生物医学工程专业《信号与系统》教学模式探讨

本文在分析生物医学工程产业发展现状的基础上,阐明《信号与系统》课程的重要性,从教学计划的制定、教学方法的创新和教学手段多样化等方面,思考我校生物医学工程本科专业基础课《信号与系统》的理论教学模式。结合生物医学工程专业的特点,充分利用医科院校的资源优势,重视实践教学,提出"看""听""做"的实验教学模式,培养学生的动脑、动手和创新能力,为专业人才培养奠定基础。

生物医学工程专业虚拟实验室辅助教学探讨

针对当前生物医学工程专业工程类课程理论教学难度大及实验室资源有限的问题,本文提出利用仿真软件建立虚拟实验室,实现课堂教学和软件仿真相结合的教学模式,改善教学效果,培养学生的解决实际问题能力和创新能力,为应用型专业人才培养奠定基础。

医科院校工程类专业医学数据处理课程体系建设探讨

在创新教育改革背景下,在充分了解医科院校工程类专业特点和"面向实战型"人才培养模式的基础上,结合当前数据处理类课程教学的现状和存在的问题,提出医学数据处理类课程体系建设的几点思考,包括课程体系目标定位、课程体系资源分析和课程教学内容设计,为构建层次分明、目标明确和顺应医工复合型人才培养目标的医学数据处理教学体系奠定基础。

CT值相对电子密度转换关系影响因素及其对剂量计算的影响分析

目的:探讨不同扫描条件对CT值到相对电子密度(HU-RED)转换关系及放疗计划剂量计算的影响。方法:借助CT模拟定位机和电子密度模体,分析不同扫描条件下各组织替代物的CT值,建立对应的HU-RED转换关系。随机选取头部、胸部、腹部、盆腔肿瘤患者各8、8、6、6例,分别设计放疗计划。保持放疗计划各参数不变,选择不同电压下的HU-RED转换曲线,进行剂量计算。借助临床靶区(D_2、D_(50)、D_(95)、D_(98))和危及器官(D_(mean)、D_(max)),分析比较扫描电压的改变对剂量分布的影响。结果:扫描层厚和扫描电流对HU-RED转换关系影响可忽略,但扫描电压对其影响较大;头颈部和盆腔肿瘤靶区(D_2、D_50、D_95、D_98)剂量有显著性差异(P≤0.029);胸部和腹部肿瘤靶区(D_50、D_95、D_98)剂量有显著性差异(P≤0.043);脑干、患侧肾、小肠、双侧股骨头、脊髓、膀胱的平均剂量及脊髓的最大剂量有显著性差异(P≤0.036)。结论:CT模拟定位机扫描电压的改变可显著影响剂量的计算,因此治疗计划中需要选用与CT扫描电压相一致的HU-RED转换曲线进行剂量计算。

基于增材制造技术的创新型医学传感器实验教学探索

实验课程在工程专业培养中具有极其重要的地位。其中,医学传感器的理论与实验结合对于学生是否能接受并消化知识点有着举足轻重的作用,通过实验教学可以提高学生动手能力、培养学生创新意识以及将理论知识和实践相结合的能力。本文分析了传统医学传感器实验只利用了实验箱培训,在学生的创新能力培养方面的不足。基于此,本文提出了创新型医学传感器实验课程的分析与设计,基于传感器原理以及机械建模、三维成型技术,推动学生从设计传感器开始,根据自身对传感器的原理设计并制作传感器。该方法将会培养学生的创新型实践能力,显著地提高其在传感器实验中的动手能力与思考能力。

医学成像及处理技术课程项目化教学实践探索

为了提高学生的实践能力,结合CDIO工程教育的新进展和安徽医科大学的资源优势,对医学成像及处理技术课程进行教学改革探索,提出基于CDIO理念的"IDE梯次项目化"教学模式,注重学生IDE培养,实施梯次项目化教学,重视英文阅读和使用能力培养,因材施教。实践证明,取得了良好的教学效果,提高了学生解决实际问题、团队协作和创新的能力,为应用型专业人才培养奠定基础。

