创新创业意识引导生物医学工程通识教学改革

为了更好地激发工科大类学生对生物医学工程交叉领域的兴趣、创新和创业意识,特别是培养通过查阅相关资料结合理论知识提出新颖问题以及在实践过程中分析解决问题的能力,对“生物医学工程导论”通识课程的理论授课形式、专题调研的开展方式进行全面的改革研究。全面梳理授课结构,以生物医学信号获取、处理、集成为主线,贯通各知识模块;将创新创业意识有机引入课程教学中,通过课堂讨论、实物教学、视频展示、创新创业案例等方式增强课程的趣味性、前沿性;针对不同专业背景的通识课学生以个性化引导的形式,锻炼学生的医、工、信交叉融合思维,为生物医学工程学科培养一流的交叉复合型人才。

心血管系统键合图模型研究

针对目前心血管系统模型难以扩展的问题,根据人体心血管系统的解剖结构,提出了基于键合图技术的心血管系统整体模型.该模型由心脏、头部循环、颈部循环、肺循环、冠脉循环、腹部循环和四肢循环构成,共包含54个微分方程,可以仿真得到各段血管上的压力波、流量波等生理信号以及每搏输出量、心输出量和射血分数等心血管参数.在正常生理情况下,仿真得到收缩压和舒张压为115和78 mmHg、每搏输出量80 mL、心输出量5.76 L、射血分数64.5%.仿真结果表明,该模型对人体心血管系统的仿真是有效的.通过调节模型的输入参数仿真了动脉粥样硬化、高血压和锁骨下动脉狭窄情况下的血流动力学情况,仿真结果与病理情况一致.该模型高度结构化,各分支间相对独立,具有很好的扩展性.

基于遥测技术的大鼠24小时心率变异性分析

本研究应用遥测技术连续记录大鼠在无束缚条件下24 h心电信号,并通过心率变异性(H eart ratevariab ility,HRV)频谱分析的方法研究大鼠24 h自主神经活动。大鼠24 h HRV分析结果表明:自主神经活动具有明显昼夜节律,在睡眠期迷走神经活动较活跃,而在清醒期以交感神经活动为主;HRV频谱中低频和高频成分的比值(LF/HF)随着睡眠深度的变化而波动。24 h HRV分析可以获得自主神经系统活动的丰富信息,并有助于研究自主神经系统在生理和病理过程中的调控作用。

微循环网络动态测量系统

本文介绍的微循环血管网络动态测量系统可以完成多点的血流速度、血管管径实时测量。该系统由数个功能模块组成。各模块的工作是相对独立的。具有相当的实时性和灵活性。

应用于微循环网络研究的图像存贮器

随着计算机技术和电子技术的发展,图像处理已应用到微循环研究中.本文介绍的一种面向微循环血管网络研究的图像存贮器,控制简便且结构灵活,具有较好的应用价值.

劝导技术及其在自我健康管理中的应用与发展

慢性病防治是医疗卫生领域的一大难题,预防和保健是慢性病防治的最佳途径。越来越多的研究者致力于开发自我健康管理系统,以辅助慢性病患者进行日常的自我保健与疾病管理。作为一种旨在改变人的行为或态度的计算机辅助技术,劝导技术近十年来发展迅速并被广泛应用于各个领域。将劝导技术与健康管理系统进行整合,能促使慢性病患者自觉参与自我健康管理,形成良好的生活态度、行为和习惯,提高患者完成管理目标的执行力,从而改善自我健康管理系统的成效。文中概述了劝导技术的定义、原理和应用,并重点介绍其在慢性病自我管理中的应用及发展方向。

葛根素对培养人脐静脉内皮细胞钙超载的影响

目的探讨葛根素对培养人脐静脉内皮细胞钙超载的影响。方法采用钙荧光探针F luo-3/AM标记培养的人脐静脉内皮细胞(HUVECs),激光共聚焦显微镜检测细胞胞内钙荧光信号,观察H2O2、ATP和高K+刺激作用下葛根素对培养的HUVECs中钙超载的影响。结果葛根素能抑制H2O2、ATP和高K+引起的[Ca2+]i升高,抑制率分别为72.2%、56.5%和78.2%;葛根素对高K+引起的钙超载的抑制作用与L-型电压依赖型钙通道的特异性拮抗剂Verapam il相似。结论葛根素可以缓解培养人脐静脉内皮细胞内钙超载,其作用机制可能与拮抗膜上电压依赖型钙通道和抑制内质网钙库释放有关。

