基础医学专业《生物医学工程概论》课程的安排及教学模式探索

本文介绍了我校针对基础医学专业学生开设的《生物医学工程概论》课程的教学内容设置情况,并对该课程的教学模式进行了探索。

轴向压缩载荷倾斜和前屈力矩对腰骶椎剪切刚度的影响:离体生物力学研究

目的探讨轴向压缩载荷倾斜和前屈力矩对腰骶椎前后剪切刚度的影响。方法建立腰骶椎在体剪切模型,经腰骶椎屈伸转动中心施加轴向压缩载荷300 N(垂直、前下10°和20°),前屈力矩5 N·m,前后剪切力分别为0~250 N和0~-50 N,采用6例新鲜人体腰骶椎标本,依次测试完整腰骶椎、小关节4 mm间隙切除、椎间盘前路髓核切除3种状态的腰骶椎剪切运动。采用重复测量实验设计,对实验数据进行统计分析,分析轴向载荷和前屈力矩对腰骶椎剪切刚度的影响。结果对完整腰骶椎,轴向载荷前倾并不显著改变节段间向前或向后的剪切刚度,而前屈力矩显著增加了前剪切刚度,但没有增加后剪切刚度。随着结构依次切除,腰骶节段的前和后剪切位移增加,剪切刚度降低,尤其是腰骶小关节间隙切除复合髓核切除后,前剪切刚度由完整状态的633 N/mm显著减小到125 N/mm,后剪切刚度也从408 N/mm减小为128 N/mm。依次不同结构切除在轴向载荷前倾或前屈力矩的作用下,前后剪切刚度之间差异均无显著性。轴向载荷前倾依次降低了腰骶小关节间隙切除和髓核切除后的剪切刚度,但在前屈力矩的共同作用下却增加了剪切刚度,尤其显著增加了腰骶小关节间隙切除复合髓核摘除后的前剪切刚度(从125 N/mm到184 N/mm)。结论轴向压缩载荷倾斜对腰骶椎剪切刚度没有影响,而前屈力矩增加腰骶椎的剪切刚度。前后剪切刚度之间的差异没有显著性。

基于健康信息交换第七层协议的心电图仪信息化研究

背景:医疗仪器种类繁多且数据结构各异,缺乏统一的交互标准,严重阻碍了医疗仪器的信息化共享。目的:以心电图仪为研究对象,应用健康信息交换第七层协议(Health Level Seven,HL7)信息化标准实现其信息化交互,探讨基于HL7的医疗仪器信息化交互的可行性和优越性。方法:分析比较现有的数据交换标准,以HL7注释心电图作为心电图仪的交互标准,以消息引擎方式在WINCE嵌入式平台下采用.Net和可扩展标记语言关键技术实现心电图仪的标准心电数据交换协议消息解释和HL7信息化编码,并验证其有效性。结果与结论:对信息化编码后的数据成功通过HL7结构的有效性验证,心电图数据能解析并正确显示。研究结果验证了心电图仪HL7信息化的可行性,且实现方法具有较好的可扩展性和通用性。

MC散射校正后的快速噪声抑制方法研究

对于散射校正后的噪声抑制,提出一种基于泊松分布的投影平滑去噪方法。分别对真实机器数据以及仿真数据进行了实验,实验所用数据为一组骨盆(Pelvis)模体的CBCT投影,分辨率为512×385×656,体素大小为0.097 656 2×0.097 656 2×0.25 cm3。在仿真实验中,信噪比(SNR)从去噪前的19.8 d B提升至26.8 d B,同时均方根误差(RMSE)从去噪前的50.7降为22.5。在真实机器数据实验中,均方根误差(RMSE)从去噪前的64.1降至58.2。最后,实验中包括去散射以及去噪在内的整个过程保持在40 s之内完成。

医疗器械产品自主创新的困境及对策思考

经过30年的持续高速发展，中国医疗器械产业已初步建成了专业门类比较齐全、产业基础较为雄厚的产业体系。特别是近20年来，我国医疗器械产业取得了长足的进步，国产医疗器械在中低端领域占比超过60％，在中高端医疗器械领域也取得了较大突破。国产医疗器械的发展，为引导进口同类医疗器械降低价格、降低就医成本、减轻患者负担和国家医保支付压力作出了重要贡献。

一种基于分裂Bregman方法求解的锥束CT图像迭代重建

目的为精确且快速进行低剂量稀疏角度锥束CT图像重建,本文提出一种基于分裂Bregman数学方法的紧框架约束的图像重建算法。方法首先选择紧框架(Tight Frame)作为正则化项,根据压缩感知原理建立最小化目标函数,利用分裂Bregman数学方法将求解问题分为3步:(1)使用改进的前向投影算法快速计算出投影矩阵;(2)引入中间量,用分裂Bregman原理将无法直接差分的L1正则化问题转化为可直接差分的L2正则化问题,并利用共轭梯度算法求解;(3)利用分裂Bregman原理中的收缩公式更新中间量。结果仿真和实际重建的CT图像实验表明,相比于传统的带有正则化约束的凸集投影(POCS)代数迭代重建模式,分裂Bregman方法在图像保真和计算时间等方面均取得了上佳的效果,并且具有广泛的适用性。结论在稀疏角度锥束CT图像迭代重建条件下,本文提出的方法能够快速精确重建出满意的锥束CT图像,且图像重建速度和图像质量较凸集投影方法有较大提高。

