超声背散射信息熵成像评价脂肪肝的新方法

提出超声背散射Tsallis信息熵成像评价脂肪肝的新方法。利用滑动窗口法,估算窗口内局部背散射包络信号的Tsallis信息熵参数值,对信息熵参数值矩阵进行扫描变换、颜色映射及感兴趣区域设置,叠加到超声B模式图像,实现Tsallis信息熵成像。分析72名肝脏捐献者和204名患者的超声背散射信号,参考标准分别为磁共振波谱测得的肝脏脂肪分数(Hepatic Fat Fraction,HFF)和肝活检组织学检查测得的脂肪肝程度。对于72名肝脏捐献者,Tsallis信息熵与lg(HFF)的相关系数r=0.67(P<0.0001)。对于204名患者,受试者工作特征曲线下面积分别为0.82、0.88、0.89(≥轻度、≥中度、≥重度),而超声背散射零差K成像分别为0.76、0.82、0.82。超声背散射Tsallis信息熵成像可以直观定征并定量评价脂肪肝的严重程度,其诊断性能优于超声背散射零差K成像,可作为一种超声评价脂肪肝的新方法。

生物医学信号处理在线课程混合式教学探索

主要介绍了生物医学信号处理在线课程的混合式教学方法,利用腾讯会议进行在线课程的理论教学和实验教学,同时学生利用在智慧树平台建立的网络课程进行课后自主学习。采用这种混合式教学模式,培养学生的自主学习能力和实践能力,有效提高了课程教学质量。

超声背散射信号多分支残差网络评估脂肪肝

目的基于超声背散射信号的深度学习技术是超声组织定征中的一种新兴趋势,提出一种基于背散射信号卷积神经网络(Convolutional Neural Network,CNN)的深度学习模型多分支残差网络(Multi-Branch Residual Network,MBRNet),并分析其对脂肪肝的评估效能。方法MBR-Net由3个分支组成,各分支使用不同卷积块,以增强局部特征获取能力,结合带有跳跃连接的残差机制,引导网络有效地捕获特征。实验采用204例临床脂肪肝(S0无脂肪肝80例、S1轻度脂肪肝70例、S2中度脂肪肝36例、S3重度脂肪肝18例)背散射信号。采用背散射信号重构B超图像,手工选定肝实质区域,对其中的每条射频信号,使用长度为768个采样点的门在其上滑动,步长为20个采样点,得到n条门控信号。然后从n条门控信号中随机选取256条。结果共获得261120条信号样本(S0:102400;S1:89600;S2:46080;S3:23040)。MBR-Net与Nguyen网络、Han网络在脂肪肝评估中的性能比较,MBR-Net诊断脂肪肝程度≥S1、≥S2、≥S3均具有更高的准确度、灵敏度和特异性,且MBR-Net的AUC也最高;MBR-Net(三分支网络)的脂肪肝分类效果优于双分支网络和四分支网络。结论相较于传统的单分支、无残差机制的CNN方法,本研究提出的MBR-Net整体上提高了分类精度,在评估肝脏脂肪变性程度的分类任务中取得了良好的性能,MBR-Net可作为超声背散射信号深度学习评估脂肪肝的新方法。

超声背散射统计参数成像评价儿童脂肪肝的新方法

目的超声零差K分布是最具物理意义的背散射包络统计模型,探讨超声零差K成像评价儿童脂肪肝的可行性。方法改进基于神经网络的零差K分布参数估算方法,采用特征值的理论值训练估算模型,将并行计算引入背散射统计参数成像。利用中心频率3.5 MHz的探头采集儿童的背散射信号,将改进后的背散射统计参数成像应用于儿童脂肪肝的评价,分析Nakagami成像m参数、零差K成像k参数和log10(α)参数诊断儿童脂肪肝的性能,包括3种二分类(G0 vs.G1~G3、G0~G1vs.G2~G3、G0~G2vs.G3)。结果共得到393例儿童脂肪肝超声背散射信号,其中正常G0共165例,轻度G1共33例,中度G2共78例,重度G3共117例。并行计算法的超声Nakagami成像和超声零差K成像的平均运行时间均比滑动窗口法明显缩短,并行计算法的运算速度约是滑动窗口法的3倍。log10(α)参数在3种二分类中,均获得了最高的曲线下面积、特异性和准确度。结论本研究设计基于并行计算的超声背散射统计参数成像方法,可提高成像速度,超声背散射统计参数成像能用于儿童脂肪肝的定量评价,特别是早期检测,研究结果可为儿童脂肪肝的定量超声评价提供新思路和新方法。