脉搏波传导时间变异性的频域分析

目的分析脉搏波传导时间变异性(pulse transit time variability,PTTV),研究PTTV的生理意义。方法测量187位被试者的心电和脉搏波信号,计算脉搏波传导时间(pulse transit time,PTT),用自回归模型估计PTTV的频谱,对频谱的峰点和谷点聚类,确定分段方法并提取特征参数。将被试者分成正常血压组、高血压前期组和高血压组,计算并比较各组被试者的PTTV特征参数,比较PTTV与心率变异性的频谱特征。结果PTTV的频谱具有明显的分段特性,可以分成5个频段,并从中提取各频段功率等特征参数。高血压前期病人的PTTV频谱具有向低频偏移的趋势。PTTV与心率变异性的频谱具有一定的相似性,并且PTTV频谱的特征参数在高血压前期和高血压之间具有显著性差异,而心率变异性在3组被试者中没有任何差异。结论本文提出了一种新的PTTV频域分析方法。PTTV可能反映了自主神经系统的调节功能,并在反映高血压病的发展过程中比心率变异性更具有敏感性。进一步研究PTTV及其生理意义可能为临床诊断提供一种新的手段。

BNP与六分钟步行试验评估慢性心力衰竭患者心功能的价值

目的探讨血浆脑钠肽(BNP)和六分钟步行试验评估慢性心力衰竭患者心功能的价值。方法慢性心力衰竭195例,根据NYHA心功能分级分为两组,1组(心功能Ⅰ/Ⅱ级)164例,2组(心功能Ⅲ级)31例。测定血浆BNP并进行六分钟步行试验。结果慢性心力衰竭患者血浆BNP水平与心功能分级呈显著正相关(r=0.58,P<0.01);六分钟步行距离,最大耗氧量和最大耗氧量标准值与心功能分级呈显著负相关(r=-0.61、-0.42和-0.43,均P<0.01)。经ROC曲线分析,用BNP预测心功能Ⅰ/Ⅱ级患者的曲线下面积为0.81,95%CI为0.75-0.88,预测心功能Ⅲ级患者的曲线下面积为0.66,95%CI为0.54-0.77。六分钟步行试验距离,最大耗氧量,最大耗氧量标准值预测心功能Ⅰ/Ⅱ级患者的曲线下面积为0.18、0.28、0.27,95%CI为0.12-0.25、0.20-0.36、0.18-0.35,预测心功能Ⅲ级患者的曲线下面积为0.26、0.37、0.38,95%CI为0.45-0.82、0.27-0.48、0.27-0.49。结论在心功能Ⅰ/Ⅱ级患者中,血浆BNP评估心功能的价值明显优于六分钟步行试验。而在心功能Ⅲ级患者中,血浆BNP和六分钟步行试验评估心功能的价值相似。

融合电子化临床指南的心力衰竭治疗决策模型

为有效实施心力衰竭疾病的个性化治疗,本研究提出融合电子化心力衰竭临床治疗指南的治疗模型方案:以电子化临床指南为基础,对心衰状况进行多目标评估并制定个性化治疗策略。建模过程筛选特异性参数并聚类分组,分别为:心结构、运动耐量、体液潴留、心功能、神经活性和电生理等一级指标值,根据指标所指示的六方面状况严重程度给予相应的药物治疗,并采用线性加权法获得患者心衰综合指标。对75例临床病例的初步测试结果表明:心力衰竭疾病治疗模型能全面评估心衰状况,并依据患者具体病症做出建议治疗方案,建议方案中单一用药的平均正确率达到91%,该模型是一种有效的个性化治疗决策辅助工具。

缺氧状态下海马神经细胞NO扩散动力学研究

目的建立离体脑缺氧状态下海马神经细胞NO扩散的仿真模型 ,并据此探讨脑缺氧时NO的生理作用。方法在NO扩散的点源模型基础上 ,构建了一个离散化神经元群的平板模型。引入缺氧状态下NO合成的模拟函数 ,对缺氧状态下NO的扩散进行仿真。结果缺氧发生后 ,神经元合成的NO增加 ,缺氧 5min后神经元合成的NO增加到缺氧前的 1 68% ;NO有效作用范围增加 ,以 0 .3μmol/L为NO阈值浓度 ,静息态有效距离约为 40 1 μm ,而缺氧态有效距离为 2 60 0 μm ;缺氧初期 ,NO扩散距离随缺氧的加重而增加 ,但当缺氧超过一定程度后 ,NO扩散对缺氧程度加重不再敏感。结论该模型成功地模拟了缺氧情况下NO的扩散并可定量研究NO的作用。

