背景介绍 一百年前，Hevesy首次提出利用放射性示踪剂作为植物的生物指标，并后来在大鼠实验中得到验证。这一发现推动了核医学和分子成像作为生物医学领域的发展，使得在分子层面定量可视化生物过程成为可能。在众多成像技术中，单光子发射计算机断层扫描（SPECT）和正电子发射断层扫描（PET）显得尤为重要，它们能够通过标记化合物来定量检测生物功能和代谢。在这些技术发展的过程中，通过融合X射线计算机断层扫描（CT）或磁共振成像（MRI）获取解剖信息，进一步提升了诊断和数据修正的准确性。 然而，现有系统的一大限制在于图像重建过程中存在的时间消耗和噪声传播问题。鉴于此，近年来研究人员开始探索不依赖数学重建步骤的新一代分子成像方法，即直接正电子发射成像（DPEI）。DPEI利用超快飞行时间（TOF）探测器，...
诱发成分分析（ECA）：基于GLM正则化对功能超声信号的分解 背景介绍 功能性神经影像数据分析旨在揭示大脑活动的空间和时间模式。现存的数据分析方法主要分为两类：完全基于数据的分析方法和依赖于先验信息的方法，例如用刺激时间程来分析脑活动。一般来说，使用刺激信号可以帮助识别活跃的大脑区域，但大脑对刺激的反应往往表现出非线性和时间变化的特点。因此，完全依赖刺激信号来描述大脑的时间反应可能导致对大脑功能的理解比较局限。 在此背景下，本文作者提出了一种新技术，称为诱发成分分析（Evoked Component Analysis，简称ECA），其利用了先验信息作为指导因子，通过在低阶分解框架中引入广义线性模型（General Linear Model，GLM）设计矩阵作为正则项，达到了在空间和时间上分解...
基于卷积神经网络对头部冲击动力学测量去噪的研究与应用 研究背景 轻度脑外伤（MTBI）是一种全球性的健康威胁。人类在诸如跌倒、交通事故和运动等情况下常面临MTBI的风险。据统计，2016年全球有超过2700万例脑外伤病例，其中80%为“轻度”脑外伤，即症状相对较轻但可能引发长期病理变化。MTBI病情分类通常通过格拉斯哥昏迷量表评分进行，分数高于12的患者被归类为轻度脑外伤患者。虽然急性期后症状可能迅速恢复，但长期来看患者可能会出现慢性创伤性脑病（CTE）等并发症。 为了量化头部冲击对脑的影响，研究人员开发了多种可穿戴传感器技术来测量头部运动学参数，这些系统包括头部冲击遥测系统（HITS）、XPatch、头带/头巾传感器以及装置在牙托上的传感器。然而，由于这些传感器与人体接口的固有不完美，它们...
利用基于物理知识的深度学习实现低场强MRI图像重建 背景介绍： 磁共振成像（MRI）技术近年来在低场磁共振成像中的应用越来越受到关注。低场MRI由于其成本低、维护简便，被认为在各种临床和研究环境中具有广泛的应用前景。例如，便携式低场MRI扫描仪不仅更容易操作，还可用于应急单位和手术室等场景。此外，初步评估表明低场MRI在中风诊断中具有潜在的临床应用，这使得该技术在全球医疗诊断中更具吸引力。然而，低场MRI的主要挑战包括低信噪比（SNR）和由磁体设计、材料缺陷和制造公差引起的强B0场不均匀性。 本研究由David Schote, Lukas Winter, Christoph Kolbitsch, Georg Rose, Oliver Speck和Andreas Kofler等学者完成，发表于...
人类肩关节刚度的三维姿态特征及性别差异研究 研究背景 肩关节是人体结构中最复杂的关节之一，肩关节的稳定性对于手臂运动的有效控制至关重要，包括肘部和手腕等远端关节的自然控制以及日常活动中的精细手部功能。肩关节的稳定性是通过骨骼、韧带、肌腱和肌肉的复杂相互作用来实现的，其中刚度是对外部干扰提供阻力的特性。近年来研究表明，女性在职业和运动中肩部受伤的发生率更高，这提示肩关节刚度可能存在性别差异。然而，在多维空间中，尤其是三维（3D）空间中，对肩关节刚度及其性别差异的研究尚未充分开展。 论文来源 该研究由Seunghoon Hwang、Dongjune Chang、Aditya Saxena、Ellory Oleen、Soe Lin Paing、John Atkins 和Hyunglae Lee等学...