左侧乳腺癌保乳术后不同调强放疗计划的剂量学研究

目的比较左侧乳腺癌保乳术后不同调强放疗技术的剂量学差异。方法选取14例左侧乳腺癌保乳术后患者,分别设计4野静态调强(4F-IMRT)、混合调强(Hy-IMRT)和2个部分弧长容积旋转调强放疗(VMAT)计划,并比较3组计划的计划靶区(PTV)、危及器官和正常组织剂量参数以及治疗效率的差异。结果 3组计划PTV的最小剂量、平均剂量(Dmean)、适形度指数和V_(105)相差不大,但最大剂量、均匀性指数和V_(110)差异有统计学意义(P<0.05),其中4FIMRT的靶区剂量分布最优。不同计划患侧肺V_5、V_(10)、V_(15)、Dmean以及心脏的V_(10)、V20差异有统计学意义(P<0.05),HyIMRT患侧肺和心脏的剂量参数优于4F-IMRT和VMAT计划。Hy-IMRT靶区外正常组织的V_5、V_(10)明显优于其它两种计划(P<0.05)。4F-IMRT所需机器跳数(MU)最多,而VMAT的治疗时间最短。结论 4F-IMRT在降低计划靶区高剂量区体积和提高剂量均匀性等方面有明显的优势;HyIMRT对左肺、右肺、心脏等危及器官保护较好,治疗所需的MU也最少;VMAT可以缩短治疗时间,提高患者舒适性和放疗工作效率。

老化对猕猴中颞视区细胞早期方向选择性的影响

中颞视区(middle temporal area、MT/V5)在视觉运动处理过程中起着重要作用。MT区神经元对物体运动方向具有强选择性,而这种细胞的方向选择性被认为是运动方向知觉的神经基础,且已有实验表明方向选择性由于受到注意影响,而在时间进程上分为2个阶段。该研究组先前的实验发现麻醉猕猴(Rhesus macaque)MT区细胞的方向选择性发生了衰退,但该衰退是整个时间进程上平均的结果,并不能在时间进程上揭示其神经机制。因此,为了进一步探索运动方向感知能力下降的神经机制,该实验采用单细胞技术在麻醉猕猴的MT区研究了在正常老化过程中MT区细胞的早期方向选择性变化(early stage direction selectivity,esDB),结果表明老年猕猴MT区细胞早期方向选择性显著降低,具有强早期方向选择性的细胞显著减少。该结果进一步揭示了MT区细胞方向选择性在早期发生的衰退可能介导了视觉运动感知能力的下降。

服药提醒APP的开发及其提高服药依从性的研究

基于Android平台设计开发一款服药提醒APP,可以快速设置个性化的服药提醒和记录患者的服药时刻等信息,并使用该APP来提高和研究被试的服药依从性。14例被试者参加了该APP的服药依从性评价实验,运用药片计数法研究使用和不使用该APP时被试的服药量和服药率差异。对被试在两种情况下的服药量和服药率进行Wilcoxon匹配样本符号秩和检验,结果显示使用该APP时的服药量和服药率明显高于不使用APP的情况,差异有统计学意义(Z=-2.93,P=0.003)。实验结果表明使用该服药提醒APP确实可以提高被试的用药量和服药率。该方法的使用为临床研究提供了更加丰富的技术手段,也为广大医务工作人员和患者减轻了负担。

呼吸机吸气氧浓度误差分析

呼吸机各部件不同程度的老化都会导致呼吸机氧浓度的输出值与示值产生差异,这种差异会给临床诊疗带来误判。为深入了解这种差异的产生原因,本文使用配对检验方法分析了呼吸机的输出误差和示值误差的差异,同时使用卡方检验比较了输出合格率和示值合格率的差异。统计结果发现:输出氧浓度设定为100%、80%、60%、40%、21%时,输出误差显著<示值误差(P<0.05),但这两种合格率没有显著性差异(P=0.056)。结果表明,随着使用时间的增加,呼吸机氧浓度的示值会发生更大偏差。

基于边缘特征点匹配的临床X线自动全景成像研究

目的:本文提出了一种基于边缘特征点匹配的X线自动全景成像方法。方法:一,采用双正交小波变换与Canny算子相结合的算法实现X线图像的有效边缘提取,并通过矩阵计算得到特征点;二,利用Pearson相关系数和随机抽样一致算法来建立图像之间的相关性和匹配性;三,利用渐入渐出的融合算法实现X线无缝全景成像。结果:该算法可快速高质量地实现骨科临床无外部特征的X线图像序列全景拼接。结论:该算法对弱对比度的X线图像序列全景拼接具有很强的鲁棒性,允许X线图像序列之间存在较小的图像旋转和缩放差异,有助于减少X线使用剂量,具有较强的应用价值。