高血压患者左心室结构与运动耐量的相关性研究

目的探讨高血压患者左心室结构与运动耐量的关系。方法 2008年2月-2010年2月连续收集在浙江医院心血管病门诊就诊的339例原发性高血压患者,其中男226例,女113例。所有患者均行超声心动图检查评价左室结构参数并测定6min步行距离和运动峰耗氧量,根据左室重量指数(LVMI)将患者分为高血压伴左室肥厚(LVH)组(n=145)及高血压不伴LVH组(n=194)。采用简单相关和多元逐步回归分析探讨左室结构参数——左室舒张末期内径(LVEDD)、左室收缩末期内径(LVESD)、舒张末期室间隔厚度(IVST)、左室后壁厚度(PWT)和LVMI与6min步行距离及运动峰耗氧量的相关性。结果单因素相关分析显示,LVEDD(r=-0.157,P=0.004)、LVESD(r=-0.139,P=0.01)、IVST(r=-0.193,P<0.001)、LVMI(r=-0.229,P<0.001)与6min步行距离呈显著负相关,而PWT(r=-0.123,P=0.02)、IVST(r=-0.134,P=0.02)、LVMI(r=-0.182,P<0.001)与峰耗氧量呈显著负相关。多元逐步回归分析显示,LVMI分别是6min步行距离(R2=0.04,P=0.002)和运动峰耗氧量(R2=0.026,P<0.001)的独立影响因素。高血压伴LVH组患者的6min步行距离、运动峰耗氧量(分别为435.1±7.64m、15.9±0.44ml·min-1·kg-1)与高血压不伴LVH组(分别为477.4±6.64m、18.0±0.38ml·min-1·kg-1)比较均显著降低(P<0.001)。结论高血压患者左室结构与运动耐量显著相关,LVMI是运动耐量的独立危险因素。

基于并行计算的心脏冠状循环血流仿真研究

数学建模与仿真是研究心血管系统的重要手段。然而,单机往往无法处理大规模血管网络的建模与仿真,限制了仿真技术在医学研究中的应用。为此应用并行计算方法克服单机的局限性,并在大规模的心脏冠状循环血管系统上测试其可行性。首先,在小型微循环网络上验证了模型的正确性;其次,在人工生成的大规模血管网络上研究了计算集群参数与仿真能力的关系;最后,基于集群仿真了真实的猪心脏冠状循环血管网络中的血流动力学状态。仿真结果显示,并行计算技术能有效地扩展血流动力学的仿真规模,提高仿真效率,并能得到与实验结果一致的仿真结果。

生物医学工程专业实验教学中劝导技术的融合应用

随着我国高等教育领域改革的日益深入,学生的创新性培养越来越受重视,相应的实验教学也由单一的演示和验证型向综合设计型转化。生物医学信号处理实验是一门综合性、理论性和实践性很强的课程,如何引导学生主动参与实验设计,成为一个新的课题。劝导技术是一种利用计算机技术引导人们朝某个目标发展的新手段。我们将劝导技术运用在生物医学信号处理实验教学实践中,结合以设计为中心的教学模式,对创新性实验教学进行了有益的探索。

结合序列学习和U型网络的海马体分割方法

针对普通二维语义分割网络难以精确分割海马体磁共振图像的问题,提出结合序列学习和U型网络的海马体分割方法.该方法中,U型网络由编码器和解码器2部分组成,编码器提取并编码图像特征,解码器组合特征并输出分割掩码;序列学习使用双向卷积长短期记忆网络引入相邻切片间的依赖信息以提升分割精度.在ADNI数据集上的实验结果表明,文中方法的分割性能较通常的U型网络更优,且网络的可视化结果表现出可解释性,与专家知识相符合.