利用超宽带雷达技术进行远程步态分析 研究背景 步态分析，即对人类行走运动的协调生物机械模式的研究，不仅是生物力学研究的重要内容，还能提供丰富的健康状态信息。尤其在近年来，人们越来越关注开发新的家居步态分析解决方案，使个体能够在舒适的家庭环境中接受全面的步态评估。这一进展不仅对希望优化自己步态表现的健康个体有益，还能为患有慢性肌肉骨骼疾病（如关节炎和背痛）、获得性脑损伤（如中风和创伤性脑损伤）以及神经退行性疾病（如帕金森病和阿尔茨海默病）的患者提供帮助。 现有的步态分析技术主要分为可穿戴（直接）和非穿戴（远程）两大类。可穿戴系统由于用户的不配合问题，尤其是对老年人来说，往往不适于长期监测。而基于标记的运动捕捉技术，虽然目前是步态评估的金标准，但由于空间和高成本要求，难以在家庭环境中使用。因此，...
利用联邦学习检测心音异常的一项多机构合作研究 学术背景 心血管疾病（Cardiovascular diseases, CVDs）已经成为主要的死亡原因之一，特别在老年人口中，心血管健康问题亟待社会关注。早期筛查、诊断和预后管理对于预防住院具有重要意义。心音信号携带丰富的生理和病理信息，通过心音进行CVDs早期诊断具有容易获取、广泛存在和非侵入性等优势。近年来，人工智能（AI）在心音辅助诊断中的应用引起了广泛关注，自动心音听诊技术有助于快速、有效地评估心脏状态。然而，现有研究在应用过程中忽略了数据安全和隐私问题，尤其是在多机构数据合作时。 研究来源 本文由Wanyong Qiu, Chen Quan等人撰写，作者分别来自北京理工大学、日本东京大学教育生理学实验室、英国帝国理工学院等知名学术机构...
使用算法控制电穿孔技术治疗自发性马黑色素瘤的安全性和有效性研究 近年来，电穿孔(irreversible electroporation, IRE)作为一种非热烧蚀技术，在肿瘤治疗方面展现了巨大的潜力。与传统的热烧蚀方法相比，IRE能够更好地保留细胞外基质和主要血管，最小化对周围组织的损害。然而，现阶段的电穿孔技术在实际应用中还存在一些挑战，尤其是如何有效控制治疗过程中温度的变化，以避免热损伤。这项研究正是基于以上背景，探索了使用算法控制电穿孔(Algorithmically Controlled Electroporation, ACE)治疗自发性马黑色素瘤的安全性和有效性。 研究来源 该研究由Christopher C. Fesmire、Ross A. Petrella、Robert W...
胶囊机器人与结肠之间摩擦系数的表征 背景介绍 传统的结肠镜检查虽能有效检测结肠健康状况，但其侵入性较高，容易引起不适和潜在并发症。为了解决这一问题，研究人员开发了一类具有主动运动机制的胶囊机器人（Capsule Robot, CR），希望通过低侵入性实现结肠检查。然而，要实现CR的有效运动和控制，准确预测CR的牵引力和运动阻力至关重要，这两者主要由摩擦力贡献。然而，目前文献中尚未提供在结肠内摩擦系数（Coefficient of Friction, CoF）方面的详尽研究。因此，本文致力于通过实验测量和数据分析，确定摩擦系数与接触压力、环向应变和滑动速度之间的定量关系。 论文来源及作者信息 本文标题为“Characterizing the coefficient of friction be...
科研报告：透过聚烯烃基头颅植入物在超声引导下实现颅内聚焦超声消融治疗的可行性研究 学术背景 聚焦超声（Histotripsy）是一种非热非侵入式的癌症肿瘤消融技术。其在应用于颅内过程时，受到头骨对超声波显著吸收及反射的限制，需要使用大规模复杂的阵列换能器来克服这一问题。为了解决这一瓶颈，一种聚烯烃基生物兼容头颅修补物被开发出来，旨在减少超声波在进入颅内空间时的失真。但这一方法在高强度聚焦超声治疗（例如Histotripsy）的可行性尚未被充分验证。 来源与作者信息 本文的研究由Lauren Ruger、Maya Langman、Renata Farrell、John H. Rossmeisl、Francesco Prada及Eli Vlaisavljevich执笔完成，所有作者均隶属于Vir...