肝肿瘤温控射频消融温度分布的有限元建模

为了提高肝肿瘤射频温控消融温度分布的预测精度,建立了具有比例积分(proportional integral,PI)反馈控制器的射频消融温度分布仿真模型,并且研究了有限元模型中不同传热方程(Pennes和Hyperbolic生物传热方程)对温度分布的影响.首先,利用单电极热消融仪对离体猪肝进行温控射频消融实验,电极针尖稳态温度设定为90℃,消融时间为600 s,并利用测温针获得各测温点的热消融数据.然后,建立具有PI控制器的肝肿瘤温控射频消融有限元模型,其中PI控制器通过反馈调节电压源来使针尖温度与实测数据保持一致,传热方程分别采用基于非傅里叶传热规律的Hyperbolic方程和基于傅里叶传热规律的Pennes方程,生物组织电导率和导热率选用温度依赖性函数.最后,通过仿真温度和实测温度进行对比验证.结果表明,相比于Hyperbolic方程,采用Pennes方程的仿真模型具有较高的精度,各测温点的仿真温度与实验结果之间的标准偏差、平均误差和最大误差的均值分别为0. 78、1. 46、2. 90℃.因此,基于PI控制器和Pennes生物传热方程的肝肿瘤温控射频消融有限元模型能够有效地预测热消融温度.

乳腺微钙化超声检测方法综述

乳腺微钙化是早期乳腺癌的重要影像学特征之一,是实现乳腺癌早期诊断的关键.超声成像具有无辐射、实时性好、费用低等优势,被广泛应用于乳腺疾病的检测,但受空间分辨率和散斑噪声等因素影响,传统B超很难检出乳腺微钙化.在总结乳腺微钙化特性和传统超声成像局限性的基础上,综述了近年来国内外乳腺微钙化超声检测方法的研究进展,主要包括高频超声检测、B超图像后处理、超声弹性成像、时间反转多信号分类法、高频空间信息、二阶超声场成像、光声成像等,介绍了各检测方法的相关原理,同时对各种方法的特点和局限性进行了详细论述与分析.最后,对乳腺微钙化超声检测方法进行总结,并对近期发展趋势进行了展望.本文综述的检测方法均在一定程度上提高了传统B超成像检测微钙化的性能,但相对于乳腺X线摄影仍存在差距.乳腺微钙化超声检测技术的未来发展趋势包括检测技术的融合、检测方法的比较与评价、病变类型的诊断分类.

肝肿瘤射频消融温度场仿真技术研究综述

肝肿瘤射频消融温度场仿真建模的关键技术主要包括热沉积计算、生物热方程求解和靶组织热损伤评价,其中热损伤区的仿真结果显著受到生物组织特性参数(热物性参数和电参数)、大血管冷却作用和射频消融电极等因素的影响。本文主要对肝肿瘤射频消融原理、温度场仿真和射频消融中的影响因素等内容进行综述,最后指出了射频消融仿真建模中存在的问题。

微创热消融治疗甲状腺结节临床研究进展

近年来甲状腺结节患者呈上升趋势,非开放式热消融技术在临床治疗甲状腺结节中取得了较好的疗效。本文综述了治疗甲状腺结节术前风险评估、热消融技术治疗甲状腺结节国内外临床应用现状、术后并发症和预防措施,最后指出了目前热消融技术治疗甲状腺结节中仍存在和急需解决的问题。

一种基于智能手机和云平台的心电远程监护系统研制

本文提出了一种基于智能手机和云平台的心电远程监护系统,该系统由心电采集器、智能手机APP和云端服务器软件3部分组成。创可贴式心电采集器实时采集患者的心电信号,通过蓝牙无线传送给智能手机。智能手机APP软件对接收到的心电信号进行实时分析,并把异常心电数据通过移动通讯网远程传输到云端服务器。云端服务器软件对接收到的心电数据进行存储,同时通过互联网推送给医生进行监护诊断;云端服务器软件能接收来自医生的心电诊断,并把医生的诊断结果和治疗建议返回到患者智能手机中。实验结果表明:所研制的基于智能手机和云平台的心电远程监护系统运行可靠,适合对心脏病患者进行长期的心电监护。

DTI脑连接组分析中分割模板的选择

由于脑网络性质会因网络构建方法不同(如脑区划分模板、弥散磁共振成像(magnetic resonance imaging,MRI)模型、纤维素追踪算法和网络加权方案等)而出现较大的差异,针对弥散张量成像(diffusion tensor imaging,DTI),基于临床研究中的典型设置,研究了不同分割模板对脑网络拓扑参数的影响.参与本研究的75例健康老年人均接受了相同的认知功能综合评估和同一3T磁共振采集系统的全脑扫描.结果显示全局拓扑属性对脑区划分的空间尺度非常敏感,而对脑区划分原则并不是特别敏感.脑网络的模块化结构相对较稳定,不易受到节点划分尺度和节点划分原则的影响.中等分辨率的模板在大脑老化分析中具有更高的敏感性,可能更适合于常规DTI脑网络分析.