应用于医学图像可视化的一种新的法向量估计算法(英文)

目的法向量估计算法是三维可视化中的一个关键环节。常用的法向量算法采用差分法与插值函数相结合计算数据场中任意点的法向量。方法本文介绍的法向量计算方法用二次多项式拟合体数据场 ,采用最小二乘法 ,通过求解线性方程组确定多项式系数 ,进而计算法向量。利用方程系数矩阵的对称性 ,可以简化求解过程。结果通过对各种算法的准确性与处理时间的比较 ,表明该方法能明显提高重建图像的质量同时并没有增加计算复杂度。

内源性和外源性NO对大鼠动脉压力感受器反射的调节(英文)

目的研究内源性和外源性一氧化氮 (NO)对动脉压力感受器反射的不同作用。方法静脉注射苯肾上腺素 (PE ,30 μg·kg- 1 ) ,改变大鼠血压 ,诱发动脉压力感受器反射。分别静脉注射硝普钠 (SNP ,1 0 .2 μg·kg- 1 )和L 精氨酸 (L Arg ,2 5mg·kg- 1 )以产生外源性和内源性NO ,静脉注射L NAME( 1 0mg·kg- 1 )抑制内源性NO的产生 ,并估测NO的产生或抑制对压力感受器敏感性的影响。结果与正常状态比较 ,L Arg使大鼠压力感受器反射敏感性 (Gmax)和血压 -心率拟合曲线斜率τ显著下降 [Gmax=- 1 .469± 0 .1 2 0beats/(min·mmHg)vs. - 0 .664± 0 .0 80beats/(min·mmHg) ,P <0 .0 1 ;τ =0 .0 86±0 .0 0 5vs .0 .0 4 9± 0 .0 0 7,P <0 .0 5 ]。SNP尽管也引起了上述参数的减小 ,但作用不显著。与L Arg和SNP的作用相反 ,L NAME导致了Gmax和τ的上升 ,但变化不显著。结论内源性和外源性NO对压力感受器反射的作用不同 ,内源性NO可能抑制压力感受器反射的敏感性。

舌下微循环显微影像监测及其应用研究进展

微循环病变是导致组织低灌注的关键环节,对微循环进行监测在重症疾病中非常重要。舌体富含微血管,其中舌下微循环呈现网状结构,一定程度上反映活体组织微循环状态,是进行临床微循环监测和活体动物微循环检测的理想和重要部位。综述舌下微循环显微影像监测的设备、指标体系、应用情况。首先,综述监测设备,包括设备组成、探头采用的光学技术种类、主机采用的图像处理算法、探头的固定形式;其次,归纳舌下微循环显微影像监测的指标体系,包括灌注质量指标、血管密度指标、灌注不均一性指标;然后,举例说明临床和实验应用情况,包括利用舌下微循环显微影像技术开展临床上疾病与微循环关联性的研究、药物与微循环关联性研究以及脏器微循环间的关联性研究。最后总结临床诊治和研究的意义,并对技术改进与发展、应用方向拓展进行展望。

培养的大鼠海马神经元胞内Ca^(2+)和NO双标记方法研究

以培养8～10天的大鼠海马神经元为对象,选择CalciumOrangeAM和DAF-FMdiacetate为Ca2+和一氧化氮(NO)的荧光指示剂,建立了基于激光扫描共聚焦显微技术的细胞内Ca2+和NO双标记检测方法.此方法对Ca2+和NO进行分步染色,然后应用激光扫描共聚焦显微镜(LSCM)的双轨迹(TwoTrack)模式,通过快速切换激光实现对细胞内Ca2+和NO的同时检测.实验结果显示,两种染料之间无串扰现象;在N-甲基-D-天冬氨酸(NMDA)刺激下,海马神经元胞内Ca2+快速升高,随后达到平台期并有波动,NO则稳定持续升高,这些变化过程与单标记的结果一致;双标记层切序列图像显示细胞内Ca2+和NO都较集中分布于细胞中部,但在细节上两者的分布存在差异.此双标记方法能同时检测培养的海马神经元胞内Ca2+和NO,为研究神经元胞内Ca2+和NO的相互调控作用提供了一种新的手段.

辅以功能电刺激的实时步态训练与反馈分析系统

该文研究设计了同步实现足下垂患者步态训练和康复评估的综合系统,以解决目前存在的足下垂治疗与步态分析分离的不足。系统采用多传感器采集各运动部位的参数,并设计了多重模式的功能性电刺激装置,引入了体域网技术协调传感器和刺激器的数据通讯及控制,同步实现步态实时分析与足下垂治疗。体域网应用了蓝牙4.0技术以降低系统功耗。系统实现了治疗与评估的同步,能够实时采集并分析训练时踝、膝、髋等部位运动参数,并同时对患病部位进行功能性电刺激治疗。