基于弥散张量成像技术对抑郁症患者脑白质微结构的研究

目的应用磁共振弥散张量成像(DTI)研究抑郁症患者脑白质微观结构的变化,探讨其发病机制。方法 35例首发中重度抑郁症患者与18例性别、年龄及受教育程度相匹配的正常对照组行汉密尔顿(HAMD)量表评分,采用DTI分析并比较两组间各向异性分数(FA)值的差异。结果抑郁症组右侧额上回、右侧额中回、左侧杏仁核、左岛叶皮质、右侧穹窿、右外囊、右侧丘脑的FA值较对照组明显减低(P<0.05)。结论抑郁症患者存在广泛脑白质微观结构的异常,这种脑白质异常可能在抑郁症的发病机制中发挥重要作用。

基于B/S的空间对比敏感度测量研究

空间对比敏感度是一种比视锐度更全面的视觉功能评价指标,但由于其测量技术相对复杂至今无法广泛普及。目前,实现空间对比敏感度测量的技术方案有:Psychtoolbox+Matlab、Vision Egg+Python、C/C++等。但是这些技术方案或多或少的面临着软件授权、使用复杂、跨平台等问题。为解决这些问题,提出一种基于B/S架构的空间对比敏感度实现方法。前端使用HTML5+Java Script+CSS组合实现空间对比敏感度测量程序,服务器端采用轻型建站方案(如:Windows+IIS6+花生壳软件)。用户通过浏览器访问测量页面即可完成空间对比敏感度的测量。本研究采用的测量方法为正弦光栅随机出现在注视点左右两侧,空间频率选择0.5、1、2、4、8、16 cpd,每个空间频率的对比度调整120次,对比度以二进一的方式进行调整。三名被试参与了该实验,实验结果与其他研究组的结果一致。最后表明,提出的基于B/S架构的空间对比敏感度测量方案完全可行。该方法解决了软件授权费用、使用复杂、跨平台等问题,实现了客户端零维护、访问即测量的优点。本研究提出的技术方案将会给空间对比敏感度的普及带来很大推进作用。

心脏起搏器技术的研究进展综述

心脏起搏器对治疗心动过缓以及在缓慢心率基础上发生的心律失常有极佳的效果。自第一台脉冲发生器发明以来,经过几十年、特别是近二十年的发展,心脏起搏器无论体积、寿命还是性能都有了极大地提高。该文按照时间线,从多个方面回顾心脏起搏器技术的发展,包括能源、功能、工艺以及可靠性;其次着重介绍当前心脏起搏器在电源、生理性起搏以及制造工艺方面的技术水平;最后分析当前起搏器仍存在的问题,并总结心脏起搏技术的未来发展趋势。

胸中段食管癌3种调强放疗计划及心肺保护比较研究

目的比较并探讨胸中段食管癌3种调强放疗计划及心肺保护比较研究。方法选取24例胸中段食管癌的患者,分别设计常规固定野调强放疗(IMRT)、容积旋转调强(VMAT)、螺旋断层放疗(TOMO)计划,比较3种计划的计划靶区适形度指数(CI)、均匀性指数(HI)、危及器官的剂量学参数以及平均治疗时间和机器跳数(MU)的差异。结果相比VMAT和IMRT计划,TOMO计划拥有较优的HI(P=0.01),CI在3种计划之间差异无统计学意义(P=0.34),TOMO计划比VMAT、IMRT计划能更好降低双肺的V(30)、V(20)(P<0.05);TOMO和VMAT计划之间双肺的V(10)、V5、D(mean)差异无统计学意义(P>0.05),VMAT相比于IMRT计划在V(20)和V5差异有统计学意义(P<0.05);3种计划在心脏V(30)、V(40)、D(mean)和脊髓最大量D(max)差异无统计学意义(P>0.05);TOMO计划时间最长,机器跳数最多,VMAT计划的执行速度最快,相比TOMO时间平均缩短66%。结论在中段食管癌放疗中,TOMO计划比VMAT和IMRT计划在均匀性和双肺保护方面都更有优势,在靶区适形度和心脏、脊髓差异无统计学意义。TOMO需要较长的治疗时间和较多的机器跳数;VMAT时间最短,计划质量也优于普通IMRT,因而是性价比最高的治疗方式。