一种快速去除CT环形伪影的方法

目的为快速有效去除CT图像中的环形伪影,本文提出一种基于图像重建后处理的CT环形伪影去除改进方法。方法首先对CT图像从直角坐标系转换成极坐标系,其后对极坐标系下的图像进行滤波,设计一维滤波器,计算每个像素滤波后均值以及方差,通过对计算的方差与方差阈值比较以及该像素点的像素值与像素值阈值比较双重精确确定伪影点位置,并对伪影点进行合理的修正。最后将校正完毕的极坐标图像转换为直接坐标图像。结果仿真和实际CT图像实验表明,本方法在伪影去除、图像保真和计算时间等方面均取得了很好的效果。结论本文提出的方法能够准确识别伪影点位置并有效去除伪影信息,其处理速度能够满足临床要求。

移动式医用高压氧供系统的研制

目的研发一套适用于现场紧急医疗救援的移动式医用高压氧供系统,既可用于单个麻醉机的氧源供应,亦可满足多人同时吸氧。方法综合利用变压吸附(PSA)技术、可编程逻辑控制器(PLC)技术和微型空压机技术,采用Pro/E建模软件进行三维结构设计,并根据YY/T0298-1998要求及相关国家标准进行机械加工。结果研制出一种流量为10 L/min的移动式医用高压氧源供给系统,该系统设计先进、结构合理、制作精良、移动方便,符合便携式的要求,适宜广大农村及偏远地区医疗单位的氧源供应或灾害紧急医疗救援。结论移动式医用高压氧供系统对于野战和院外的紧急医疗救援具有重要的作用。

基于自适应NLM修正的CT重建算法

针对稀疏角度CT图像重建问题,J.Huang等人提出了ART-NLM算法。该算法利用NLM对每次ART重建后的图像进行滤波去噪。虽然噪声抑制得到明显改善,但图像结构边缘模糊。论文在ART-NLM基础上改进NLM,通过自适应选取滤波参数及相似块的旋转变换,对待重建图像进行自适应NLM滤波,以达到同时去除噪声和保护边缘的目的。Shepp-Logan体模仿真实验表明,与传统ART-NLM算法相比,新算法提高了重建图像质量,有效平衡了图像去噪和边缘保护。

《肿瘤放射物理》课程教学的实践和思考

介绍了医学物理师专业教育的特点、现状、工作特点及培养的重要性,分析了《肿瘤放射物理》的课程设置、特点及教学中存在的问题,并从使用多媒体教学、双语教学的尝试、加强实践教学、多参加科研工作、教学效果分析5个方面阐述了教学过程中的探索,指出了未来教学实践中要不断地对课程内容体系以及教学方法进行大胆革新和探索,从而提高教学质量。

先验图像约束的有限角度CT图像重建算法

对于有限角度CT图像重建,提出一种基于先验图像约束的迭代重建方法。将先验图像中各种均匀组织的平均值作为先验信息引入到重建图像目标函数中,约束待重建图像。对Shepp-Logan体模进行了仿真重建实验,并与ART、ART-TV算法进行了主观和客观的对比评价。实验结果表明,本文方法信噪比更高,平均误差更小,重建图像的伪影和变形程度大幅度减少。

基于高斯拉普拉斯的层次剥离体绘制

由于仅修改传递函数很难解决组织间的遮挡问题,尤其是同种组织间的遮挡问题。采用边缘检测的原理确定不同组织间的分层点,并针对基于梯度的层次剥离体绘制难于选择合适的梯度阈值的缺点,提出通过判断图像二阶导数过零点的方法,确定不同组织的分层点。同时,为了达到实时效果,通过图形处理器对算法加速,实现实时绘制的效果。实验结果表明,该算法能够自动地并实时地实现体绘制的分层显示,显示结果较清晰。

锥束CT的改进FDK算法及加速实现

锥束CT成像中,FDK重建算法得到广泛应用。提出一种可以扩大锥束CT旋转轴方向重建体积的FDK方法。在反投影步骤中,对重建物体的每个体素点被反投影的总次数进行计算,之后进行权重计算,最终得到三维重建图像。同时,采用CUDA技术,利用GPU对改进的FDK算法进行并行计算加速实现,提高重建效率。实验结果表明,改进的FDK算法可以增大重建体积,重建更多物体信息,采用CUDA技术后,速度大幅度提升。