超声散射子有效声浓度成像检测微波消融凝固区

为定量监测微波消融,提出一种基于超声散射子有效声浓度成像的微波消融凝固区检测方法.利用超声背散射信号功率谱估算散射子有效声浓度.采集15例离体猪肝微波消融超声背散射信号(5例加热功率P=50 W,加热时间t=120 s;10例P=80 W,t=60 s),进行有效声浓度成像,设定阈值thr=110并结合多项式拟合技术对凝固区进行定量检测.以微波消融结束后猪肝组织剖面中实际凝固区为金标准,验证凝固区检测精度.有效声浓度成像检测微波消融凝固区的精度分别为91.44%(P=50 W,t=120 s)、85.01%(P=80 W,t=60 s),总平均精度为87.15%.结果表明,超声散射子有效声浓度成像能有效检测离体猪肝微波消融凝固区.

基于方差分析的2450 MHz微波消融温度场仿真模型参数研究

为了提供2 450 MHz微波消融温度场模型在不同时间和不同位置的显著性影响因素,基于电磁方程和生物传热方程建立微波有限元模型,利用方差分析技术获得密度(ρ)、比热容(c)、对流交换系数(h)、电导率(σ)、导热率(K)和相对介电常数(ε)等模型参数对于温度变化的方差贡献率(SS)和主效应.研究表明,微波天线冷却水对于中心点温度具有一定影响,方差贡献率约为0.09,但对于近场点和远场点温度的影响几乎为零.在水冷侧近场区域中,消融前期c和σ对温度场的影响显著,K几乎无影响,消融后期K和σ的影响越来越高;在无水冷侧近场区域中,电特性参数对温度的影响随时间而增加,而c的影响逐步降低,K的影响一直较小;在远场区域中,消融区温度为各模型参数共同作用的结果,各参数敏感性差异不大;根据主效应分析,仿真温度与参数σ成正相关,与c、ρ、h呈负相关,而仿真温度与k和ε的相关性随时间和位置而有所不同.因此,基于方差分析的参数研究可为仿真模型的特异性分析提供科学可靠的参考依据,尤其是在近场区域,模型参数对于不同时间的仿真温度具有特异性影响.根据水冷侧近场区域中的分析结果对参数进行反馈调节,可获得与实测数据具有良好一致性的温度场仿真结果.

基于超声组织定征技术的脂肪肝无创检测

早期检测脂肪肝对于及时治疗和预防肝硬化具有重要意义。本文对基于超声组织定征技术的脂肪肝无创检测方法进行综述,主要包括超声弹性成像技术和定量超声技术(超声衰减系数、包络统计、背向散射系数、谱参数、散射子特性)。系统阐述了各方法评估脂肪肝的原理和研究现状。主要结论包括:①超声弹性成像评估脂肪肝的临床价值存在争议,需进一步研究明确;②定量超声检测不同程度脂肪肝的性能有待明确和提高。提出以下未来发展方向:①各种超声组织定征技术检测不同程度脂肪肝的性能对比研究,以明确各种超声组织定征技术检测不同程度脂肪肝的性能和特点;②融合多种超声组织定征技术的脂肪肝检测方法研究,以提高不同程度脂肪肝检测的性能;③探索能有效评估不同程度脂肪肝的超声组织定征新技术。

一种改进的FastICA算法在胎儿心电提取中的应用

目的为了改进传统FastICA算法对初始权值较敏感的问题,本文提出一种基于超松弛因子改进的FastICA算法来提取胎儿心电。方法首先对Da ISy数据库中的母体腹部混合信号进行中心化和白化处理,去除信号间的相关性;然后在牛顿迭代算法中引入超松弛因子对随机产生的初始权值进行处理,再用改进FastICA算法提取胎儿心电;最后对胎儿心电信号的提取结果通过可视化的波形和量化指标进行评估。结果实验结果显示该算法平均迭代次数由改进前的55次降到15次,信噪比也得到提高,并且改进后算法提取出来的胎儿心电几乎不掺杂母体心电。结论基于超松弛因子改进的FastICA算法,在保持收敛速度的同时,放宽了对初始权值的要求,避免了收敛不平衡,减少了迭代次数,可以提取出比较清晰的胎儿心电。

fMRI动态功能连接方法及其在癫痫中的应用

功能磁共振成像(functional magnetic resonance imaging,f MRI)研究大脑功能连接主要基于连接稳定性这一假设.实际上,fMRI数据具有动态性,即使在相同的实验条件下,也显示出随时间变化的模式.首先介绍了大脑连接动态性的依据,然后综述了近几年f MRI数据动态功能连接的方法,并总结了这些方法在癫痫中的研究成果,最后指出了该领域中存在的问题及未来的研究方向.