丙烯酰胺/海藻酸钠双网络水凝胶的成型及其材料性能研究

采用光固化缓释体系技术制备丙烯酰胺/海藻酸钠双网络水凝胶,传统方法制备丙烯酰胺单网络水凝胶和海藻酸钠单网络水凝胶,然后使用万能材料试验机对丙烯酰胺/海藻酸钠双网络水凝胶和丙烯酰胺单网络水凝胶做力学性能的检验,接着对丙烯酰胺/海藻酸钠双网络水凝胶力学性能的稳定性进行检验,最后将丙烯酰胺/海藻酸钠双网络水凝胶和海藻酸钠单网络水凝胶放入不同pH的溶液中分别检测溶胀率。结果显示,丙烯酰胺/海藻酸钠双网络水凝胶的最大应变和弹性模量都与丙烯酰胺单网络水凝胶显著不同。丙烯酰胺/海藻酸钠双网络水凝胶经过30 min的往复拉伸后,力学性能依然稳定,没有明显的变化,且在不同pH溶液内的溶胀率也明显不同。丙烯酰胺/海藻酸钠双网络水凝胶拥有稳定的力学性能,具有更稳定的溶胀率且快速到达溶胀平衡。因此,该双网络水凝胶具有较好的应用前景。

一种用于功能磁共振的同步器

目的功能磁共振(functional magnetic resonance imaging,fMRI)在采集图像数据时,有两种同步信号输出方式:其一,每采集一层图像输出一个同步信号;其二,采集一幅脑图输出一个同步信号。由于第一种输出方式中同步信号过于密集,导致刺激计算机无法及时记录同步信号,从而失去同步。为此本文设计出一种基于复杂可编程逻辑器件(complex programmable logic devices,CPLD)的单参数(同步参数)同步器。方法采集一幅脑图时,该同步器对第一种同步信号的上升沿进行计数,计数期间输出维持高电平,直到最后一个同步信号到来,才把输出拉低为低电平,从而实现第一种同步信号到第二种同步信号的转换。然后用Quartus 9.1对信号转换进行仿真以验证其功能。结果经过CPLD处理器后,第一种同步信号被处理成第二种同步信号。此外,基于本设计做出的同步器亦成功应用于GE Sigma3.0T。结论本文设计了具有同步信号转换能力的同步器,成功实现了输出方式的转变。该同步器达到同步信号转换要求,并具有较好的兼容性。

GABA能抑制环路对神经元信噪比的调节作用

目的研究初级视皮层内抑制性环路与神经元反应信噪比之间的关系。方法通过胞外局部微电泳GABA及其受体拮抗剂Bicuculline改变神经元的抑制水平,并采用胞外单细胞技术记录神经元对视觉刺激所发放的动作电位。本文分析并比较了65个猫的初级视皮层神经元3种信噪比SNR、SNR_1、mSNR在给药前后的变化。结果当施加GABA,自发放幅度降低,细胞的信噪比增加;当施加Bicuculline,白发放幅度增高,细胞的信噪比降低。结论神经系统内的抑制环路活动水平与神经元反应信噪比密切相关,部分提高抑制水平在一定程度上可增加神经元信噪比。提示可通过向特定脑区给予抑制性物质,以改善神经系统由于抑制性输入不足导致的功能衰退。

基于低功耗单片机的心脏起搏器设计

为提高心脏起搏器的参数调节精度,以及避免在电池电量耗尽时通过手术更换起搏器,该文设计了一种基于低功耗单片机的新型单腔起搏器电路。该电路采用数字化控制,可对起搏脉冲幅值、脉宽及频率做出精确控制。该电路设计了无线充电功能,配合程控器的无线通讯,能够对起搏器进行无线充电并实时了解充电信息,无线充电功能能够减少病人更换起搏器的次数甚至完全避免。

生物细胞三维打印技术与材料研究进展

生物细胞三维(3D)打印是一种新型的制造技术,通过该技术可以将细胞以及细胞支撑材料打印成复杂的具有3D结构与功能的组织。与其他3D打印技术相比,生物细胞3D打印需要对打印过程以及打印材料的生物环境进行研究。针对生物细胞3D打印的特点,本文主要讨论了生物细胞3D打印技术的发展现状,重点从打印技术与打印材料两个方面展开介绍。其中,针对现有打印技术,本文重点介绍了喷墨法、挤出沉积法、光固化成型法以及激光辅助法的精度、制备过程、材料要求以及对细胞状态影响,并在此基础上比较了各自的优势和局限性;针对常用的打印材料,本文重点介绍并对比了其交联方式、生物相容性以及应用场合等。生物细胞3D打印技术目前仍主要在实验室发展阶段,对现阶段生物3D打印技术原理与发展进行回顾总结不仅有助于思考如何将这一技术尽快投入实用,也有助于更好地规划生物3D打印的未来发展方向。