基于改进平滑硬阈值约束的CT迭代重建算法

稀疏角度投影数据重建CT图像,是一种有效的降低X射线辐射剂量的方式。提出一种改进的平滑硬阈值(SHT)约束,使其更接近于L_0范数,同时最优参数不受重建图像影响。该重建算法沿用ART-TV的重建策略,即对每次ART重建后的图像进行改进SHT的最小化约束。实验表明:新算法提高了重建图像质量,信噪比更高,平均绝对误差更小。

基于ADMM的多GPU快速DBT迭代精准重建

为实现高效率的DBT精准重建,本文提出了基于ADMM优化算法的多GPU快速DBT迭代重建算法。本方法选取全变差作为正则化项,应用ADMM法求解目标函数,并采用多GPU加速策略对算法进行加速。实验表明,与传统的带有正则化约束的凸集投影(POCS)迭代重建模式相比,本方法在图像噪声平滑、特征边缘保留和计算效率提高等方面均取得了上佳效果。

鼻咽癌放射治疗定位的CT／MRI图像配准辅助装置的研究

目的 研制用于鼻咽癌放射治疗定位的CT/MRI图像配准辅助装置，并且通过组织勾画差异分析使用该装置后所得配准融合图像在临床中的应用意义。方法 在普通的磁共振头颈线圈中设计特定形状的头枕，保持患者在扫描时与CT定位扫描时相同的体位。采用配对t检验分析CT图像与融合图像中腮腺、下颌骨的勾画差异。结果 患者的头颈部CT、MRI图像的配准精度较未使用该装置的图像具有明显的提高，使用该配准图像得到的融合图像、组织结构位置、细节显示准确清晰。左右腮腺体积在CT图像中较CT/MRI融合图像中偏小，左腮腺体积融合和CT图像中的体积分别为（17.78±6.89）cm3和（17.17±7.02）cm3（t=-2.715，P〈0.05）；右腮腺体积融合和CT图像中的体积分别为（19.23±8.91）cm3和（17.47±7.42）cm3（t=-2.552，P〈0.05）；下颌骨在CT图像中勾画体积较CT/MRI融合图像偏大，左下颌骨体积融合和CT图像中的体积分别为（33.7±5.59）cm3和（34.8±6.27）cm3（t=3.548，P〈0.05）；右下颌骨体积融合和CT图像中的体积分别为（34.46±6.08）cm3和（35.38±6.72）cm3（t=3.14，P〈0.05）。结论 使用该辅助装置，可以得到头颈部配准融合准确的CT/ MRI的图像，此融合图像对临床医师的组织和病灶勾画具有积极的参考价值。

HDR后装治疗CT图像至IMRT CT图像变形配准算法研究

目的 研究将高剂量率（HDR）后装治疗CT图像至IMRT的CT图像变形配准及剂量叠加的方法.方法 对含施源器的HDR CT图像进行分割,通过求解Navier-Stokes方程实现对施源器区域收缩变形以去除施源器;然后再利用基于Demons的图像变形配准方法,将去除施源器后的CTHDR图像及其剂量变形至CTIMRT图像域,完成HDR-IMRT CT图像变形配准及剂量累加.结果 利用5例宫颈癌患者放疗期间CTHDR和CTIMRT图像和相应剂量分布图像对算法进行验证,结果表明相对于一般变形配准算法,本算法能有效消除HDR CT图像中施源器对变形配准影响,得到精确的HDR-IMRT累加剂量分布.结论 ART中对总剂量监测和评价可让医生根据患者实际受量,重新优化放疗计划,以实现放射剂量的精确投照.本算法可有效实现宫颈癌患者HDR-IMRT剂量的精确累加,其精度能满足实际临床的需要.

调强放疗CT图像至高剂量率后装治疗CT图像变形配准算法研究

目的研究一种将调强放射治疗(Intensity Modulated Radiation Therapy,IMRT)图像配准至高剂量后装治疗(high-dose-rate brachytherapy,HDR)CT图像及进行剂量累加的方法。方法对HDR CT图像中的施源器进行分割以及收缩变形,然后对IMRT CT和收缩后HDR CT进行变形配准,并结合收缩变形后的施源器掩膜图像以确定配准后IMRT CT图像中阴道的位置,并将其扩充,最后完成IMRT-HDR CT的图像变形配准以及剂量的累加。结果利用宫颈癌病人放疗期间获取的IMRT CT和HDR CT图像和相应的剂量分布对算法进行了验证。结果本文算法能有效消除HDR CT图像中施源器对变形配准的影响,并精确得到病人的受照总剂量。结论自适应放疗中对总剂量的监测和评价可以让医生根据病人实际的受照剂量,重新优化放疗计划,以实现放射剂量的精确投照。本文提出的方法可以有效实现子宫肿瘤病人的IMRT CT和HDR CT图像的变形配准及剂量的累加,其精度能满足实际临床的需要。