用于构建脑磁图网络的信号提取方法

构建脑磁图功能网络时,一般选取各脑区功率最强的源信号代表其神经活动,这将造成信息损失.针对此问题,提出了2种改进方案:基于叠加平均的方法和基于聚类的方法.为了验证上述方案,选取了51例被试任务状态下的脑磁数据,对其各频段利用最大功率、叠加平均、聚类3种方法进行信号提取,然后对以其构建的脑功能网络进行k均值聚类分析,此外,对以上3种方法构建的脑网络特征进行分析比较.结果表明:叠加平均方法的准确率最高、最大功率次之,聚类方法准确率最低;脑网络特征分析结果发现基于叠加平均和最大功率方法构建的大脑网络具有较强的小世界属性,而使用聚类方法构建的大脑网络其小世界属性较弱.基于本研究初步得出结论,采用叠加平均和最大功率信号提取方法构建脑磁图脑网络具有可行性.

时间反转超声成像检测乳腺微钙化的仿真

为了研究时间反转超声成像对乳腺微钙化检测的有效性,通过FieldⅡ超声仿真软件,分析相关参数设置对时间反转超声成像分辨率的影响,设置点散射子模拟乳腺微钙化,对比研究理想条件及不同噪声条件下时间反转超声成像算法对乳腺微钙化检测的有效性.无论是理想条件下或是不同噪声条件下,时间反转超声成像均能突破传统B超成像分辨率极限,能够分辨出距离较近的点散射子,有效抑制噪声,而传统B超成像则对噪声较为敏感.时间反转超声成像可提高传统B超成像检测乳腺微钙化点的成像分辨率和抗噪能力.其中,时间反转多信号分类(time reversal with multiple signal classification,TR-MUSIC)成像能准确定位点散射子,但纵向分辨率低;相位相干时间反转多信号分类(phase-coherent with multiple signal classification,PC-MUSIC)提高了TR-MUSIC的纵向分辨率,但不能准确定位,需进行相位补偿.

一种变步长LMS算法提取胎儿心电

目的为了解决LMS算法在收敛速度与稳态误差之间的矛盾,本文提出一种变步长LMS算法提取胎儿心电。方法首先将母体腹部信号作为原始输入信号,母体胸部信号作为参考输入信号,对两路信号进行预处理,去除基线漂移,再使用本文设计的算法提取胎儿心电。结果实验结果表明本文算法在收敛速度与跟踪能力方面均优于传统LMS算法,并且可提取出清晰的胎儿心电。结论改进后的LMS算法可以提取出比较清晰的胎儿心电。

散射子直径成像超声组织定征研究综述

定量超声从背散射(射频)信号中挖掘传统B超所未利用的频率、相位、概率统计等量化信息,用于超声组织定征。超声散射子直径是一类重要的定量超声参数。超声散射子直径成像可以提供与组织微结构相关的定量信息,因此可成为传统B超成像的有益补充。本文综述超声散射子直径的理论基础和主要估算方法、超声散射子直径成像技术及主要应用。系统阐述功率谱拟合直线斜率-散射子直径理论建模法、形状因子比对法、高斯形状因子功率谱比对法、高斯形状因子背散射系数比对法等散射子直径估算方法。总结散射子直径成像在超声组织定征中的应用,包括眼睛、肾脏、甲状腺、肝脏、乳腺等组织。深入讨论现有超声散射子直径估算方法和成像技术存在的不足,并对超声散射子直径成像技术的未来研究工作进行展望。

基于SAR单针反馈的2450 MHz微波消融温度场仿真研究

比吸收率(SAR)的精确表征对于恒功率微波消融的温度场仿真至关重要.提出了2 450 MHz微波消融中SAR的单针反馈方法以及基于SAR反馈形式的温度场仿真技术.在具体实施中,首先利用离体猪肝实验获得SAR的空间分布函数,然后通过单针实测结果获得SAR随温度变化的精确表征形式,最后基于此SAR形式进行温度场仿真以验证温度预测精度.实验对比结果表明,仿真结果与实测温度具有较高的一致性,验证点的最大温度差的平均值约为2. 805℃,平均温度差的平均值约为1. 551℃,标准偏差的平均值约为1. 121℃.因此基于SAR反馈形式的温度场仿真能有效地预测微波热消融中的温度分布,从而为临床热消融手术提供可靠的科学依据.