化操作。为了得到每一个像素位置上的诊断信息,在图像的对应位置中滑动提取肿块类及非肿块类图像块,根据卷积神经网络提取其中的纹理信息并对图像块进行分类。通过整合图像块的预测分类结果,进行由粗到细的肿块分割,获得乳腺整图中像素级别的肿块分割。结果:通过比较先进的深度卷积神经网络模型,本文算法滑动块分类结果DenseNet模型下准确率达到96.71%,乳腺X线摄影图像全图肿块分割结果F1-score最优为83.49%。结论:本算法可以分割出乳腺X线摄影图像中的肿块,为后续的乳腺病灶诊断提供可靠的基础。

关键词：乳腺X线摄影图像乳腺肿块滑动块深度卷积神经网络图像分割